2-3 / 2004 - strona startowa

ANTYKOROZYJNE IZOLACJE POLIURETANOWE

Przemysław Grabowski

Poliuretany

1.1. Wstęp

Poliuretany, -[-R1-O-CO-NH-R2 – NH-CO-]n-, są tworzywami sztucznymi powstałymi w wyniku reakcji izocyjanianów wielofunkcyjnych z alkoholami polihydroksylowymi.

Poliuretany stanowią bardzo dużą grupę tworzyw sztucznych znajdujących bardzo duże zastosowanie w technice z uwagi na swoje własności takie jak: duża odporność chemiczna na działanie czynników szkodliwych, łatwość formowania, dobre własności mechaniczne.

Poliuretany mogą być termo- lub duroplastami. Do wykonywania izolacji antykorozyjnych stosuje się duroplasty.

Reakcja utwardzania duroplastów jest nieodwracalną reakcją chemiczną. W procesie utwardzania tworzą się trójwymiarowe cząsteczki bardzo odporne na działanie rozpuszczalników organicznych, kwasów i zasad.

Jako surowiec spotyka się je najczęściej w postaci dwukomponentowej. Pierwszym ze składników jest izocjanian, a drugim poliol. Oczywiście w zależności od zastosowania w skład tych podstawowych czynników wchodzi cała gama dodatków takich jak: pigmenty, wypełniacze, mikrowłókna itp.

Spotyka się również poliuretany jednokomponentowe (np. pianki montażowe). Z uwagi na strukturę otwartych porów nie mają one zastosowania jako materiały antykorozyjne oraz nie powinny być stosowane jako wypełniacze przestrzeni np. pomiędzy rurą ochronną a przewodową, ponieważ wchłaniają duże ilości wody. W tych wypadkach powinno stosować się pianki PUR dwukomponentowe o strukturze porów zamkniętych (są nienasiąkliwe ).

1.2 Zalety powłok antykorozyjnych PUR

Izolacje antykorozyjne wykonuje się z poliuretanów dwukomponentowych. Powłoki wykonane z nich mają cały szereg zalet, stąd mimo ich relatywnie wyższej ceny niż izolacji 3LPE ich rosnąca popularność.

Główne zalety powłok PUR to :
– możliwość izolacji skomplikowanych kształtów dzięki nanoszeniu natryskiem
– bardzo wysoka przyczepność do stali i izolacji fabrycznej
– znikome odwarstwienie katodowe
– wysoka twardość i ścieralność przy jednocześnie wysokiej odkształcalności
– szybki czas utwardzania
– bardzo wysoka oporność właściwa.
– szybkość wykonania metodą natrysku nawet do 500 m2 dziennie.

2. Powłoki antykorozyjne poliuretanowe.

Powłoki antykorozyjne poliuretanowe zalicza się do powłok jednowarstwowych. Podobnie jak w przypadku powłok trójwarstwowych 3LPE jak i powłok taśmowych brak jest krajowych norm.

Z konieczności należy się oprzeć stawiając wymagania i przewidując badania gotowej powłoki na normach zagranicznych.

Normą opisującą powłoki poliuretanowe jest niemiecka norma DIN 30671 “Umhüllung ( Außenbeschichtung) von erdvelegten Stahlrohren mit Duroplasten”,wydanie: czerwiec 1992

„Powłoki (zewnętrzne) z duroplastów rur stalowych układanych w ziemi” ( tłum. P.G.).

Izolacje poliuretanowe są w Polsce stosowane od połowy lat 90 ub. stulecia. Na szerszą skalę zostały zastosowane na rurach osłonowych DN 1700 na rurociągu tranzytowym Jamał – Europa Zachodnia na odcinku polskim ( łącznie ponad 7000m ).

Izolacje te rozwinęły się najpierw w USA i Kanadzie skąd zostały przeniesione do Europy. Wiąże się to bezpośrednio z rozwojem technik bezwykopowych, jak i z podniesieniem wymagań dotyczących własności powłok antykorozyjnych oraz podniesieniem wymagań w zakresie ochrony środowiska. Stąd też współczesne izolacje poliuretanowe wykonywane są z poliuretanów bez dodatków bitumicznych itp. Są absolutnie neutralne dla środowiska zarówno w okresie eksploatacji jak i podczas utylizacji odpadów.

Izolacje poliuretanowe mogą być stosowane w budownictwie rurociągów podziemnych zamiennie z izolacją trójwarstwową oraz przede wszystkim wszędzie tam, gdzie z uwagi na zmienność lub komplikację kształtów niemożliwe jest proste i skuteczne zaizolowanie innymi metodami. Z uwagi na bardzo dobre własności mechaniczne oraz izolacyjne są stosowane również do izolowania rurociągów podmorskich, zarówno ropo- jak i gazociągów.

Dla celów projektowych przyjmuje się 50 letni okres trwałości powłoki PUR.

Ponieważ izolacje te mają porównywalny okres trwałości oraz z izolacjami 3LPE znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie zastosowanie izolacji 3LPE jest niemożliwe lub jej własności np. mechaniczne są niewystarczające. Takimi obszarami zastosowań izolacji PUR jest :
– izolacja armatury i urządzeń podziemnych
– izolacja spoin obwodowych na odcinkach przecisków i przewiertów w tym HDD
– izolacja całych odcinków rur okładanych w szczególnie trudnych warunkach
– izolacja odcinków przejściowych np. grunt – powietrze, woda- ląd itp.
– rehabilitacja całych odcinków rurociągów
– miejscowa szybka naprawa izolacji fabrycznej.

Oczywiście nie ma jednego uniwersalnego materiału i do izolacji w każdym konkretnym przypadku dobiera się materiał o odpowiednich parametrach, przy czym należy powiedzieć, że specjalistyczne firmy oferują całą gamę materiałów PUR oraz oferują usługi doradcze tak, że dobór do konkretnego zastosowanie nie nastręcza trudności.

3 . Technologia wykonywania izolacji poliuretanowej.

3.1 Izolacja fabryczna

Izolacje fabryczną wykonuje się metodą natrysku wysokociśnieniowego (ciśnienie ok. 25 MPa) bezpowietrznego ( hydrodynamicznego ).

Metoda ta polega na podawaniu obu podawaniu obu komponentów pod wysokim ciśnieniem do pistoletu. Mieszanie odbywa się bezpośrednio w komorze mieszania pistoletu. Natrysk, co ważne dla jakości powłoki jest całkowicie bezpowietrzny, a oba komponenty nie są rozcieńczone rozpuszczalnikiem i są podawane w odpowiednich dla rodzaju poliuretanu proporcjach do pistoletu.

Należy tu zaznaczyć, że stosowanie rozpuszczalników w celu zmniejszenia lepkości komponentów oraz używanie aparatów powietrznych powoduje pogorszenie jakości nanoszonej powłoki.

Powłokę wykonuje się jako normalną - klasa N o grubości min 800 ľm i jako specjalną - klasa S o grubości min. 1500 ľm.

Jedną z najważniejszych cech powłoki poliuretanowej jest jej bardzo dobra przyczepność do powierzchni stali. Aby ją osiągnąć powierzchnia stalowa musi być oczyszczona techniką strumieniowo -ścierną śrutem stalowym odpowiedniej granulacji i twardości do stopnia czystości co najmniej Sa 2 1/2 wg PN – EN 8501 –1.

Powierzchnia natryskiwana musi być sucha (zaleca się podgrzanie do temperatury co najmniej 3o wyższej niż wynosi punkt rosy w danej temperaturze), ponieważ jeden z komponentów - izocjanian łączy się bardzo łatwo z wodą tworząc strukturę porowatą, co dyskwalifikuje izolację. Powłokę nanosi się metodą natryskową, dlatego nadaje się ona szczególnie do izolowania elementów o skomplikowanych kształtach takich jak: zawory i zasuwy, kompensatory, trójniki, króćce, kołnierze itp.

Poliuretany przeznaczone do izolacji elementów podziemnych cechuje poza dużą odpornością chemiczną duża wytrzymałość mechaniczna, dlatego te cienkie powłoki nie wymagają żadnego dodatkowego zabezpieczenia przed uszkodzeniem w gruncie.

Z uwagi właśnie na tą wysoką wytrzymałość z rur w tej izolacji można dokonywać przejść pod przeszkodami. Rury izolowane w klasie N mogą być stosowane jako ochronne jeżeli przejście jest wykonywane metodą przekopu, a rury w klasie S jeżeli przejście jest dokonywane metodą przewiertu lub przecisku.

3.2 Izolacja na placu budowy..

Rury w izolacji fabrycznej poliuretanowej izolujemy na placu budowy równieý poliuretanem. Podobnie jak przy wykonywaniu izolacji fabrycznej warunkiem dobrej jakoúci jest oczyszczenie powierzchni stalowej do stopnia czystoúci Sa 2˝ oraz usunićcie z niej najlepiej metodą opalania zanieczyszczeń typu organicznego.

Poliuretany przeznaczone do izolacji na placu budowy nanosi się nie metodą natrysku lecz poprzez nakładanie wałkami, pędzlem lub szpachelką. Grubość musi być, co najmniej taka sama jak w przypadku izolacji fabrycznej. Należy pamiętać, że izolacja poliuretanowa osiąga pełną wytrzymałość dopiero po odpowiednim czasie, który wynosi od kilku minut do kilkudziesięciu godzin w zależności od rodzaju poliuretanu i w tym czasie nie powinna być obciążana mechanicznie.

4. Badanie i odbiór izolacji poliuretanowej.

Izolacje poliuretanowe bada się wg wymagań określonych przez odpowiednie normy przytoczone w punkcie 2. Pełne cykle badań przeprowadza się jedynie przy wprowadzaniu nowego produktu i w celu okresowego sprawdzania jakości powłok. Natomiast badaniem odbiorowym jest badanie grubości powłoki i badanie szczelności powłoki. Ponadto można wykonywać próbę nacięć krzyżowych z tym, że jest to próba niszcząca powłokę.

4.1 Badanie grubości

Izolacja powinna mieć grubość zgodną z odpowiednią klasą wg którejś z w/w norm. Jednak w przypadku izolacji spoin obwodowych na odcinkach przewidzianych na przewierty horyzontalne HDD lub przeciski wykonuje się ją tak, aby powierzchnia jej równała się z powierzchnią izolacji fabrycznej, czyli o grubości 3 i więcej milimetrów. Robi się to w celu uniknięcia karbów powierzchniowych i w tym przypadku nie wykonuje się pomiaru grubości tylko ocenia się wizualnie jakość powierzchni zaizolowanej PUR. Powinna być pozbawiona nieciągłości ( pęcherzy, wgnieceń itp.) , lico powinno być gładkie, a w miejscu styku z izolacją fabryczną nie powinno być jakichkolwiek szczelin.

Grubość bada się grubościomierzem magnetycznym lub rzadziej ultradźwiękowym o odpowiednim zakresie i dokładności pomiaru.

Ocenia się grubość minimalną powłoki, tak jak wymaga tego norma DIN 30671800 ľm kl. N i 1500 ľm klasa S.

4.2. Badanie szczelności.

Badanie szczelności przeprowadza się defektoskopem wysokonapięciowym przy napięciu badanym liczonym wg następującego wzoru.

V bad = 0,01 kV . x

gdzie x = liczbie ľm grubości powłoki wg normy, czyli

V bad = 8 kV dla izolacji w klasie N i
V bad = 15 kV dla izolacji w klasie S

Badanie należy przeprowadzać w następujący sposób.

1. Elektroda badawcza (szczotka mosiężna, spirala, guma przewodząca) musi dotykać powierzchni.
2. Napięcie badawcze włącza się w momencie posuwania elektrody.
3. Miejsca w których wykryto przebicia naprawia się i sprawdza po naprawie tylko te miejsca
4. Prędkość posuwu elektrody badawczej powinna być nie mniejsza niż 300mm/s.
5. Badanie przeprowadza się tylko na suchej powierzchni. Powierzchnia wilgotna wskutek efektów pojemnościowych daje fałszywe wyniki.
6. Ilość badań powinna być jak najmniejsza, gdyż wielokrotne badania mogą doprowadzić do przepalenia dobrej izolacji.
7. Należy bezwzględnie przestrzegać górnej wysokości napięcia badawczego dla danej klasy izolacji.

Uwaga ! Zbyt wysokie napięcie niszczy nieodwracalnie dobrą izolację.

4.3. Ocena wizualna powierzchni.

Powierzchnia izolacji powinna być gładka z jednolitym połyskiem. Nie może posiadać widocznych pęcherzy, rozwarstwień, pęknięć itp.

Wykryte pojedyncze wady wyżej opisanego typu można naprawić przez usunięcie i położenie w tym miejscu nowej powłoki. Liczne wady dyskwalifikują izolację, która musi być usunięta w całości i zastąpiona nową.