Применение полимерных покрытий в транспортной отрасли и

Применение полимерных
покрытий в транспортной отрасли
и городском хозяйстве
Главный инженер
ООО «Институт полимеров»
Жогаль Алексей Владимирович
Санкт-Петербург
2010 г.
ОАО «РЖД» - потребность в разработке защитного
покрытия для внутренних стенок полувагонов
1. Использование тепляков:
- рост цен на энергоресурсы (на 35% в год);
- программа энергосбережения (Закон"Об
энергосбережении и о повышении
энергетической эффективности и о внесении
изменений в отдельные законодательные
акты РФ");
2. Составы в ожидании выгрузки:
- большое количество угля в обороте;
- простой вагонного парка;
3. Повреждение полувагонов:
- при выгрузке грейферами;
- при примерзании груза к стенкам
полувагона;
Покрытие полувагонов покрытием на основе СВМПЭ
как решение ситуации
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен отличается совершенно особой
комбинацией свойств:

чрезвычайно высокая ударная вязкость образца с надрезом

высокая работоспособность при повышенных рабочих скоростях

очень хорошие качества скольжения

очень малый износ и устойчивость к налипанию

незначительные потери на трение

очень высокая устойчивость по отношению к воздействию химикатов, таких
как кислоты, щелочи, агрессивные газы

высокая стойкость к растрескиванию

очень хорошее шумогашение

широкий спектр применений вследствие температурной стойкости в
диапазоне от –200 до + 90°C
Производство СВМПЭ в России
8-й Германо-Российский Саммит в Томске
26 апреля 2006г.
Президент России Владимир Путин посетил
с канцлером Германии Ангелой Меркель
Томскую технико-внедренческую зону, в
частности, ООО "Томскнефтехим", на
территории которого была торжественно
запущенна линия по производству СВМПЭ.
В рамках встречи были продемонстрированы
новейшие разработки отечественных ученых
и компаний в сфере переработки и
применения высокомолекулярных
полимеров.
Научный задел и научная составляющая
Институт катализа,
г. Новосибирск
Санкт-Петербургский
Государственный
Университет
Санкт-Петербургский
Государственный
Технологический
Университет
ФГУП ЦНИИ КМ
«Прометей»
Консалтинговая группа
«Тикона», Германия
ЖКХ
Нефтегазовые
компании
Наука
ООО Завод КП
Грант Фонда
содействия
Развитию
МФПНТС
РЖД
Метрополитен
Объединенный институт машиностроения
Академии Наук Беларуси
Газопламенное порошковое напыление полимерных покрытий
Характеристика газопламенного
пистолета -ТЕРКО-П
Производительность, кг/ч
Значение
2,9
Производительность нанесения слоя
толщиной 400 мкм, дм2/ч
400 - 500
Средние значения расхода
и давления воздуха
25 м3/ч;
0,48 МПа
Средние значения расхода
и давления пропана
1,15 м3/ч;
0,19 МПа
Формы факела в зависимости от степени газодинамической активации
Институт является постоянным участником ежегодной конференции,
проводимой ОАО «РЖД» на базе СПбГУ, где представляет свои новейшие
разработки в области активированного газопламенного напыления.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ "ПРОМЕТЕЙ"
Созданный в 1939 году ЦНИИ конструкционных
материалов "Прометей" сегодня
представляет собой многопрофильное
государственное унитарное предприятие,
выполняющее заказы федеральных
министерств, отечественных и зарубежных
предприятий различных отраслей
промышленности.
C 2007 г. ФГУП ЦНИИ КМ “Прометей”, является
головной организацией отрасли по
направлению “Конструкционные
наноматериалы” в Национальной
Нанотехнологической Сети (ННС). Имея
статус Государственного научного центра
РФ, ЦНИИ КМ "Прометей" проводит
фундаментальные, прикладные
исследования и разработки для создания
перспективных образцов техники нового
тысячелетия.
По договору № 971 от 20 сентября 2009 г.
между ООО «Институт полимеров» и ОАО «РЖД»,
Совместно с ФГУП ЦНИИ КМ Прометей разработана схема роботизированной
установки для нанесения покрытия на внутренние стенки полувагонов
Основные узлы роботизированной установки
Установка состоит из следующих основных
узлов:
1.
портал
2.
робот-манипулятор типа FS60L;
3.
газопламенные пистолеты для
нанесения защитного покрытия;
4.
лазерная система определения
расстояния и контроля кчества
поверхности.
5.
струйно-абразивная установка типа
DSG-250;
6.
система сбора и рекуперации
абразивного материала типа СОВ4/4;
7.
8.
1
2
4
3
Система подачи порошковой
полимерной смеси в пистолеты
закрепленные на роботеманипуляторе;
Система местной вытяжной
вентиляции.
5
В рамках работы бала разработана полимерная смесь из нескольких марок СВМПЭ с
добавками и наполнителями, для нанесения на внутренние стенки полувагонов
обеспечивающая снижение примерзания груза
6
Для проверки полимерного покрытия при натурных испытаниях
был подготовлен проект договора, который прошел ценовую
комиссию ОАО «РЖД» от 10.02.2010 г.
По проекту договора и технического задания необходимо было провести
испытание полимерного покрытия на основе сверхвысокомолекулярного
полиэтилена разработанного для уменьшения примерзания груза к стенкам
полувагона.
По обозначенным требованиям покрытие должно обеспечивать:
- адгезионную прочность сцепления с металлом стенки
полувагона;
- стойкость к абразивному износу;
- стойкость к перепаду температур;
Проведение лабораторных испытаний образцов проходило на базе ФГУП
ЦНИИ «Прометей»
Подготовка внутренней поверхности полувагона перед
напылением
Подготовка поверхности осуществлялась абразивоструйным методом до
степени Sа 2 1/2 в соответствии со стандартом ИСО 8501-1, степень
шероховатости составила Rz= 100-120 мкм.
Испытания покрытия при подконтрольной эксплуатации
1 вагон №52184041 постройки 1991г.
После первой выгрузки:
налипание груза при
температуре воздуха – 5°С
После второй выгрузки:
налипание груза при
температуре воздуха 0°С
С полимерным покрытием
100% на днище полувагона высотой
не более 10÷15см. и частичное
налипание на 4 углах кузова. При
последующей
очистке
был
Без покрытия
Нет сравнения
30%
задействован тепляк
технологического
разогрева полного вагона
от
времени
остатки груза в виде пыли и
отдельных кусков угля на днище не
более
3 %.
остатки груза в виде пыли и
отдельных
кусков
угля
30 %
зафиксированы на
днища на высоту 15 см.
Налипание на дне полувагона при минусовой температуре связано с тем, что
вагон имел обширную деформацию кузова и наличие большого количества
глубоких каверн способствующих увеличении адгезии за счет скапливания в
них влаги.
Испытания покрытия при подконтрольной эксплуатации
2 вагон №53043519 постройки 2009 г.
После первой выгрузки:
налипание груза при
температуре воздуха – 5°С
После второй выгрузки:
налипание груза при
температуре воздуха 0°С
С полимерным покрытием
на 80% днища полувагона высотой
не более 10÷15см. и частичное
налипание на 2 углах кузова
остатки груза в виде пыли и
отдельных кусков угля на днище не
более 3%
Без покрытия
Нет сравнения
остатки груза в виде пыли и
отдельных
кусков
угля
зафиксированы на 30 %
днища на высоту 15 см.
Налипание на дне полувагона при минусовой температуре связано с тем, что
полимерное покрытие имело шероховатую поверхность (наличие аэрозоли)
эмитирующую введение в полимер наполнителя (минеральные наполнители,
стеклянные микросферы) для армирования поверхности днища вагона.
Испытания покрытия при подконтрольной эксплуатации
3 вагон №53042974 постройки 2009 г.
После первой выгрузки:
налипание груза при
температуре воздуха – 5°С
После второй выгрузки:
налипание груза при
температуре воздуха 0°С
С полимерным покрытием
на 20% днища полувагона высотой
не более 10÷15см. и частичное
налипание на 2 углах кузова.
остатки груза в виде пыли и
отдельных кусков угля на днище не
более 1%
Без покрытия
Нет сравнения
остатки груза в виде пыли и
отдельных
кусков
угля
зафиксированы на 30 %
днища на высоту 15 см.
Усилие сцепления груза с покрытием на дне полувагона при минусовой
температуре не удалось преодолеть т.к. при выполнении работ по нанесению
покрытия ручным методом, в местах стыков не удалось соблюсти
необходимую
шероховатость
поверхности
(постоянный
сквозняк
и
отрицательные
температуры)
и
при
работе
вибратора
на
раме
вагонопрокидывателя не было возможности применения других методов
вибрации.
Результаты первой выгрузки
вагон №53042974 постройки 2009 г.
Дополнительные требования к полимерному покрытию
Полимерное покрытие должно обеспечить отсутствие примерзания груза к
стенкам и дну полувагона
Покрытие должно обеспечивать:
- высокую адгезионную прочность сцепления с металлом стенки
полувагона на несколько лет;
- стойкость к абразивному износу;
- стойкость к перепаду температур;
Проведение всех испытаний на базе ОАО «ВНИИЖТ» и получение
гигиенического сертификата в ОАО «ВНИИЖГ»
Для обеспечения вышеизложенных требований, для вагонов старше
10 лет от постройки, необходимо ликвидировать каверны и
обеспечить
дополнительное
усиление
покрытия
за
счет
использования базальтовых тканей пропитанных СВМПЭ, а усиление
покрытия на стенках полувагона за счет введения в СВМПЭ алмазографитной добавки, что увеличит стоимость композиционной смеси
на 40%.
Российская академия наук «Физико-технический институт
им. А. Ф. Иоффе РАН»
Образцы продукции из полимерных композиционных материалов на
термопластичных матрицах
Описание проекта
Производство полимерных композиционных материалов на
термопластичных матрицах
Результаты триботехнических испытаний различных углепластиков, в том числе УПФС-м
Итоги работы

Нанесение гидрофобного, морозостойкого и износостойкого покрытия сократит простой вагонов при
отмерзании грузов в тепляках и сократит затраты на оплату электроэнергии не менее чем на
30%, увеличит срок эксплуатации вагона не менее чем на 20 %,
уменьшит простой вагонов на вспомогательных путях, сократит
время выгрузки сыпучих грузов







Отработаны и откорректированы условия подготовки поверхности для нанесения полимерного
защитного слоя
Отработаны режимы напыления
Разработаны различные типы композиционных полимерных порошковых смесей для нанесения
покрытия
Установка при использовании позволит наносить защитное покрытие на основе СВМПЭ на
внутреннюю поверхность грузового полувагона для защиты от примерзания к стенкам сыпучих
грузов, при перевозке таких грузов в зимний период времени.
Используемые для напыления на данной установке полимерные смеси обеспечат высокую
адгезионную прочность покрытия от 4 до 10 МПа, а также гидрофобность, морозостойкость,
износостойкость покрытия.
Расход композиционной смеси покрытия для обработки 1 м2 поверхности вагона с защитным слоем
в 0,4 мм составит 0,6 кг и для обработки всех стенок вагона площадью 150 м2 суммарный расход
составит 80-90 кг материала.
Одна установка, с учетом затрат по времени на профилактические работы, будет обрабатывать
внутреннюю поверхность грузовых вагонов от 300 до 400 штук в год.
Освоенные технологии напыления полимерных покрытий предлагаемые ООО
«Институт Полимеров» на Российский и зарубежный рынки
Нанесение покрытий
газопламенным методом
Нанесение покрытий
электростатическим и
трибостатическим методами
Нанесение покрытия
вспененным полиуретаном
Полимерное покрытие чердачных и
подвальных помещений
Использование технологии напыления жёсткого
пенополиуретана
Сокращение тепловых потерь во время отопительного сезона
-
-
Сокращение происходит за счет напыления жесткого пенополиуретана поверхности
чердачных помещений зданий и сооружений и
напыления на поверхности подвальных помещений (за счет разнообразных свойств ППУгидроизоляция фундаментов). Это приводит к уменьшению потребления тепловой
энергии в виде отопления данных зданий в количестве ( 0,435 гКал/ч – 323,64 гКал/мес.
(по городским тарифам экономия составляет 198 200 р/мес.)
Окупаемость 3-3,5 года
Трансфер технологий
Гидроизоляционные полимерные покрытия
Объект: несущий фундамент производственного корпуса
ДО
ОАО им. «КП»
ПОСЛЕ
Нанесение полимерной
композиции на основе
СВМПЭ на бетонную
поверхность (толщина
слоя 0,5÷1 мм.)
Объект: система
общесплавной канализации
ОАО им. «КП»
СВМПЭ
Нанесение гидроизоляционных, химически
стойких покрытий на колодцы
СВМПЭ
Нанесение органосиликатных красок
Применение технологии каменного литья
совместно с академией им. Болотова (Украина)
•
•
•
•
•
Технические характеристики:
высокая адгезионная прочность
сцепления с бетоном;
стойкость к абразивному износу;
очень высокая устойчивость по
отношению к воздействию
химикатов, таких как кислоты,
щелочи, агрессивные газы;
высокая стойкость к
растрескиванию;
простота нанесения;
Применение в городском хозяйстве
противообледенительных покрытий
ЭП-439П
При проведении комплекса
мероприятий с использованием
методов: напыления жесткого
вспененного полиуретана на
чердачные помещения,
обработка кровли
противообледенительными
красками, нанесение
противообледенительных
композиций на основе СВМПЭ
достигается максимальный
эффект.
Предварительный перечень инновационных нанотехнологий, азработанных научными и производственными
организациям СПб РАН Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе, РАН
Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова, Водотрансприбор, ФГУП «Прометей», СПБГУ, Российскогерманский Институт полимеров, НПО КП),
для внедрения на объектах «ГУП Водоканал СПб».







Покрытие внутренней поверхности резервуара чистой воды
защитным полимерным покрытием на водопроводной насосной
станции № 5 города Петродворца.
Обработка стен и технологических проемов методом
полимерного напыления; восстановление тепловой изоляции сетей
на ВНС Мурино, ВНС Кушелевская, ВНС Парнасская.
Нанесение полимерного покрытия на внутреннею и внешнюю
поверхности новых колец для колодцев водоснабжения;
герметизация швов при монтаже полимерным материалом.
Облицовка препрегами и специальными красками поверхностей
колодцев, коллекторов и труб.
Нанесение на металлические поверхности (запорная арматура,
крупногабаритные металлические изделия и тд.) порошковых
красок и полимерных композитов.
Гидроизоляция фундаментов зданий и сооружений методом
нанесения полимерного защитного покрытия.
Нанесение противообледенительных полимерных покрытий
и проведение работ по теплоизоляции чердаков, подвалов
зданий и сооружений.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Главный инженер
ООО «Институт полимеров»
Жогаль Алексей Владимирович
Тел.: (812)542-15-21
Факс: (812) 542-71-48
E-mail :[email protected]