Скільки часу триває термін служби оцинкованої сталевої стрічки з полімерним покриттям?

Тип покриття та його безпосередній вплив на термін служби оцинкованої сталевої стрічки з полімерним покриттям

Тип покриття зі смоли, яке наноситься, має вирішальне значення для стійкості оцинкованої сталевої стрічки з кольоровим покриттям до атмосферних пошкоджень та її тривалості експлуатації. На основі ретельних випробувань у лабораторних умовах та в реальних умовах експлуатації виділяються три основні варіанти: полівініліденфторид (PVDF), силікономодифікований поліестер (SMP) та звичайний поліестер (PE). PVDF є, по суті, «золотим стандартом», оскільки він надзвичайно добре витримує ультрафіолетове випромінювання й не вступає в хімічну реакцію з більшістю речовин. За спостереженнями, такі покриття зберігають свою цілісність протягом 25 років і більше, перш ніж проявлять ознаки зносу — наприклад, побіління або втрату первинного кольору. SMP займає проміжне положення між бюджетними та довговічними рішеннями: такі покриття, як правило, зберігають свою цілісність протягом 15–20 років і краще гнуться без утворення тріщин порівняно з іншими типами. Для проектів, де важливіші витрати, ніж тривалість експлуатації, звичайні PE-покриття цілком підходять для тимчасового або середньотермінового використання — їх термін служби становить приблизно 7–10 років. Проте слід уважно ставитися до випадків, коли матеріал буде піддаватися тривалому впливу сонячного світла, оскільки такі покриття втрачають колір швидше, ніж інші типи.

PVDF, SMP та PE: очікуваний термін служби в стандартних умовах

Причина цих відмінностей у матеріалах полягає в їхньому молекулярному складі. У PVDF присутні міцні зв’язки фтору з вуглецем, які значно краще за більшість матеріалів протистоять пошкодженню під дією сонячного світла. Натомість смоли PE погано витримують тривалий вплив сонячного світла. Розумні виробники добре знають це й наполегливо працюють над удосконаленням своїх формул: вони додають ультрафіолетові абсорбери, щоб уповільнити неухильний процес розкладання. Також використовуються стабілізатори типу HALS, які допомагають зберігати блискучий вигляд поверхонь замість тьмяного й вицвілого. І, звичайно ж, не слід забувати про спеціальні суміші пігментів, розроблені саме для збереження насичених кольорів навіть після багатьох років перебування на відкритому повітрі в умовах навколишнього середовища.

Стабільність кольору з часом: метрика ΔE та реальні закономірності вицвітання

Ми вимірюємо зміни кольору за допомогою так званих значень Delta E або ΔE. Коли значення ΔE залишається нижче 1, більшість людей зовсім не помітить жодної різниці. Але як тільки воно перевищує 5, зміна кольору стає досить вираженою для будь-кого, хто на неї дивиться. Випробування показують, що покриття на основі PVDF зазвичай зберігають значення ΔE менше 3 навіть після десяти років перебування під постійним сонячним впливом у Флориді. Такі випробування на стійкість до атмосферних впливів встановлюють стандарт того, що вважається справжньою ультрафіолетовою навантаженістю. Натомість покриття на основі PE, як правило, деградують значно швидше. Багато з них уже через п’ять років експлуатації в умовах пустелі, де сонячне світло є безперервним, починають демонструвати значення ΔE понад 8. Польові дані з реальних установок підтверджують ці лабораторні результати й надають виробникам чітких рекомендацій щодо того, які матеріали найкраще витримують різні види навантажень з боку навколишнього середовища.

• Вертикальні панелі, орієнтовані на південь, відбивають на 45 % менше випробувань на випроблення кольору порівняно з горизонтальними установками через скорочення тривалості безпосереднього сонячного опромінення та краще самозачищення завдяки стоку дощової води
• Світлі покриття відбивають більше інфрачервоного (ІЧ) випромінювання, що знижує температуру поверхні та зменшує теплове навантаження на полімерні ланцюги
• У прибережних установках прискорюється утворення вапнякового нальоту через соле-сприяну гідролізну реакцію, у якій йони хлориду каталізують розрив полімерних ланцюгів під дією вологи

Вплив навколишнього середовища: як місцезнаходження визначає довговічність оцинкованої сталевої стрічки з полімерним покриттям

Прибережні, промислові та внутрішні середовища — швидкості корозії та валідація за стандартами ISO/ASTM

Термін служби оцинкованих сталевих рулонів з полімерним покриттям дійсно залежить від місця їхнього монтажу, оскільки в різних регіонах виникають різні проблеми корозії. Наприклад, у прибережних районах сіль, що міститься в повітрі, значно прискорює процес корозії. Дослідження показують, що в таких солоних середовищах швидкість корозії може бути втричі вищою, ніж у внутрішніх районах, згідно зі стандартами ISO. У промислових зонах у повітрі циркулює велика кількість шкідливих речовин. Діоксид сірки поєднується з атмосферною вологістю й утворює корозійно-активні сполуки, які проникають у мікротріщини покриття. Випробування за умовами ASTM B117 показали, що спеціальні промислові рулони витримують такі жорсткі умови на 30 % краще, ніж звичайні. З іншого боку, усередині будівель ситуація зовсім інша: вологість залишається досить стабільною, немає ушкоджень від сонячного світла й практично відсутні забруднюючі речовини в повітрі. Саме завдяки такому контрольованому середовищу ці рулони часто можуть експлуатуватися понад 30 років до потреби в заміні.

Матеріал основи має значення: вплив цинк-алюмінієвого сплаву у ППГІ та ППГЛ на корозію під покриттям

Корозія під покриттям, яка поширюється бічно під шарами фарби, що в іншому випадку залишаються непошкодженими, значною мірою залежить від типу матеріалу, що лежить під ними. ППГЗ (попередньо забарвлений оцинкований залізний лист) працює лише тому, що цинк забезпечує жертвенний захист. Однак у разі розрізів або подряпин — особливо в місцях, де волога затримується довго, наприклад, поблизу узбережжя чи в промислових зонах, — червонава іржа починає з’являтися досить швидко. З іншого боку, ППГЛ (попередньо забарвлений гальвалюм) містить суміш цинку й алюмінію — приблизно 55 % цинку та 45 % алюмінію, згідно з технічними специфікаціями. Ця комбінація сприяє утворенню товстих шарів оксиду алюмінію, які здатні самовідновлюватися з часом. Випробування, проведені за стандартом ASTM G85, показують цікавий ефект: цей сплав уповільнює процес корозії під покриттям приблизно на 40 %, а також зменшує кількість цинку, що витрачається під час самозахисту. Як наслідок, рулони, виготовлені з цього матеріалу, зберігають свою придатність на 5–8 років довше навіть у умовах агресивного впливу навколишнього середовища.

Основні чинники деградації: ультрафіолетове випромінювання, волога та теплове навантаження на оцинковану сталь з полімерним покриттям

Оцинковані стальні рулони з полімерним покриттям погіршуються переважно через три чинники, що впливають на них протягом тривалого часу: ультрафіолетове випромінювання сонця, проникнення води під поверхню та багаторазові зміни температури. Коли УФ-промені потрапляють на ці матеріали, вони починають руйнувати полімери, які утримують усе разом, особливо помітно це в темних кольорах, де спостерігається випробування кольору та утворення крейдоподібної текстури на поверхні. Дослідження показують, що після приблизно п’яти років експлуатації в умовах інтенсивного сонячного світла більшість людей можуть помітити відмінності в кольорі, що становлять близько трьох одиниць або більше за стандартними шкалами випробувань. Проникнення води через тріщини або пошкоджені ділянки призводить до корозії під захисним шаром, саме тому місця розрізів найчастіше стають проблемними зонами. І, нарешті, постійні цикли нагрівання та охолодження — зазвичай тоді, коли температура змінюється щонайменше на 50 °C або більше між денним і нічним часом. Цей постійний цикл розширення та стискання викликає утворення мікротріщин, оскільки різні частини матеріалу розширюються з трохи різною швидкістю, що з часом порушує цілісність системи покриття.

Прискорені лабораторні випробування, такі як УФ-тестування в камерах QUV та випробування в ксенонових погодних камерах, дозволяють імітувати вплив навколишнього середовища на матеріали протягом десятиліть лише за кілька тисяч годин випробувань — що приблизно відповідає десяти рокам експлуатації в реальних умовах. Однак ці методи, як правило, не враховують, як різні чинники взаємодіють між собою, спричиняючи пошкодження, оскільки кожну змінну перевіряють окремо, а не одночасно в умовах кількох навантажень. Проте польові дослідження в прибережних районах показують цікавий результат: поєднання солі, вологи та ультрафіолетового випромінювання призводить до виходу матеріалів з ладу приблизно на 40 % швидше, ніж аналогічних матеріалів у внутрішніх районах. Візьмемо, наприклад, теплове розширення. Постійне нагрівання й охолодження викликає мікротріщини, через які проникає вода; потім, замерзаючи, вода розширюється й завдає ще більшої шкоди. Такий ланцюговий процес практично не відбувається всередині стандартних камер QUV.

Прискорене старіння (QUV/Ксенон) порівняно з експлуатаційними показниками в умовах експлуатації: подолання десятирічної розбіжності

Ця розбіжність виникає через те, що прискорені випробування ізолюють окремі змінні, тоді як у реальних умовах експлуатації матеріали піддаються одночасному впливу кількох навантажень. Наприклад, щоденне теплове деформування відкриває мікротріщини, через які проникає волога, що потім розширюється під час циклів замерзання-відтавання — така послідовність відмов рідко відтворюється в камерах QUV.

Оптимізація товщини покриття: граничні значення, ефект спадної віддачі та найкращі практики забезпечення тривалого терміну служби

Рекомендовані діапазони товщини сухого покриття залежно від типу смоли (PE, SMP, PVDF)

Оптимізація товщини сухого покриття (DFT) є критично важливою для максимізації терміну служби оцинкованої сталевої стрічки з кольоровим покриттям. Галузеві стандарти встановлюють окремі діапазони DFT для поширених систем смол:

• Поліестер (PE) : 20–25 мкм забезпечують оптимальне співвідношення вартості й експлуатаційних характеристик
• Силікономодифікований поліестер (SMP) : 25–30 мкм підвищує стійкість до УФ-випромінювання та довговічність
• Полівініліденфторид (PVDF) 18–22 мкм — забезпечує оптимальну гнучкість без утрати захисних властивостей

Виходячи за певні межі, більше не має сенсу. Покриття товщиною понад 35 мікрон збільшують витрати компаній на матеріали приблизно на 15–22 %, але практично не продовжують термін їх служби. Натомість, коли товщина сухого шару зменшується до менш ніж 15 мікрон, проблеми корозії виникають у чотири рази частіше в районах, розташованих поблизу морської води. Результати випробувань у реальних умовах показують, що правильно нанесені покриття дозволяють компонентам витримувати вдвічі-втричі більше циклів зміни температури до руйнування порівняно з тими, що знаходяться поза оптимальним діапазоном товщини. Для виробників, які прагнуть максимально ефективно використовувати свої покриття, регулярний контроль товщини за допомогою високоякісних магнітних товщиномірів є доцільним. Налаштування параметрів розпилення та підтримка вимірюваних значень у межах ±3 мкм сьогодні є загальноприйнятою практикою в галузі.

Часто задані питання (FAQ)

Які основні типи покриттів використовуються у фарбованих сталевих рулонах?

Основними типами покриттів є полівініліденфторид (PVDF), силікономодифікований поліестер (SMP) та звичайний поліестер (PE). Кожен із них має різний ступінь стійкості та стійкості до ультрафіолетового випромінювання.

Як місцезнаходження впливає на стійкість кольорових оцинкованих сталевих рулонів?

Навколишнє середовище відіграє значну роль у стійкості кольорових оцинкованих сталевих рулонів. У прибережних районах, де в повітрі міститься сіль, швидкість корозії вища, тоді як у промислових зонах матеріал піддається іншим хімічним впливам. Внутрішні середовища, як правило, забезпечують триваліший термін служби завдяки контрольованим умовам.

Чому важливо оптимізувати товщину сухого шару (DFT)?

Оптимальна товщина сухого шару забезпечує тривалий термін служби та стійкість покриття. Вона забезпечує баланс між вартістю й ефективністю: певні діапазони товщини забезпечують максимальний захист без зайвого зростання витрат.

Як вимірюють стабільність кольору з часом для цих покриттів?

Стабільність кольору вимірюється за допомогою метрики Delta E (ΔE), де нижчі значення вказують на мінімальну зміну кольору, а вищі — на більш помітне випроблення.

Що викликає корозію під плівкою у сталевих рулонів?

Корозія під плівкою залежить від матеріалу основи, наприклад PPGI або PPGL. Такі чинники, як волога, сіль та забруднювачі навколишнього середовища, сприяють процесу корозії.