Как долго служит окрашенная стальная рулонная лента?

Тип покрытия и его прямое влияние на срок службы оцинкованной стальной рулонной стали с полимерным покрытием

Тип наносимого полимерного покрытия имеет решающее значение для устойчивости окрашенной стальной рулонной стали к атмосферным воздействиям и её долговечности во времени. На основе обширных испытаний как в лабораторных условиях, так и при реальных эксплуатационных условиях выделяются три основных варианта: поливинилиденфторид (PVDF), силикон-модифицированный полиэстер (SMP) и обычный полиэстер (PE). PVDF по сути является «золотым стандартом» благодаря исключительно высокой устойчивости к ультрафиолетовому излучению и химической инертности по отношению к большинству веществ. Такие покрытия сохраняют свои свойства в течение 25 лет и более, не проявляя признаков старения — например, помутнения («выбеления») или потери первоначального цвета. SMP занимает промежуточное положение между экономичностью и долговечностью: такие покрытия, как правило, сохраняют свои характеристики в течение 15–20 лет и лучше поддаются гибке без образования трещин по сравнению с другими типами. Для проектов, где приоритетом является стоимость, а не срок службы, стандартные PE-покрытия вполне подходят для временного или среднесрочного применения (срок службы около 7–10 лет). Однако следует соблюдать осторожность при их использовании на участках с интенсивным солнечным облучением, поскольку они склонны к более быстрому выцветанию по сравнению с другими типами покрытий.

PVDF, SMP и PE: ожидаемый срок службы в стандартных условиях

Причина различий между этими материалами кроется в их молекулярном строении. В PVDF присутствуют прочные связи фтора с углеродом, которые обеспечивают значительно более высокую устойчивость к повреждениям от солнечного света по сравнению с большинством других материалов. Напротив, смолы на основе полиэтилена (PE) гораздо хуже сохраняют свои свойства при длительном воздействии солнечного света. Осведомлённые производители учитывают это и активно работают над модификацией своих составов: они добавляют УФ-абсорберы для замедления неизбежного процесса деградации. Кроме того, применяются стабилизаторы HALS, которые помогают сохранять блеск поверхности, предотвращая её потускнение и выцветание. И, конечно, нельзя забывать о специальных пигментных смесях, разработанных специально для поддержания яркости цветов даже спустя годы эксплуатации на открытом воздухе в различных климатических условиях.

Стабильность цвета со временем: метрики Delta E и реальные закономерности выцветания

Мы измеряем изменения цвета с помощью так называемых значений Delta E или ΔE. Если значение ΔE остается ниже 1, большинство людей вообще не заметят никакой разницы. Однако как только оно превышает 5, изменение цвета становится достаточно очевидным для любого наблюдателя. Испытания показывают, что покрытия на основе PVDF обычно сохраняют значение ΔE менее 3 даже после десяти лет экспозиции под жестким солнцем Флориды. Такие испытания на атмосферостойкость задают стандарт для того, что считается действительно интенсивным ультрафиолетовым воздействием. В то же время покрытия на основе PE, как правило, деградируют значительно быстрее: многие из них уже через пять лет при эксплуатации в пустынных условиях — при неумолкающем солнечном свете — демонстрируют значения ΔE свыше 8. Полевые данные реальных установок подтверждают эти лабораторные результаты и дают производителям четкие рекомендации относительно того, какие материалы обеспечивают наилучшую эксплуатационную стойкость при различных внешних нагрузках.

• Вертикальные панели, ориентированные на юг, выцветают на 45 % меньше, чем горизонтальные установки, благодаря сокращению времени прямого солнечного облучения и более эффективной самоочистке за счёт стока дождевой воды.
• Светлые отделки отражают больше инфракрасного (ИК) излучения, снижая температуру поверхности и уменьшая термическое напряжение в полимерных цепях
• Установки в прибрежных зонах ускоряют образование выцветания за счёт гидролиза с участием солей, при котором ионы хлорида катализируют разрыв полимерных цепей под действием влаги

Воздействие окружающей среды: как местоположение определяет долговечность стальной рулонной продукции с цветным покрытием

Прибрежные, промышленные и внутренние среды — скорости коррозии и подтверждение соответствия по стандартам ISO/ASTM

Срок службы оцинкованных стальных рулонов действительно зависит от места их установки, поскольку в разных регионах наблюдаются свои особенности коррозии. Возьмём, к примеру, прибрежные зоны: соль, содержащаяся в воздухе, значительно ускоряет процессы коррозии. Исследования показывают, что в таких солёных средах скорость коррозии может быть в три раза выше по сравнению с внутренними районами, согласно стандартам ISO. Далее — промышленные зоны, где в атмосфере присутствуют различные вредные вещества. Диоксид серы взаимодействует с влагой из воздуха и образует коррозионно-активные химические соединения, которые проникают в микротрещины защитного покрытия. Испытания по методу ASTM B117 продемонстрировали, что специальные промышленные рулоны обладают на 30 % более высокой стойкостью к этим агрессивным условиям по сравнению с обычными. С другой стороны, внутри зданий ситуация совершенно иная: влажность остаётся практически постоянной, солнечное излучение не оказывает повреждающего воздействия, а концентрация загрязняющих веществ в воздухе крайне низка. Благодаря такому контролируемому окружению такие рулоны зачастую сохраняют работоспособность свыше 30 лет до необходимости замены.

Важность основы: влияние цинк-алюминиевого сплава в ППГИ и ППГЛ на коррозию под покрытием

Коррозия под покрытием, которая распространяется вбок под целостными, на первый взгляд, слоями покрытия, во многом зависит от типа материала, лежащего в основе. ППГИ (предварительно окрашенная оцинкованная сталь) работает эффективно только потому, что цинк обеспечивает жертвенную защиту. Однако при наличии порезов или царапин — особенно в местах с повышенной влажностью, например, в прибрежных районах или промышленных зонах — красная ржавчина появляется довольно быстро. С другой стороны, ППГЛ (предварительно окрашенная сталь с покрытием из сплава цинка и алюминия) содержит смесь цинка и алюминия — примерно 55 % цинка и 45 % алюминия согласно техническим спецификациям. Такая комбинация способствует образованию плотных слоёв оксида алюминия, которые со временем способны к самовосстановлению. Испытания по стандарту ASTM G85 показывают интересный эффект: этот сплав замедляет процесс коррозии под покрытием примерно на 40 %, одновременно снижая расход цинка, необходимый для обеспечения собственной защиты. В результате рулоны, изготовленные из такого материала, сохраняют работоспособность дополнительно от 5 до 8 лет даже при эксплуатации в агрессивных условиях.

Основные факторы деградации: ультрафиолетовое излучение, влага и термические нагрузки на окрашенную стальную рулонную ленту

Оцинкованные стальные рулоны с полимерным покрытием деградируют в основном по трём причинам, действующим на них со временем: ультрафиолетовое излучение солнца, проникновение воды под поверхность покрытия и многократные колебания температуры. Когда УФ-излучение попадает на такие материалы, оно начинает разрушать полимеры, обеспечивающие целостность покрытия; особенно это заметно на тёмных оттенках, где наблюдается выцветание и образование мелового налёта на поверхности. Исследования показывают, что после примерно пяти лет эксплуатации в условиях интенсивного солнечного света большинство людей способны визуально зафиксировать различия в цвете, составляющие около трёх единиц и более по стандартным шкалам цветовых измерений. Проникновение воды через трещины или повреждённые участки приводит к коррозии под защитным слоем, поэтому проблемными зонами чаще всего являются места реза. Также важную роль играет циклическое нагревание и охлаждение — как правило, при суточных перепадах температур не менее 50 °C и выше. Такие многократные расширения и сжатия вызывают образование микротрещин, поскольку различные участки материала расширяются с несколько отличающимися скоростями, что в конечном итоге нарушает целостность всей системы покрытия.

Ускоренные лабораторные испытания, такие как УФ-тестирование в камере QUV и испытания в ксеноновой погодной камере, позволяют смоделировать воздействие, которому материалы подвергались бы в течение десятилетий, за несколько тысяч часов испытаний — примерно соответствующих десяти годам реальной эксплуатации. Однако эти методы зачастую не учитывают совместное влияние различных факторов на возникновение повреждений, поскольку каждый параметр тестируется отдельно, а не в сочетании с другими одновременно действующими нагрузками. Тем не менее, полевые исследования в прибрежных зонах выявили интересный факт: при совместном воздействии соли, влаги и ультрафиолетового излучения материалы выходят из строя примерно на 40 % быстрее по сравнению с аналогичными материалами, эксплуатируемыми в континентальных условиях. Возьмём, к примеру, тепловое расширение: постоянные циклы нагрева и охлаждения вызывают образование микротрещин, через которые проникает вода; при замерзании эта вода расширяется, нанося ещё больший ущерб. Такая цепная реакция в стандартных камерах QUV практически не воспроизводится.

Ускоренное старение (QUV/ксенон) по сравнению с эксплуатационными характеристиками в реальных условиях: преодоление 10-летнего разрыва

Этот разрыв возникает потому, что ускоренные испытания изолируют отдельные переменные, тогда как в реальных условиях материалы подвергаются одновременному воздействию нескольких факторов напряжения. Например, ежедневные термические деформации вызывают образование микротрещин, через которые проникает влага; затем при циклах замерзания–оттаивания эта влага расширяется — такая последовательность отказов редко воспроизводится в камерах QUV.

Оптимизация толщины покрытия: пороговые значения, эффект убывающей отдачи и передовые методы обеспечения длительного срока службы

Целевые диапазоны толщины сухой плёнки в зависимости от типа смолы (PE, SMP, PVDF)

Оптимизация толщины сухой плёнки (DFT) имеет решающее значение для максимизации срока службы окрашенной стальной рулонной стали. Отраслевые стандарты определяют различные рекомендуемые диапазоны DFT для распространённых типов смол:

• Полиэстер (PE) : 20–25 мкм обеспечивают сбалансированное соотношение стоимости и эксплуатационных характеристик
• Силикон-модифицированный полиэстер (SMP) : 25–30 мкм повышают устойчивость к УФ-излучению и долговечность
• Поливинилиденфторид (PVDF) : 18–22 мкм обеспечивают оптимальную гибкость без ущерба для защиты

Превышение определённых пределов больше не оправдано. Покрытия толщиной свыше 35 мкм увеличивают затраты компаний на материалы примерно на 15–22 %, но при этом практически не увеличивают срок службы. С другой стороны, при снижении толщины сухой плёнки ниже 15 мкм скорость возникновения коррозии в районах, расположенных вблизи морской воды, возрастает в четыре раза. Испытания в реальных условиях показывают, что правильно нанесённые покрытия выдерживают в два–три раза больше циклов изменения температуры до разрушения по сравнению с покрытиями, толщина которых выходит за пределы оптимального диапазона. Для производителей, стремящихся максимально эффективно использовать свои покрытия, регулярный контроль толщины с помощью высококачественных магнитных толщиномеров является целесообразным решением. Корректировка параметров распыления и поддержание измеряемой толщины в пределах ±3 мкм сегодня является стандартной практикой в отрасли.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Какие основные типы покрытий используются в окрашенных стальных рулонах?

Основные типы покрытий — это поливинилиденфторид (PVDF), силикон-модифицированный полиэстер (SMP) и обычный полиэстер (PE). Каждый из них обладает различной степенью долговечности и устойчивости к ультрафиолетовому излучению.

Как влияет местоположение на долговечность окрашенных стальных рулонов?

Окружающая среда играет значительную роль в обеспечении долговечности окрашенных стальных рулонов. В прибрежных районах, где в воздухе присутствует соль, скорость коррозии выше, тогда как в промышленных зонах наблюдаются иные виды химического воздействия. Внутренние помещения, как правило, обеспечивают более длительный срок службы благодаря контролируемым условиям.

Почему важно оптимизировать толщину сухой плёнки (DFT)?

Оптимальная толщина сухой плёнки гарантирует долговечность и надёжность покрытия. Она обеспечивает баланс между стоимостью и эксплуатационными характеристиками: конкретные диапазоны толщины обеспечивают максимальную защиту без необоснованного увеличения затрат.

Как измеряется стабильность цвета этих покрытий со временем?

Стабильность цвета измеряется с использованием метрики Delta E (ΔE), при этом меньшие значения указывают на минимальное изменение цвета, а большие — на более заметное выцветание.

Что вызывает коррозию под покрытием в стальных рулонах?

Коррозия под покрытием зависит от материала основы, например ППГИ или ППГЛ. Такие факторы, как влага, соль и загрязняющие вещества окружающей среды, способствуют процессу коррозии.