Система защитного покрытия, содержащая ингибитор коррозии - RU2341376C2
Код документа: RU2341376C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение в общем относится к области покрытий для защиты материалов от элементов внешней окружающей среды. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системе защитного покрытия, которая содержит ингибитор коррозии.
Внимание к коррозии и коррозионному износу становится все более важным по экономическим причинам и причинам, связанным с безопасностью. На основе оценок, сделанных в середине 1990 годов, общие расходы, приписываемые коррозии, составляют более 100 миллиардов долларов США, только для Соединенных Штатов. Эти средства, как правило, учитывают только прямые расходы на коррозию и не включают в себя связанные с ней опосредованные расходы, например на безопасность, на простой оборудования, потери продукта, загрязнения и избыточность конструкции.
Коррозия может определяться как деструктивное воздействие внешней окружающей среды на металл или металлический сплав. Почти каждый процесс коррозии металла включает в себя перенос заряда электрона в водном растворе, и большинство реакций коррозии имеют место в присутствии воды, в фазах, либо жидкости, либо конденсированных паров, а также - при высокой влажности. Коррозия представляет собой особенную проблему в морской окружающей среде, которая встречается в таких местах как корабли, буровые платформы морского базирования и прибрежные области, где, среди прочего, морская вода ускоряет реакции коррозии благодаря увеличению переноса ионов, воздействию рН и повышенным уровням растворенного кислорода, что, в свою очередь, повышает уровни ионов водорода.
Реакции коррозии дополнительно ускоряются в морских окружающих средах под действием загрязнений, таких как хлоридные ионы, присутствующих в морской воде. Коррозионное повреждение оборудования, которое хранится и используется в морских окружающих средах, представляет собой очень серьезную проблему, оказывая воздействие на стоимость обслуживания, доступность, ремонт и надежность.
Оборудование, хранящееся, например, на борту судна или в прибрежных областях, часто хранится в защитных системах для хранения, которые, как доказано, имеют эффективность меньшую, чем оптимальная. В лучшем случае такое оборудование покрывают водонепроницаемыми брезентами, хотя часто, особенно для оборудования на борту судов, оно не закрывается соответствующим образом и непосредственно соприкасается с морской окружающей средой, что приводит к быстрой коррозии. Даже если оборудование покрыто водонепроницаемыми брезентами, морская вода по-прежнему проникает сквозь брезенты и/или вокруг них в защищенные пространства, где она собирается и вызывает коррозию прикрываемого оборудования. Кроме того, обычные системы хранения могут быть трудоемкими при использовании и обслуживании, и по этой причине часто обходятся без них. В результате, коррозия продолжает представлять собой значительную и дорогостоящую проблему, требуя многих часов для удаления ржавчины, покраски и ремонта, что часто приводит к преждевременной замене оборудования.
На фиг.1 изображено обычное водонепроницаемое покрытие 20, используемое для защиты объекта, такого как металлический объект 22, находящийся на поверхности 24, от влаги, такой как дождь, брызги морских волн, роса и тому подобное. Покрытие 20 имеет наружную поверхность 26, внутреннюю поверхность 28 и площадь 30, ограничиваемую периферийным краем 32. Покрытие 20 изображено как покрывающее объект 22 обычным образом, где микроокружение, в целом, ограничивается пространством, окруженным покрытием. Микроокружение содержит ряд внутренних областей, таких как области 34, расположенные между покрытием 20 и объектом 22.
Как правило, обычные покрытия, такие как покрытие 20, содержат, по меньшей мере, один непроницаемый для жидкости слой, изготовленный, например, из сотканной с натяжением полимерной ткани или нетканой структуры, такой как сплошная пленка или другая мембрана. Более сложные обычные покрытия могут содержать один или несколько дополнительных слоев, которые обеспечивают их дополнительными признаками, такими как очень износостойкие наружные поверхности для противостояния жестким внешним условиям и неабразивные внутренние поверхности для сведения к минимуму механических повреждений прикрываемого объекта. Другие обычные покрытия изготавливают из проницаемых для паров пористых материалов, таких как растянутый политетрафторэтилен или что-либо подобное.
Воздух во внутренних областях 34, как правило, никогда не имеет содержание влажности меньшее, чем содержание влажности окружающей среды. Если содержание влажности внешней окружающей среды увеличивается, содержание влажности областей 34 также увеличивается благодаря притоку влажности (иллюстрируется стрелкой 36) через зазоры между покрытием 20 и поверхностью 24 на периферийных краях 32 покрытия. В результате содержания влажности внешней окружающей среды 38 и областей 34 выравниваются. После того, когда дополнительная влажность попадает в микроокружение, она захватывается, как иллюстрируется стрелками 40. Уровни влажности могут быстро повышаться, и воздух насыщается. В таком случае может произойти конденсация на объекте 22. Поскольку содержание влажности внутренних областей 34 никогда не опускается ниже, чем во внешней окружающей среде 38, обычные покрытия не являются особенно эффективными во внешних окружающих средах с высокой влажностью, такие как морские окружающие среды и окружающие среды с высокой влажностью. Кроме того, после попадания влажности в микроокружение диссипация может занять длительное время, если вообще произойдет.
Одним аспектом настоящего изобретения является система защитного покрытия для защиты объекта путем создания микроокружения вблизи объекта, когда система защитного покрытия накладывается на объект. Система защитного покрытия содержит покрытие для наложения на объект и ограничения с его помощью микроокружения, когда покрытие накладывается на объект. Покрытие содержит первый слой, который содержит непористый, проницаемый для паров воды слой. Источник ингибитора коррозии обеспечивает, по меньшей мере, один ингибитор коррозии в микроокружении, когда покрытие накладывается на объект. Источник ингибитора коррозии находится в сообщении с микроокружением, когда покрытие накладывается на объект, так что, по меньшей мере, некоторая часть ингибитора коррозии может поступать в микроокружение.
Другим аспектом настоящего изобретения является система защитного покрытия для ингибирования коррозии объекта путем формирования микроокружения вблизи объекта, когда система защитного покрытия накладывается на объект. Система защитного покрытия содержит покрытие, которое содержит первый слой, имеющий первую лицевую сторону и вторую лицевую сторону. Первый слой содержит поглощающий материал, приспособленный для поглощения и удерживания влажности. Второй слой расположен рядом с первой лицевой стороной первого слоя и является непроницаемым для жидкости. Источник ингибитора коррозии, который содержит, по меньшей мере, один ингибитор коррозии, имеет сообщение текучей среды с микроокружением, когда покрытие накладывается на объект.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является панельная система покрытия для защиты объекта от влажности. Панельная система покрытия содержит множество панелей, каждая из которых содержит первый слой, имеющий первую лицевую сторону и вторую лицевую сторону. Первый слой содержит поглощающий материал, приспособленный для поглощения и удерживания влажности. Второй слой расположен рядом с первой лицевой стороной первого слоя. Второй слой является непроницаемым для жидкости. Каждая из множества панелей прикреплена, по меньшей мере, к одной из множества панелей, расположенных рядом с ней.
Для иллюстрации настоящего изобретения чертежи изображают вариант осуществления настоящего изобретения, который является предпочтительным в настоящее время. Однако необходимо понять, что настоящее изобретение не является ограниченным точными системами и компонентами, изображенными на чертежах, где
Фиг.1 представляет собой вид поперечного сечения, известного из уровня техники покрытия, покрывающего объект;
Фиг.2 представляет собой вид поперечного сечения системы защитного покрытия по настоящему изобретению, изображающий ее покрытие, покрывающее объект;
Фиг.3 представляет собой вид поперечного сечения части одного из воплощений системы защитного покрытия по настоящему изобретению;
Фиг.4 представляет собой вид поперечного сечения части альтернативного воплощения системы защитного покрытия по настоящему изобретению;
Фиг.5 представляет собой увеличенный вид одного края покрытия, изображенного на фиг.2, для конкретного воплощения покрытия по настоящему изобретению;
Фиг.6 представляет собой общий вид, изображающий воплощение защитного покрытия по настоящему изобретению, содержащего множество панелей, разъемно соединенных друг с другом;
Фиг.7 представляет собой увеличенный вид поперечного сечения одного из периферийных краев одной из панелей, взятого по линии 7-7 фиг.6;
Фигуры 8А-С представляют собой, каждый, увеличенный вид поперечного сечения части других альтернативных воплощений системы защитного покрытия по настоящему изобретению;
Фиг.9 представляет собой увеличенный вид поперечного сечения части другого альтернативного воплощения системы защитного покрытия по настоящему изобретению, имеющей ингибитор коррозии, содержащийся в контейнере, отдельно от покрытия.
Фиг.10А представляет собой фотографию первого бруска из мягкой стали после некоторого периода времени экспонирования для коррозийной окружающей среды, но защищенного посредством покрытия, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, которое не содержит ингибитора коррозии под действием паров; Фиг.10В представляет собой фотографию второго бруска из мягкой стали после некоторого периода времени экспонирования для коррозийной окружающей среды без защиты; Фиг.10С представляет собой фотографию третьего бруска из мягкой стали после некоторого периода времени экспонирования для коррозийной окружающей среды, но защищенного системой покрытия, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением, которое содержит ингибитор коррозии под действием паров;
Фиг.11 представляет собой фотографию установки для полевых исследований, используемой в сравнительном исследовании защиты от коррозии мягкой стали, снабжаемой 1) покрытием, изготовленным в соответствии с настоящим изобретением, которое включает в себя использование ингибитора коррозии под действием паров (Покрытие А), 2) покрытием, изготовленным в соответствии с настоящим изобретением, которое не включает в себя использования ингибитора коррозии под действием паров (Покрытие В), и 3) обычным покрытием (Покрытие С);
Фигуры 12А-В содержат таблицу, табулирующую результаты периодических инспекций Покрытий А-С для установки для исследований на Фиг.11 в течение периода четырех месяцев;
Фиг.13А представляет собой фотографию диска из мягкой стали после восьми недель под Покрытием А для установки для исследований на Фиг.11; Фиг.13В представляет собой фотографию диска из мягкой стали после восьми недель под Покрытием В для установки для исследований на Фиг.11; Фиг.13С представляет собой фотографию диска из мягкой стали после восьми недель под Покрытием В для установки для исследований на Фиг.11:
Фиг.14 представляет собой фотографию другой установки для исследований, используемой для сравнительного исследования скорости потери массы дисков из мягкой стали, защищенных либо покрытием, изготовленным в соответствии с настоящим изобретением, которое включает в себя использование ингибитора коррозии под действием паров либо обычного покрытия;
Фиг.15 содержит график средних измеренных скоростей коррозии для пятнадцати дисков из мягкой стали, защищенных покрытием на Фиг.14, изготовленным в соответствии с настоящим изобретением, и для пятнадцати дисков из мягкой стали, защищенных обычным покрытием на Фиг.14, и дополнительно содержит фотографии двух дисков из мягкой стали, один из них защищен покрытием, изготовленным в соответствии с настоящим изобретением, а другой защищен обычным покрытием.
На чертежах сходные номера обозначают сходные элементы; на фиг.2 изображена система защитного покрытия, ингибирующего коррозию, которая в целом обозначается номером 100. Система 100 покрытия может содержать покрытие 101, которое может быть изготовлено из гибких материалов и содержит наружную поверхность 102, внутреннюю поверхность 104 и периферийный край 106, который ограничивает площадь 108, которая может иметь любую желаемую форму в каждом конкретном случае. Альтернативно покрытие 101 может содержать жесткие материалы, которые могут формироваться в форме, совпадающей с формой объекта, который должен покрываться, или с другой формой, пригодной для использования на таком объекте. При покрывании объекта, такого как металлический объект 110, покоящийся на поверхности 112, наружная поверхность 102 соприкасается с внешней окружающей средой 114, и внутренняя поверхность 104 ограничивает микроокружение, содержащее одну или несколько внутренних областей, таких как внутренние области 116, расположенные между внутренней поверхностью 104 и объектом 110, и/или поверхностью 112.
Хотя объект 110 в целом защищен от элементов, присутствующих во внешней окружающей среде 114, с помощью покрытия 101, часто влажность из внешней окружающей среды стремится просочиться (как показано стрелкой 118) во внутренние области 116 через зазоры между периферийным краем 106 покрытия и поверхностью 112. Признаки настоящего изобретения позволяют покрытию 101 поглощать и удерживать такую просочившуюся влажность (как иллюстрируется стрелками 120), а другая влажность захватывается во внутренних областях 116 для поддерживания содержания влажности микроокружения на низком уровне, часто ниже содержания влажности во внешней окружающей среде 114. Другой признак настоящего изобретения дает возможность покрытию 101 поглощать и удерживать путем впитывающего действия любую воду, присутствующую на поверхности объекта 110, которая вступает в контакт с внутренней поверхностью 104 покрытия. Результатом является микроокружение с низкой влажностью, которое ингибирует коррозию металлического объекта 110.
Еще один признак настоящего изобретения дает возможность покрытию 101 регенерировать его свойства поглощения и удерживания влажности с помощью диффузии удерживаемой влажности к наружной поверхности 102 покрытия, где она может испаряться (как иллюстрируют стрелки 122) во внешнюю окружающую среду 114, когда имеются условия, пригодные для испарения. Дополнительным признаком настоящего изобретения является способность диспергировать один или несколько ингибиторов коррозии в области 116 микроокружения, формируемого под покрытием 101, так что ингибиторы коррозии осаждаются на поверхность металлического объекта 110, например, в виде пленки 123.
Как описано более подробно ниже, каждый из этих и других признаков может включаться в систему 100 защитного покрытия по настоящему изобретению либо по-отдельности, либо в различных комбинациях друг с другом. Например, одно из выполнений покрытия 101 может быть осуществлено с признаком поглощения влажности, но не с признаком ингибитора коррозии. Подобным же образом другое выполнение может быть осуществлено с признаком ингибитора коррозии, но не с признаком поглощения влажности. Разумеется, другое выполнение может содержать как признак поглощения влажности, так и признак ингибитора коррозии. Каждый из этих вариантов может необязательно дополняться или снабжаться, если это желательно и/или приемлемо, различными другими признаками, такими как признаки поверхностного впитывания, впитывания по краям, воздействию на радар, облегчения испарения и панельности, среди прочего описанными здесь.
Преимущественным атрибутом системы защитного 100 покрытия по настоящему изобретению является то, что оно может быть изготовлено с любым размером и формой, необходимыми для защиты объекта, имеющего по существу любой размер и профиль поверхности. Некоторые разнообразные примеры таких объектов представляют собой контейнеры для судов-контейнеровозов, палубные орудия для военных кораблей, строительное оборудование, хранимые строительные материалы, узлы кондиционирования воздуха и грили для барбекю, перечисляются только некоторые из них. Сумкам, изготовленным из покрытия 101, может придаваться форма, необходимая для хранения боеприпасов, инструментов, личного оружия и телефонов и других электронных устройств, перечисляются только некоторые из них. Специалист в данной области увидит, что имеется множество применений системы 100 защитного покрытия по настоящему изобретению.
На фиг.3 изображен один из вариантов системы 100 защитного покрытия по настоящему изобретению, которое может содержать покрытие, обозначенное номером 200. Покрытие 200 может содержать слой 202, проницаемый для жидкости, слой 204, непроницаемый для жидкости, и влагопоглощающий слой 206, заключенный между проницаемым для жидкости и непроницаемым для жидкости слоями. На фигурах 2 и 3 показан слой 202, проницаемый для жидкости, в целом, ограничивающий внутреннюю поверхность 104 покрытия 200, который может, среди других компонентов, содержать внутри покрытия составляющий материал (материалы) (описанный ниже) влагопоглощающего слоя 206. Слой 202, проницаемый для жидкости, может быть проницаемым для паров для достижения парами воды во внутренних областях 116 влагопоглощающего слоя 206 и проницаемым для жидкости для впитывания любой жидкой воды, соприкасающейся с внутренней поверхностью 204 покрытия 200 влагопоглощающим слоем. В типичном варианте слой 202, проницаемый для жидкости, имеет скорость прохождения воды, которая больше, чем 10 г/м2·час, хотя настоящее изобретение охватывает использование проницаемых для жидкости слоев, имеющих несколько более низкие скорости прохождения воды. Слой 202, проницаемый для жидкости, может быть изготовлен из любого пригодного для использования материала, такого как тканые материалы, плетеные материалы, перфорированные пленки, пены с открытыми ячейками, материалы, полученные из расплава аэродинамическим способом, или материалы, полученные с помощью центробежного налива, среди прочих, или сочетания материалов, например тканого материала с покрытием из пористой пены с открытыми ячейками, которая проницаема для жидкости и паров. Специалист в данной области заметит, что широта выбора и разнообразие материалов, которые могут использоваться для слоя 202, проницаемого для жидкости, является такой, что избыточное перечисление таких материалов является излишним для специалистов в данной области для определения объема настоящего изобретения.
В некоторых случаях, как правило, является предпочтительным, но не необходимым, чтобы слой 202, проницаемый для жидкости, изготавливался из материала, который может противостоять многократному использованию и непрерывному соприкосновению с большим разнообразием поверхностей. Для некоторых применений может также быть предпочтительным, чтобы слой 202, проницаемый для жидкости, был относительно гладким и/или мягким для предотвращения повреждения объекта, соприкасающегося со слоем 202, проницаемым для жидкости. Пример материала, пригодного для слоя 202, проницаемого для жидкости, представляет собой плетеный нейлон без подкладки К-ТооТМ, от HUB Fabric Leather Company, Inc., Everett, MA. Другие, пригодные для использования материалы, включают в себя полиэстровую сетку Style No. 9864, доступную от Fablock Mills, Murry Hill, NJ, и нейлон, полипропилен и другие плетеные материалы, которые доступны от Fablock Mills Inc., Murry Hill, NJ, Jason Mills Inc., Westwood, NJ, и Apex Mills, Inwood, NY, среди прочих. Эти несколько примеров плетеных материалов представляют собой только несколько конкретных материалов, которые пригодны для использования. Специалисты в данной области легко заметят, что пригодные для использования неплетеные материалы являются широко доступными и легко заменяют собой плетеные материалы, указанные выше. Соответственно, специалисты в данной области также легко заметят, что избыточное представление примерных материалов не является необходимым для понимания широты объема настоящего изобретения.
Влагопоглощающий слой 206 может содержать любой пригодный для использования поглощающий материал или сочетание материалов. Например, слой, поглощающий влажность, может содержать матрицу 210 и материал 208 суперадсорбента, например гидрогель, среди прочего, диспергированный в матрице. Для специалистов в данной области является очевидным, что множество материалов суперадсорбентов и матриц известны и могут использоваться в сочетании с настоящим изобретением. Например, в патенте США №6051317, Brueggemann et al., который приведен здесь в качестве ссылки, описан ряд материалов суперадсорбентов и матриц, которые могут использоваться во влагопоглощающем слое 206. Материал 208 суперадсорбента может предусматриваться в форме частиц, волокон или в другой форме, которая дает возможность для его диспергирования в матрице 210. Альтернативно материал 208 суперадсорбента может располагаться в виде, в целом, отдельного слоя внутри матрицы 210.
Примеры приемлемых материалов для матрицы 210 включают в себя шерсть, стекловолокно, полимерное волокно с начесом, пушистую древесную массу и тому подобное. Желательно, чтобы волокнистая матрица 210 была гидрофильной и имела высокую капиллярность, например, большую, чем 10 г/м2-час (хотя и более низкие скорости капиллярности охватываются настоящим изобретением), так что влажность, вступающая в контакт со слоем 206, поглощающим влажность, через слой 202, проницаемый для жидкости, может глубоко впитываться в слой 206, поглощающий влажность, для получения преимуществ от материала суперадсорбента, расположенного там, если он имеется. Хотя матрица 210 изображена, она может быть устранена в альтернативном воплощении, имеющем материал 208 суперадсорбента в форме, которая не должна поддерживаться матрицей и/или располагаться внутри нее.
Как рассмотрено, гидрогель представляет собой один из примеров класса материалов суперадсорбентов, пригодных для использования в качестве материала 208 суперадсорбента. Некоторые формы гидрогеля способны поглощать воды в 400 раз больше, чем их собственная масса. При такой большой адсорбционной емкости частицы гидрогеля могут разбухать до размеров, во много раз превышающих их исходный размер. Если частицы гидрогеля не распределяются соответствующим образом внутри волокнистой матрицы 210, слой 206, поглощающий влажность, может испытывать "гидроблокировку", при которой частицы гидрогеля, находящиеся ближе всего к источнику влажности, разбухают настолько сильно, что они блокируют дальнейшее впитывание влажности в волокнистую матрицу. Хотя некоторое количество поглощенной влажности, возможно, достигает гидрогеля, расположенного глубоко в матрице 210, путем диффузии, диффузия представляет собой относительно медленный процесс, который может разрушить полезность покрытия, испытывающего гидроблокировку, особенно в условиях высокой влажности. По этой причине рекомендуется соблюдать осторожность при распределении материала 208 суперадсорбента типа гидрогеля внутри матрицы 210, действуя таким способом, который сводит к минимуму или устраняет гидроблокировку, так что, когда материал суперадсорбента и слой 202, проницаемый для жидкости, находящийся рядом с матрицей, насыщается, матрица является по-прежнему способной впитывать воду глубже во влагопоглощающем слое 206.
Слой 204, непроницаемый для жидкости, может определять наружную поверхность 102 покрытия 200 и может быть выбран для общего предотвращения попадания жидкости из внешней окружающей среды 114, такой как дождь, брызги морских волн, роса и тому подобное, во внутренние области 116 под покрытием. Является предпочтительным, но не обязательным, чтобы слой 204, непроницаемый для жидкости, изготавливался из одного или нескольких материалов, проницаемых для паров, чтобы дать возможность влаге, удерживаемой во влагопоглощающем слое 206 и/или присутствующей во внутренних областях 116 микроокружения, уйти во внешнюю окружающую среду 114 посредством диффузии и испарения, как описано выше. В типичном воплощении слой 204, непроницаемый для жидкости, имеет скорость прохождения пара большую, чем 1 г/м2-час, хотя слои, непроницаемые для жидкости, с более низкими скоростями прохождения паров также могут использоваться при определенных обстоятельствах.
Скорость прохождения жидкости через слой 204, непроницаемый для жидкости, должна быть меньшей, чем используемая скорость прохождения паров для этого слоя. Для типичной нижней границы прохождения паров через слой 204, непроницаемый для жидкости, равной 1 г/м2-час, скорость прохождения жидкости через этот слой может представлять собой любое значение, меньшее, чем 1 г/м2-час. Если скорость прохождения паров является большей, соответствующий приемлемый уровень прохождения жидкости может быть большим, постольку поскольку он остается меньшим, чем скорость прохождения паров. Давая возможность для ухода удерживаемой влажности, покрытие 200 способно регенерироваться само по себе, то есть, теряя ранее поглощенную и удерживаемую влажность во внешней окружающей среде 114, например, путем испарения, в течение периодов низкой влажности во внешней окружающей среде, так что она может поглощать и удерживать дополнительную влажность в течение следующего периода, когда внутренние области 116 опять станут нагруженными влажностью. Преимущественно слой 204, непроницаемый для жидкости, может также конструироваться со способностью поглощения солнечной энергии для подведения тепла к покрытию 200, которое ускоряет регенерацию влагопоглощающего слоя 206.
Слой 204, непроницаемый для жидкости, может содержать любой пригодный для использования тканый или нетканый материал или их сочетание. Как используется здесь и в прилагаемой формуле изобретения, термин нетканый должен включать в себя любой материал, который не ткут, например пленку, плетеный материал, пену, фетр, материал, полученный из расплава аэродинамическим способом, материал, полученный центробежным наливом, материал, полученный на аэродинамической холстоформирующей машине, литой материал, экструдированный материал и формованный материал, среди прочего. Например, в одном из воплощений покрытия 200, где слой 204, непроницаемый для жидкости, является проницаемым для паров, слой, непроницаемый для жидкости, может содержать один или несколько слоев из различных пористых, проницаемых для паров материалов, таких как ламинат из внутреннего слоя из нейлона плотностью 200 денье и наружный слой из дышащего уретана. Такой ламинат нейлон/уретан является доступным от LAMCOTEC Incorporated, Monson, MA. Другие, пригодные для использования пористые материалы, проницаемые для паров, включают в себя растянутый политетрафторэтилен, ткань GORE-TEX® (W.L. Gore & Associates, Inc., Newark, DE), ткань SUNBRELLA® (Glen Raven Mills Inc., Glen Raven, NC), ткань Hub Semi-Permeable (Hub Fabric Leather Company, Everett, MA) или что-либо подобное могут использоваться альтернативно. Подобно слою 202, проницаемому для жидкости, специалисты в данной области заметят, что приведенные выше примеры пригодных для использования пористых, проницаемых для паров материалов для слоя 204, непроницаемого для жидкости, являются только представителями множества материалов, которые могут использоваться для этого слоя. Соответственно, избыточный список таких пригодных для использования материалов не является необходимым здесь для специалистов в данной области, чтобы понять широту объема настоящего изобретения.
В другом варианте покрытия 200 слой 204, непроницаемый для жидкости, может содержать непористую пленку, проницаемую для паров воды, которая дает возможность транспортировки влажности, содержащейся во влагопоглощающем слое 206, во внешнюю окружающую среду 114, когда условия являются пригодными для осуществления такого переноса. Примеры таких непористых, проницаемых для паров воды пленок включают в себя пленки из сополимеров простых и сложных эфиров, описанные в патенте США №4493870, Vrouenraets et al., например пленку SYMPATEX®, доступную от SympaTex Technologies GmbH, Wuppertal, Germany, пленки из сополимеров простых эфиров и амидов, описанные в патентах №№5989697 и 5744570, Gebben, и пленки, содержащие тетрафторэтиленовую матрицу, в которой диспергированы группы сульфоновой кислоты, например пленку NAFION®, доступную от E.I. DuPont de Nemours Company, Wilinington, Delaware, среди прочих. Патенты США №№4493870, 5989697 и 574470 приведены в качестве ссылок.
Как правило, эти пленки являются непористыми, так что жидкая вода и другие вещества не могут проходить через них. Предполагается, что каждая из этих пленок работает на молекулярном уровне, перенося молекулы воды из области на одной стороне пленки, имеющей относительно более высокое содержание влажности, в область на другой стороне пленки, имеющей относительно более низкое содержание влажности, посредством процесса адсорбции/десорбции в специальных гидрофильных полимерных областях пленки. Как правило, но не обязательно, каждая из этих непористых, проницаемых для паров воды пленок должна связываться по всей площади или присоединяться другим образом к слою подкладки, который обеспечивает подложку для пленки. Это связано с тем, что эти пленки, как правило, очень тонкие, например, толщиной порядка десятков микрон, и оставаясь сами по себе, как правило, не будут достаточно устойчивыми для некоторых предполагаемых применений покрытия 200 по настоящему изобретению. Пример такого ламинированного композита представляет собой тканый материал из нейлона CORDURA® плотностью 500 денье, который подвергают кислотному крашению и обрабатывают стойким водоотталкивающим веществом, ламинированный с пленкой SYMPATEX®, толщиной 15 микрон (CORDURA представляет собой зарегистрированную торговую марку E.I. DuPont de Nemours и Company, Wilmington, DE). Этот ламинат доступен от Brookwood Companies, Inc., New York, NY.
В альтернативном варианте покрытие 200 может дополнительно содержать нагревательный элемент 212 (фиг.3), который должен давать возможность для более быстрой регенерации влагопоглощающего слоя 206 или для регенерации, когда условия внешней окружающей среды 114 не дали бы возможности для испарения удерживаемой влажности другим образом. Такой нагревательный элемент может содержать сетку из проволочных электрических сопротивлений, расположенную в одном из слоев или между соседними слоями. Альтернативно нагревательный элемент может содержать ряды тонких, гибких нагревательных элементов, состоящих из элементов сопротивления, изготовленных из вытравленной фольги, ламинированных между слоями гибкой изоляции, подобными KAPTON®, NOMEX®, силиконовой резины или слюды, или ряды тонкопленочных керамических элементов, доступных от Minco Products Incorporation, Minneapolis, MN и Watlow Gordon, Richmond, IL, среди прочих (KAPTON® и NOMEX® представляют собой зарегистрированные торговые марки E.I. DuPont de Nemours и Company, Wilmington, DE). Специалисты в данной области обнаружат множество нагревательных элементов 212, которые могут включаться в покрытие 200, если такой признак является желаемым.
В другом альтернативном варианте покрытие 200 может дополнительно содержать ингибитор 214 коррозии (фиг.3), включенный в один или несколько слоев покрытия, описанного выше, в дополнительный слой и/или в один или несколько источников ингибитора коррозии, как правило, отдельно от покрытия. Если предусматривается один или несколько отдельных источников ингибитора коррозии, каждый из них может располагаться в микроокружении, ограничиваемом покрытием, например, во внутренней области 116, или иным образом располагаться в сообщении с микроокружением, так что ингибитор (214) коррозии может поступать в микроокружение и обеспечивать защиту металлического объекта 110 (фиг.2). Примеры материалов, пригодных для использования в качестве ингибитора 214 коррозии, включают в себя паровые или парофазные ингибиторы коррозии (VCI) (также известные как "летучие ингибиторы коррозии"), контактные ингибиторы коррозии и мигрирующие ингибиторы коррозии, среди прочего. Как правило, VCI представляют собой летучие соединения, которые испускают ионы, которые конденсируются на металлических поверхностях с образованием мономолекулярного слоя, который взаимодействует с коррозийными агентами, для защиты поверхности. Контактные ингибиторы коррозии, как правило, требуют контакта поверхность-поверхность с объектом, который должен защищаться, для обеспечения защиты (хотя они могут также мигрировать от одной области до другой, до некоторой степени). Мигрирующие ингибиторы коррозии мигрируют посредством процесса диффузии в твердом теле. Каждый из этих типов материалов, ингибирующих коррозию, является, как правило, непрерывно самовосстанавливающимся и безопасным для окружающей среды. Эти материалы, ингибирующие коррозию, могут использоваться сами по себе или в сочетании друг с другом, по желанию, чтобы соответствовать конкретному применению.
Примеры материалов, ингибирующих коррозию, включают в себя, среди прочего, циклогексиламмоний бензоат, этиламино бензоат, сульфонат кальция, карбонат кальция, бензоат натрия, аминовые соли, бензоат аммония, окись кремния, сульфонат натрия, триазоловые производные, такие как толтриазол и бензотриазол, щелочные соли двухосновных кислот, нитриты щелочных металлов, такие как нитрит натрия, имидазолины талловых масел, молибдаты щелочных металлов, дициклогексиламмоний нитрат, циклогексиламин карбонат и гексметиленимин нитробензоат. Эти материалы VCI могут быть получены из ряда источников, включая Cortec Corporation, St. Paul, Minnesota, Daubert Coated Products Incorporated, Westchester, Illinois, Poly Lam Products, Buffalo, New York, Mil-Spec Packaging of Georgia Incorporated, Macon, Georgia и James Dawson Enterprises Limited, Grand Rapids, Michigan, среди прочего. Патент США №6028160, Chandler et al., который включается сюда в качестве ссылки, перечисляет указанные выше и другие соединения, которые могут быть пригодными для использования в качестве ингибитора 214 коррозии.
Как указано, ингибитор 214 коррозии может включаться в один или несколько из описанных выше слоев покрытия, создаваться в виде одного или нескольких слоев отдельно от слоев покрытия или могут создаваться в виде отдельного источника ингибитора коррозии, среди других альтернатив. Когда он предусматривается в виде отдельного слоя, ингибитор 214 коррозии может включаться в покрытие, наносимое на один или несколько слоев, например один или несколько из слоев 202, 204, 206, или включаться в отдельный слой (не показан), например в отдельную пленку, слой тканого материала, плетеного материла, материала, полученного из расплава аэродинамическим способом, материала, полученного центробежным наливом, пены, или в другой слой, образующий пригодный для использования материал носителя, такой как полиэтилен, полипропилен или нейлон, среди прочего. Специалисты в данной области поймут, как различные материалы, ингибирующие коррозию, могут объединяться с различными смолами и другими основами для создания носителя для материалов, ингибирующих коррозию. Например, патент США №6028160 to Chandler et al., рассмотренный выше, обсуждает смеси смола носителя/VCI в контексте биологически деградируемых полимерных пленок. Подобные препараты могут использоваться для недеградируемых биологических пленок. Кроме того, смесь смола носителя/VCI может использоваться для формирования структуры иной, чем пленка, такой как структуры тканого материала, плетеного материла, материала, полученного из расплава аэродинамическим способом, материала, полученного центробежным наливом, и пены, отмеченные выше.
Добавление ингибитора коррозии 214 к покрытию 200 может увеличить способность покрытия к ингибированию коррозии, давая возможность покрытию для продолжения осуществления защиты, когда слой, поглощающий влажность, переполнен. Когда присутствует влагопоглощающий слой 206, который является необязательным (смотри фигуры 8А-С и соответствующее им обсуждение), ингибитор коррозии 214 может выиграть от присутствия влагопоглощающего слоя, поскольку этот слой снимает нагрузку с ингибитора коррозии с тем, чтобы он оказывал защиту все время. Отметим, что ингибитор 214 коррозии может быть предусмотрен для любого варианта осуществления покрытия по настоящему изобретению, такого как те, которые изображены на фигурах 4-8, и в любой форме, такой как покрытие, отдельный слой, включение в один или несколько слоев, проницаемых для жидкости, влагопоглощающих и непроницаемых для жидкости, и в виде отдельного источника, каждый из которых здесь описывается.
Слои 202, 204, 206 могут соединяться друг с другом любым пригодным для использования способом. Например, эти слои могут соединяться друг с другом посредством участка 108 покрытия 200 способом, который не воздействует на его признаки переноса жидкости и паров, при этом удерживая слои в физической близости друг с другом. Способы соединения, известные в данной области, могут использоваться для связывания или соединения слоев покрытия 200. Например, могут использоваться такие способы связывания, как термическое связывание или многокомпонентное адгезивное связывание. Альтернативно различные слои покрытия 200 могут скрепляться друг с другом с помощью других средств, таких как сшивание или других механических креплений, например заклепок, среди прочих.
В зависимости от размера и материалов покрытия может быть необходимым обеспечение только прострачивания соседних слоев периферийного края 106. При других применениях может быть желательным обеспечение простегивания по всей площади. Подобным же образом простегивание может быть сплошным только по периферийным краям или в виде отдельных стежков, среди прочего. Разумеется, различные комбинации средств крепления могут использоваться для скрепления различных слоев друг с другом и/или для закрепления слоев в различных областях покрытия 200. Например, слой 206, непроницаемый для жидкости, может быть прикреплен к слою 206, поглощающему влажность, например, с помощью сплошного связывания, в то время как слой 202, проницаемый для жидкости, может прикрепляться к связанному вместе сочетанию непроницаемого для жидкости и поглощающего влажность слоев, например, посредством простегивания в участке 108 и путем сплошной прошивки соседних слоев периферийного края 106. Специалисты в данной области заметят множество вариаций скрепления различных слоев покрытия 200 друг с другом, так что избыточное перечисление всех возможных средств крепления не описывается здесь подробно.
Еще в одном альтернативном воплощении слой 204, непроницаемый для жидкости, может скрепляться съемным образом с двумя другими слоями 202 и 206 для их удаления и для быстрого регенирования влагопоглощающего слоя в моменты благоприятных условий во внешней окружающей среде. Крепления многократного использования, такие как крепления из "липучек", кнопки, застежки «молния» и тому подобное, могут предусматриваться для упрощения осуществления этого признака. В дополнение к этому влагопоглощающий слой 206 может связываться или формироваться посредством аэродинамического способа, известного в данной области как способ производства нетканой сетки из волокон в виде листа, где волокна транспортируются и распределяются посредством потоков воздуха, где затем лист целиком собирается вместе с помощью смеси связующих веществ и смол.
На фиг.4 изображен другой конкретный вариант выполнения покрытия 101 по настоящему изобретению, которое идентифицируется с помощью номера 300. Покрытие 300 может содержать три слоя покрытия 200, изображенного на фиг.3, то есть слой 302, проницаемый для жидкости, слой 304, непроницаемый для жидкости, и влагопоглощающий слой 306 (эти слои являются идентичными слоями 202, 204 и 206 соответственно). В дополнение к этим слоям покрытие 300 может дополнительно содержать слой 308, воздействующий на радар. Слой 308, воздействующий на радар, может содержать материал 310, поглощающий излучение радара, материал 312, отражающий излучение радара, или сочетание их обоих в зависимости от желаемого радиолокационного изображения покрытия 300. Может быть предпочтительным (см. фиг.2) иметь всю площадь 108 покрытия 300, ослабляющую излучение радара. Например, в военном применении может быть необходимым уменьшение размеров радиолокационного изображения большого объекта для скрытия его сущности. С другой стороны, может быть предпочтительным, чтобы участок 108 целиком усиливал излучение радара. Например, в гражданских применениях могло бы быть преимущественным увеличение радиолокационного изображения небольшого плавучего средства для выявления его присутствия. В другом случае может быть желательным обеспечение участка 108 перемежающимися отдельными областями, ослабляющими излучение радара, усиливающими излучение радара и/или нейтральными по отношению к радару, для придания покрытию 300 индивидуального радиолокационного изображения.
Хотя слой 308, воздействующий на радар, изображен как расположенный между слоем 304, непроницаемым для жидкости, и влагопоглощающим слоем 306, он может располагаться где-либо еще. Например, слой, воздействующий на радар, может располагаться между влагопоглощающим слоем 306 и слоем 304, проницаемым для жидкости, рядом с наружной поверхностью 102 покрытия 200, или что-то в этом роде. В дополнение к этому материал 310, поглощающий излучение радара, и материал 312, отражающий излучение радара, могут включаться в один или несколько слоев из слоя 304, проницаемого для жидкости, влагопоглощающего слоя 306 и слоя 302, проницаемого для жидкости. Как правило, должна, однако, соблюдаться осторожность при выборе материалов 310, 312, поглощающих и отражающих излучение радара, с тем, чтобы они не влияли на признаки переноса паров и жидкости покрытия 300.
Материал 310, поглощающий излучение радара, может содержать покрытые полипирролом полиэфирные волокна или что-то в этом роде, которые могут изготавливаться в виде нити, которая затем ткется в виде отдельного слоя ткани или включается в один или несколько слоев 302, 304, 306 покрытия 300. Такие текстильные материалы доступны от Milliken & Co., Spartanburg, South Carolina под торговой маркой CONTEX®. Альтернативно материал 310, поглощающий излучение радара, может содержать отдельные частицы и/или волокна угля, графита или тому подобное, диспергированные в волокнистой матрице или в покрытии, которое наносится на одни из слоев 302, 304, 306, или наносится на отдельный слой, который затем включается в покрытие 300. Другие примеры материалов, поглощающих излучение радара, представляют собой маты REX, поглощающие излучение радара (Miliiken & Co., Spartanburg, South Carolina) и RFWP Weatherproof Foam (R&F Products, Inc., San Marcos, California). Подобные технологии могут использоваться и для материала 312, отражающего излучение радара, за исключением того, что металл, такой как серебро, медь или соединения таких металлов, или тому подобное, которые могут предусматриваться в виде нити, отдельных частиц или в другой форме, включаются в покрытие 300 любым пригодным для использования способом.
На фигурах 2 и 5 изображен еще один вариант покрытия 101 по настоящему изобретению, которое идентифицируется с помощью номера 400. На фиг.5 покрытие 400, которое может иметь изображенную пятислойную конструкцию, иллюстрируется с его периферийным краем 106, находящимся в контакте с поверхностью 112, которая может представлять собой, например, палубу судна, битумное дорожное покрытие или другую подобную поверхность. В таких применениях является обычным, что большое количество жидкой воды должно поглощаться покрытием 400 в областях, находящихся рядом с периферийным краем 106. Это происходит потому, что большая часть воды из внешней окружающей среды 114, такой как дождь, брызги морских волн, роса и тому подобное, отталкиваемой покрытием 400 от участка 108, стекает по наклонным частям покрытия, заканчивая свой путь рядом с периферийным краем 106. Для предотвращения насыщения покрытия 400 в областях, находящихся рядом с периферийным краем 106, дополнительные слои могут добавляться к трехслойной структуре на фиг.3 для создания отдельной зоны для поглощения и удерживания влажности, которая может собираться на поверхности 112.
Соответственно, покрытие 400 может содержать наружный слой 402, непроницаемый для жидкости, первый влагопоглощающий слой 404, промежуточный слой 406, непроницаемый для жидкости, второй влагопоглощающий слой 408 и слой 410, проницаемый для жидкости, которые могут соотноситься друг с другом в указанном порядке, как изображено. Главной задачей наружного слоя 402, непроницаемого для жидкости, является предотвращение проникновения жидкой воды, такой как дождь, брызги морских волн, роса и тому подобное, в микроокружение, например во внутренние области 116, под покрытием 400. Наружный слой 402, непроницаемый для жидкости, может содержать загнутый внутрь край 412 для обеспечения бесшовной устойчивой структуры периферийного края 106. Главная функция первого слоя 404, поглощающего влажность, заключается в поглощении и удерживании влажности, которая собирается на поверхности 112, в то время как главная функция второго влагопоглощающего слоя 408 заключается в поглощении и удерживании влажности, захваченной в микроокружении под покрытием 400.
Промежуточный слой 406, непроницаемый для жидкости, предотвращает миграцию жидкой влажности, удерживаемой в каждом из слоев, поглощающих влажность, в другие такие слои. В областях, находящихся рядом с периферийным краем 106, это разделение предотвращает перегрузку второго влагопоглощающего слоя 408 влажностью с поверхности 112. Предпочтительно оба слоя, непроницаемых для жидкости, являются проницаемыми для паров, чтобы дать возможность покрытию 400 для пассивной регенерации путем потери удерживаемой влажности во внешнюю окружающую среду 114, когда условия в ней это позволяют.
Периферийный край промежуточного слоя 406, непроницаемого для жидкости, латерально отделен некоторым расстоянием от периферийного края 106 покрытия 400 по всей периферии покрытия для ограничения с его помощью отверстия 414. Когда покрытие 400 образует складки поверх объекта, такого как металлический блок 110, отверстие 414 может вступать в контакт или находиться на небольшом расстоянии от поверхности 112, давая возможность любой влажности, присутствующей на этой поверхности, впитываться в первый влагопоглощающий слой 404. В зависимости от конструктивных параметров, таких как выбранные материалы, объем влажности, который должен быть поглощен, и тому подобное, ширина 416 отверстия 414 может варьироваться соответствующим образом.
На фигурах 6 и 7 изображено покрытие 500 по настоящему изобретению, где покрытие разбивается на панели в виде ряда отдельных панелей, каждая из них обозначается 502 и имеет наружную поверхность 504, внутреннюю поверхность 506 и периферийный край 508. Панели 502 могут скрепляться съемным образом друг с другом и с другими панелями (не показано) подобной конструкции посредством креплений 510, расположенных рядом с периферийным краем 508 покрытия 500. Разбивка на панели дает возможность покрытию 500 по настоящему изобретению для сборки соответствовать размеру и форме, необходимым для конкретного применения. Для дальнейшего улучшения приспосабливаемости одна или несколько панелей могут быть выполнены в форме иной, чем прямоугольные формы, изображенные на фиг.6. Панели 502 могут иметь любой размер, желательный для соответствия конкретному применению, при этом панели меньшего размера, как правило, но не обязательно, используются для приспосабливания покрытия 500 к поверхностям сложной формы. Например, для относительно больших объектов, имеющих области сложной формы, панели 502 могут иметь площадь порядка 1 фут2(0,093 м2). Разумеется, панели 502 могут быть большими или меньшими в зависимости от применения, и различные панели в покрытии 500 могут отличаться по размеру друг от друга. Панели 502 большего размера могут иметь площадь порядка 100 фут2 (9,290 м2), 1000 фут2 (92,903 м2) или более.
Крепления 510 могут быть типа "липучек", которые, как правило, содержат гибкую полоску 512 крючков и гибкую полоску 514 петель. Полоска 512 крючков и полоска 514 петель могут попеременно закрепляться на наружных и внутренних поверхностях 504, 506, расположенных рядом с периферийным краем 508, так что, когда периферийный край одной панели перекрывается с периферийным краем другой панели, полоски "липучек" зацепляются друг с другом, скрепляя друг с другом панели. Полоска 508 с крючками может быть проницаемой для жидкости, так что ее присутствие не влияет на свойства поглощения влажности покрытия 500 на его периферийном крае 508. Такие крепления типа "липучек" могут представлять собой крепления типа "липучек" под названием VELCRO® (Velcro Industries B.V., Curacao, Netherlands) или тому подобное.
Альтернативно другие типы креплений, такие как кнопки, застежки «молния», заклепки, крючки с прорезными петлями, прорезные петли и шнуровка, могут использоваться для креплений 504, или же панели могут сшиваться вместе.
В изображенном варианте осуществления каждая панель 502 содержит трехслойную структуру из наружного слоя 516, непроницаемого для жидкости, промежуточного влагопоглощающего слоя 518 и внутреннего слоя 520, проницаемого для жидкости, которые являются идентичными соответственно слоям 204, 206, 202 покрытия 200 на фиг.3. Однако специалисты в данной области легко заметят, что каждая панель 502 может иметь любую другую конструкцию, такую как конструкция покрытий 300, 400 и 600, описанных выше и ниже. В этой связи каждая панель 502 может содержать любое сочетание слоев и/или признаков, описанных здесь, желательных для соответствия конкретному применению.
На фиг.8А изображено другое покрытие 600 системы 100 защитного покрытия по настоящему изобретению. Покрытие 600 может содержать слой 602, проницаемый для паров воды, и, по меньшей мере, один ингибитор 604 коррозии. Слой 602, проницаемый для паров воды, может изготавливаться из любого пригодного для использования пористого или непористого материала, проницаемого для паров воды, который включает в себя растянутый политетрафторэтилен, сополимер сложного и простого эфира, сополимер простого эфира и амида, и материалы тетрафторэтилена/сульфоновой кислоты, описанные выше, в связи со слоем 204, непроницаемым для жидкости, покрытия 200 (фиг.3), среди прочих. Непористый слой 602, проницаемый для паров воды, может иметь функциональное преимущество по сравнению с обычными пористыми материалами, непроницаемыми для жидкости, в том, что эти непористые материалы не только препятствуют прохождению воды через слой, но они, как правило, также препятствуют прохождению молекул ингибитора 604 коррозии через них. Большинство обычных пористых слоев, проницаемых для паров воды, дают возможность, по меньшей мере, самым маленьким молекулам материалов, ингибирующих коррозию, для прохождения через них.
Как правило, но необязательно, слой 602, проницаемый для паров воды, представляет собой относительно тонкий слой, часто с толщиной порядка примерно от 5 микрон примерно до 100 микрон или больше. Такой тонкий слой, как правило, не применяется для использования в качестве отдельного защитного слоя, в особенности, для больших защитных покрытий, подвергающихся воздействию жестких элементов погоды. По этой причине покрытие 600 может содержать также слой 606 подложки, который может изготавливаться из относительно износостойкого и проницаемого для паров воды материала, для создания, в целом, устойчивой, но дышащей наружной оболочки. Слой 606 подложки может по всей своей площади связываться со слоем, непроницаемым для жидкости, и может изготавливаться из любого пригодного для использования пористого материала, такого как тканые материалы, пленка, плетеные материалы, пена, фетр, материалы, полученные из расплава аэродинамическим способом, материалы, полученные с помощью центробежного налива, литые, экструдированные, формованные и растянутые материалы, описанные выше в связи со слоем 202, проницаемым для жидкости, и слоем 204, непроницаемым для жидкости, покрытия 200 (фиг.3), среди прочего.
Ингибитор 604 коррозии может представлять собой любые один или несколько материалов, ингибирующих коррозию, включая материалы, ингибирующие коррозию, отмеченные выше в связи с ингибитором 214 коррозии покрытия 200. Подобно ингибитору 214 коррозии, ингибитор 604 коррозии может создаваться на покрытии 600 любым из ряда путей. Например, на фиг.8А изображен ингибитор 604 коррозии как включенный в слой 604, проницаемый для паров воды. Это может достигаться, например, путем добавления одного или нескольких материалов, ингибирующих коррозию, к смоле слоя 604, проницаемого для паров воды. Смешивание смолы/ингибитора коррозии обсуждается выше в контексте VCI в связи с покрытием 200. Подобным же образом на фиг.8В изображен ингибитор 604 коррозии как включенный в необязательный слой 608, проницаемый для жидкости и/или паров, расположенный рядом с внутренней лицевой стороной слоя 602, проницаемого для паров воды, например, путем смешивания одного или нескольких материалов, ингибирующих коррозию, со смолой слоя 608. Слой 608 может прикрепляться к слою 602 либо сплошным образом, либо с промежутками, либо может не прикрепляться к слою 602 вообще, за исключением, возможно, наружной периферии (не показано) покрытия 600.
На фиг.8С изображен ингибитор 604 коррозии как включенный в покрытие 610, нанесенное на покрытие 600, например, на слой 602, проницаемый для паров воды. В зависимости от проницаемости покрытия 610 покрытие может наноситься либо непрерывно, либо с промежутками, так что слой 602, проницаемый для паров воды, может обеспечивать свою функцию транспорта паров. Покрытие 610 может содержать любые один или несколько материалов, ингибирующих коррозию, идентифицированных выше, или другого материала (материалов), ингибирующего коррозию, в связующем веществе, пригодном для нанесения на покрытие 600 в качестве покрытия.
На фиг.9 изображен ингибитор 604 коррозии, содержащийся в отдельном источнике ингибитора коррозии 612. Источник 612 ингибитора коррозии может представлять собой любой пригодный для использования источник, иной, чем слои 602, 606, 608 и покрытие 610, описанные выше, для удерживания и высвобождения одного или нескольких материалов, ингибирующих коррозию, в микроокружении, ограничиваемом покрытием, например, в области 116 на фиг.2. Например, источник ингибитора коррозии 612 может содержать контейнер 614 и крышку 616, соответствующим образом прикрепленную к контейнеру. Крышка 616 и/или контейнер 614 могут содержать одно или несколько отверстий 618 для предоставления возможности ингибитору коррозии 604 для выхода из него и в микроокружение под покрытием 600. Источник ингибитора коррозии 612 может быть расположен где-либо, где он может находиться в сообщении с микроокружением, например, путем расположения его в одной из внутренних областей 116, так что ингибитор коррозии 604 может поступать в микроокружение и обеспечивать защиту металлического объекта 110 (фиг.2). Если это желательно, источник ингибитора коррозии 612 может быть расположен вне микроокружения и располагаться в сообщении с микроокружением с использованием одного или нескольких каналов или других проходов (не показано), которые сообщаются с микроокружением.
В зависимости от размеров объекта, который должен быть защищен, и/или расположения микроокружения, микроокружение может содержать, например, внутренние области 116 (фиг.2) без сообщения текучих сред между ними, и может быть использовано более одного источника 612 ингибитора коррозии. Источник 612 ингибитора коррозии может необязательно быть снабжен уплотнением 620 или другими средствами для открывания отверстий 618, чтобы дать возможность ингибитору 604 коррозии для выхода. Уплотнение 620 может быть удалено непосредственно перед расположением источника 612 ингибитора коррозии в микроокружении.
Подобно покрытию 300 на фиг.4, описанному выше, которое содержит слой 308, воздействующий на радар, любое выполнение покрытия 600, изображенного на фигурах 8A-C, может содержать слой, воздействующий на радар, содержащий один или несколько материалов, отражающих излучение радара и/или поглощающих излучение радара, таких как материалы 310, 312, рассмотренные выше в связи с покрытием 300. Такие материалы, воздействующие на радар, могут быть расположены в любом из слоев 602, 606, 608 или в покрытии 610, или могут быть выполнены в виде слоев, отдельных от этих слоев и расположенных на любой стороне слоя 602, проницаемого для паров воды. Специалист в данной области легко поймет, как именно один или несколько материалов, воздействующих на радар, могут быть включены в покрытие 600, так что подробное объяснение не должно приводиться здесь в деталях.
В каждом из приведенных выше примерных вариантах осуществления систем покрытия по настоящему изобретению протяженность различных слоев не описывается с конкретностью. Например, при описании влагопоглощающего слоя 206 в связи с покрытием 200 и фиг.3, показывающей этот вариант осуществления изобретения, не указано конкретно, имеет ли влагопоглощающий слой такую же протяженность, как и слой 202, проницаемый для жидкости, и/или слой 204, непроницаемый для жидкости. Как заметит специалист в данной области, различные слои покрытия в соответствии с настоящим изобретением могут иметь такую же протяженность, как и покрытие, но могут также быть меньшими по площади, чем покрытие. Например, на фиг.3, рассмотренной до этого влагопоглощающий слой 206 и/или слой 202,проницаемый для жидкости, может простираться только поверх части слоя 204, непроницаемого для жидкости. В дополнение к этому влагопоглощающий слой 206 и/или слой 202, проницаемый для жидкости, может быть "дискретизирован", с тем, чтобы он присутствовал в определенных положениях, отделенных некоторым расстоянием друг от друга, которые могут соответствовать или не соответствовать конкретным положениям, например плоским поверхностям, удерживающим воду, объекту, который должен покрываться.
Хотя специалист в данной области непосредственно заметит множество расположений, которые могут иметь эти дискретизированные положения, примеры "правильных" расположений включают в себя расположение в виде "окон", где прямоугольные области влагопоглощающих слоев и/или проницаемых для жидкости, отделяются друг от друга областями, где материалы/характеристики этих слоев не присутствуют, и "полосковое" расположение, где покрытие содержит полосы, где материалы/характеристики влагопоглощающих слоев и/или проницаемых для жидкости, попеременно присутствуют и не присутствуют. Этот тип дискретизации влагопоглощающих слоев и проницаемых для жидкости является применимым к любому воплощению, содержащему такие слои. Другие слои, такие как отдельный слой ингибитора коррозии, или слой, воздействующий на радар, может дискретизироватся подобным же образом в любом варианте, содержащем такой слой (слои). Разумеется, альтернативно, эти слои также могут совпадать по протяженности с покрытием. Подобным же образом в вариантах, где ингибитор коррозии, материал, воздействующий на радар, или другой материал включается в один или несколько слоев, непроницаемых для жидкости, влагопоглощающих и/или проницаемых для жидкости, один из случаев может представлять собой ингибитор коррозии или материал, воздействующий на радар, который может располагаться в дискретизированных положениях, по отношению к площади соответствующих покрытий.
Хотя настоящее изобретение описывается и иллюстрируется со ссылками на его примерные варианты осуществления, специалистам в данной области понятно, что указанные выше и разнообразные другие изменения, пропуски и дополнения могут быть выполнены без отклонения от существа и объема настоящего изобретения.
Дополнительные примеры и результаты исследования
Эта секция содержит некоторые дополнительные реальные примеры покрытий, изготовленных с использованием концепций, описанных здесь для создания защиты от коррозии для металлсодержащих объектов. Отмечается, что в этой секции покрытие, изготовленное в соответствии с настоящим описанием, упоминается как "покрытие Envelop®", поскольку ENVELOP представляет собой зарегистрированную в США торговую марку, принятую для использования в связи с покрытиями, имеющими один или несколько признаков ингибирования коррозии, описанных здесь. По этой причине, при чтении этой секции, каждый раз, когда встречается термин "покрытие Envelop®" и сходные термины, должно рассматриваться упоминание покрытий, изготовленных в соответствии с новыми концепциями настоящего описания.
Дополнительные примеры
В первом наборе примеров Таблицы 1 и 2 ниже приводят списки оптимизированных базовых (Таблица 1) и оптимизированных огнезащитных (Таблица 2) материалов для покрытий Envelop® в их конечной конфигурации.
Далее следуют некоторые дополнительные примеры, которые не содержат всех слоев покрытия Envelop® Таблиц 1 и 2. Следующие далее примеры, предусмотренные для каждого из сценариев, пронумерованных ниже, предлагают возможные конфигурации материалов для создания защиты от коррозии, а в нескольких случаях примеры применения таких покрытий.
1) В первом примере покрытие имеет только отдельный непористый слой, проницаемый для паров воды (без слоя подкладки), и источник ингибитора коррозии, который является отдельным от слоя (по способу Фиг.9). В этом примере отдельный проницаемый для паров воды слой представляет собой материал Sympatex®, описанный выше, с источником ингибитора коррозии, представляющим собой нетканый полиэтилен, импрегнированный нитратом натрия, обеспечивающий VCI (комбинацию летучих ингибиторов коррозии). Покрытие используется для покрывания орудия 50 калибра, расположенного на складе без климат-контроля. Орудие изготовлено из металла, который коррозирует, если оставляется незащищенным в таком складе. Покрытие изготавливается для грубого соответствия контурам орудия и станины и содержит кулиску для плотного обертывания нижнего края покрытия вокруг нижней части орудия. Когда покрытие правильным образом накладывается на орудие, так что оно покрывает собой орудие, оно образует микроокружение вокруг орудия. Источник коррозии находится внутри микроокружения.
2) Во втором примере покрытие имеет только отдельный непористый проницаемый для паров воды слой (опять, без слоя подкладки) и источник ингибитора коррозии, который представляет собой покрытие на слое. В этом примере отдельный непористый проницаемый для паров воды слой представляет собой материал Sympatex®, при этом источник ингибитора коррозии представляет собой нитрат натрия, напыленный на материал Sympatex®.
3) В третьем примере покрытие содержит первый слой проницаемого для паров воды материала, второй слой, присоединенный к первому слою для создания подложки для первого слоя и источника ингибитора коррозии в сообщении текучих сред с микроокружением, формирующимся, когда объект накрывается покрытием. В этом примере первый слой представляет собой материал Sympatex®, второй слой представляет собой ткань Cordura® и источник ингибитора коррозии представляет собой тканый полиэтилен, импрегнированный нитратом натрия в качестве ингибитора коррозии.
4) В четвертом примере покрытие содержит первый слой, содержащий поглощающий материал, и второй слой, который является непроницаемым для жидкости. В этом примере первый слой представляет собой износостойкие пропускающие воду и пропускающие воздух нетканые материалы с поглощающими природными и синтетическими волокнами, и второй слой представляет собой композитный материал винил/полиэстер Herculite® и тканый полиэтилен. Нитрат натрия содержится внутри полиэтиленовой пленки и медленно диффундирует из полиэтилена со временем. Покрытие используют для накрывания орудия 50 калибра и станины, установленного на палубе военного корабля посредством станины. Как орудие, так и станина изготовлены из металла, который коррозирует в типичных окружающих средах открытого моря, если остается незащищенным. Покрытие изготавливается для грубого соответствия контурам орудия и станины и содержит кулиску для плотного обертывания нижнего края покрытия вокруг нижней части орудия и станины. Когда покрытие правильно накладывается на орудие и станину, так что оно покрывает орудие и часть станины, оно формирует микроокружение вокруг орудия и части станины над кулиской.
5) В пятом примере покрытие содержит первый слой, содержащий поглощающий материал, второй слой, который является непроницаемым для жидкости, и источник ингибитора коррозии, содержащийся в слое. В этом примере первый слой представляет собой износостойкие пропускающие воду и пропускающие воздух нетканые материалы с поглощающими природными и синтетическими волокнами, второй слой представляет собой композитный материал винил/полиэстер Herculite® и тканый полиэтилен, импрегнированный нитратом натрия. Нитрат натрия содержится внутри полиэтиленовой пленки и медленно диффундирует из полиэтилена со временем. Покрытие используют для накрывания орудия 50 калибра и станины, установленного на палубе военного корабля посредством станины. Как орудие, так и станина изготовлены из металла, который коррозирует в типичных окружающих средах открытого моря, если остается незащищенным. Покрытие изготавливается для грубого соответствия контурам орудия и станины и содержит кулиску для плотного обертывания нижнего края покрытия вокруг нижней части орудия и станины. Когда покрытие правильно накрывается на орудие и станину, так что оно покрывает орудие и часть станины, оно формирует микроокружение вокруг орудия и части станины над кулиской. Источник коррозии помещается внутри микроокружения.
Покрытия Envelop® сконструированы для получения преимуществ в рабочих характеристиках, обычно ассоциирующихся с системами влагопоглощения или ингибиторами коррозии в упаковке типа брезентового покрытия. Как таковые, покрытия Envelop® обеспечивают такую же защиту от коррозии, как предполагается для брезента, в то же время оставаясь простыми и легкими в использовании. Следующая далее Таблица 3 перечисляет свойства, преимущества и выгоды покрытий Envelop®.
Результаты исследований
Несмотря на то, что как показано ниже, покрытия Envelop® превосходят по рабочим характеристикам в ключевых областях брезенты из Herculite®, которые представляют собой стандартные массовые покрытия, используемые военно-морским флотом США при испытании на кораблях, и являются предпочтительными для флота, решено осуществить квалификационные исследования, которые необходимы для защитных покрытий и брезентов, которые перечислены в спецификации U.S. Defense Logistics Agency's A-A-55308 "Cloth and Strip, Laminated or Coated. Vinyl Nylon or Polyester, High Strength. Flexible". Спецификация А-А-55308 представляет собой описание коммерческих товаров, для которых U.S. General Services Administration одобряет использование, в предпочтение к спецификации MIL-C-43006, которая отменена. Исследования, требуемые этой спецификацией, перечислены ниже, со ссылками на стандартизированные процедуры исследования, которые должны последовать:
- Масса в соответствии со стандартом American Society for Testing of Materials' (ASTM), ASTM-D-3776 Method C.
- Начальная прочность на разрыв согласно стандарту ASTM-D-5034.
- Прочность на разрыв согласно стандарту ASTM-D-5035 после стойкости к истиранию согласно стандарту ASTM-D-4157.
- Прочность на разрыв согласно стандарту ASTM-D-5035 после ускоренного воздействия факторов окружающей среды согласно стандарту FED-STD-19L М 5804.
- Стойкость к истиранию согласно стандарту ASTM-D-2261.
- Гидростатическая стойкость согласно стандарту ASTM-D-751.
- Жесткость согласно стандарту Technical Association of Pulp and Paper Industry's (TAPPI), TAPPI Method T-451.
- Адгезия покрытия согласно стандарту ASTM-D-751.
- Стойкость к воспламенению согласно стандарту National Fire Protection Association's (NPFA), NFPA 701 Small Scale Test.
- Забивание согласно стандарту ASTM-D-751.
SGS U.S. Testing Company Incorporated, расположенная в Fairfield, New Jersey, USA, осуществляет все необходимые исследования. Для каждого исследования SGS исследует материалы Envelop® и материал Herculite®, которые военно-морской флот США использует в настоящее время для изготовления покрытий для палуб кораблей. Результаты квалификационных исследований и требования приведены в следующей далее Таблице 4.
Как показано на фигурах 10А-С, покрытие Envelop® при исследовании четко подавляет коррозию. Брусок (Фиг.10С), защищенный покрытием Envelop®, не коррозирует вообще, поскольку влажность под покрытием понижается и предотвращается конденсация тумана и собирание воды на поверхности бруска. Как незащищенный брусок (Фиг.10В), так и брусок (Фиг.10А), завернутый с предосторожностями в обычный брезент, коррозирует, хотя брезент слегка замедляет коррозию. Эта демонстрация, осуществляемая в острых условиях, демонстрирует эффективность и способность подхода авторов к подавлению коррозии.
В другом исследовании, согласно Фиг.11, три куба 20 дюймов × 20 дюймов × 20 дюймов (0,61 м × 0,61 м × 0,61 м) из StyrofoamТМ помещают вне дома и каждый из них соединяют с пятью подготовленными дисками из мягкой стали 1018 диаметром 4,5 дюйма (11,43 см). Эти диски получают с помощью ацетона, спирта, а затем водяной бани, после которой они осторожно сушатся с помощью большого куска ткани Kimwipe®. С каждым диском манипулируют с помощью нитриловых перчаток после обработки в ацетоновой бане. Действуют с предосторожностью, чтобы никогда не касаться дисков голыми руками или загрязненными перчатками. Эти диски, каждый, фиксируются на верхней и боковой стороне каждого куба с помощью одного нейлонового винта. Три куба покрывают соответствующими покрытиями из тех, которые описаны далее.
Покрытие А. Покрытие Envelop® с материалом 500 Denier Grey Cordura® с 15-микронной мембраной из черного Sympatex®, затем черный материал К-Тоо® с 80 мешочками VCI (один на 6-дюймовой (15,24 см) стеганый квадрат, 16 квадратов на сторону с покрытием), один слой материала Vizorb®, затем один слой черного материала К-Тоо® без VCI. Все швы термически герметизируются. Каждый мешочек VCI содержит 1,5 чайных ложек предварительно таблетированной смеси Cor-Pak® (голубые гранулы) и 1,5 чайных ложек порошка М-126 R CAFD из добавки для полимерной смолы (белый порошок). (Материал Vizorb® представляет собой более старую версию Vizorb 3907.)
Покрытие В. Покрытие Envelop® с материалом 500 Denier Grey Cordura® с 15-микронной мембраной из черного Sympatex®, затем черный материал К-Тоо®, один слой материала Vizorb®, затем один слой черного материала К-Тоо®. Все швы термически герметизируются.
Покрытие С. Покрытие Herculite® 80. Без герметизации швов.
Каждое из покрытий собирается в складки поверх нижней части кубов, в достаточной степени для того, чтобы канат мог быть затянут вокруг них в нижней части. Кубы поддерживают на несколько футов выше уровня земли, как показано в Фиг.11. Кубы с покрытием оставляют под воздействием окружающей среды, и никакой другой обработки не осуществляют в течение первых нескольких недель. Воздействия усиливаются по тяжести, от обычных погодных воздействий, метелей, дождя, ветра, солнца, изменений температуры и тому подобное, до прямого нанесения спрея с солью на стальные диски. Исследование оценивают через семнадцать недель.
Сводка результатов исследования представлена в таблице на фигурах 12А-В. Можно увидеть, что только небольшая коррозия происходит на всех трех образцах с покрытиями в течение первых двух недель. Образцы, покрытые покрытием Envelop® с VCI (Покрытие А), не испытывают коррозии до пятой недели, в этот момент только верхний диск имеет некоторую детектируемую коррозию. Ее нет до конца двенадцатой недели, где над стальными дисками непосредственно распыляется соленая вода так, что диски под покрытием А демонстрируют заметную коррозию. Все диски под Покрытием А являются более чем на 50% коррелированными после четырнадцатой недели.
Образцы, покрытые покрытием Envelop® без VCI (Покрытие В), демонстрируют небольшую деградацию после первой недели исследований, при этом только один диск остается свободным от ржавчины через одну неделю. Более 50% коррозия является очевидной на одном из дисков под Покрытием В уже на пятой неделе. Все диски под Покрытием В являются более коррелированными более чем на 50% после пятнадцатой недели.
Образцы, покрытые покрытием Herculite® (Покрытие С), показывают небольшую деградацию после первой недели исследований, при этом только один диск остается свободным от ржавчины через одну неделю. Более 50% коррозия является очевидной на одном из дисков под Покрытием С уже на третьей неделе. Все диски под Покрытием С являются коррелированными более чем на 50% после тринадцатой недели при полной коррозии на одном из дисков после двенадцатой недели. В целом, можно увидеть, что рабочие характеристики Покрытия А намного превосходят характеристики Покрытий В и С. Если основываться на развитии коррозии, Покрытие В чуть превосходит Покрытие С, вероятнее всего, благодаря его способности к пропитке и поглощению. Покрытие С показывает образование полос и более глубокое проникновение ржавчины почти на всех дисках в конце исследования.
Фигуры 13А-С показывают сравнение верхних дисков под всеми тремя покрытиями при восьми неделях в исследовании. Фиг.13А показывает один из дисков, защищенных Покрытием А. Фиг.13В показывает один из дисков, защищенных Покрытием В, и Фиг.13С показывает один из дисков под Покрытием С. Восьмая неделя выбрана, поскольку она показывает наиболее заметные различия между покрытыми исследуемыми образцами. Заметное количество стоячей воды/влажности можно увидеть на диске, покрытом брезентом Herculite®, на Фиг.13С. Результаты показывают, что присутствие VCI драматически повышают стойкость к коррозии при всех исследуемых условиях.
Для дальнейшего количественного определения рабочих характеристик покрытий Envelop® осуществляют исследования в соответствии с "ASTM Standard Practice for Preparing, Cleaning, and Evaluating Corrosion Test Specimens G1". Десять дисков из мягкой стали 1018 диаметром 1,6 дюйма (4,06 см) присоединяются к каждой грани двух кубов 20 дюймов × 20 дюймов × 20 дюймов (0,61 м × 0,61 м × 0,61 м) из StyrofoamТМ. Один куб покрывают покрытием Envelop® согласно Таблице 1, выше, а другой обычным покрытием Herculite®. Кубы помещают вне дома на фабрике в Нью Хемпшире, США, и подвергают полному набору воздействия погодных условий Новой Англии: дождю, туману, солнцу, снегу, экстремальным изменениям температуры и влажности и сильным ветрам (смотри Фиг.14).
Покрытия на короткое время удаляют с кубов раз в неделю для оценки состояния коррозии стальных дисков, для получения качественных оценок хода исследования. После четырех месяцев исследований пятнадцать дисков удаляют с каждого из кубов и травят в соответствии с ASTM G1 для удаления ржавчины, а диски впоследствии взвешивают. Масса, которая "теряется" в течение исследования, представляет собой количество материала, которое гибнет с образованием коррозии. Скорость потери массы определяется посредством деления потери массы на время экспонирования. В соответствии с ASTM G1 скорости потери массы должны делиться на плотность материала и экспонируемую площадь поверхность для вычисления скорости коррозии в единицах мил (тысячных долей дюйма) в год (MPY).
Фиг.15 демонстрирует средние измеренные скорости коррозии для пятнадцати стальных дисков, которые защищены покрытием Envelop®, и пятнадцати стальных дисков, которые защищены покрытием Herculite®. Эти результаты показывают, что покрытие Envelop® уменьшает скорость коррозии приблизительно на 95% по сравнению с покрытием Herculite®. Исследования также осуществляют при следующих конфигурациях: 1) обычное покрытие Herculite®: 2) обычное покрытие Herculite® плюс VCI и 3) покрытие Envelop® без VCI. Результаты этих исследований дают дополнительное доказательство того, что покрытие Envelop® с VCI превосходит покрытие без VCI.
Превосходные рабочие характеристики покрытий Envelop® по сравнению с текущей практикой ВМС США относительно консервации палубного оборудования продемонстрированы в многочисленных бортовых испытаниях. Покрытия Envelop® устанавливаются на четырех кораблях в первой фазе проекта использования испытаний для начала широкого ознакомления флота с покрытиями Envelop®. Целью исследований в дополнение к демонстрации рабочих характеристик предотвращения коррозии является определение износостойкости покрытий, простоты их использования и приемлемости для экипажа. Во второй фазе проекта более двадцати трех покрытий Envelop® были установлены на кораблях. Целью этих исследований являлось: (1) продолжение проверки износостойкости покрытий, простоты использования и приемлемости для экипажа; (2) проверка того, работают ли малые промышленные партии покрытий так же хорошо, как известные в настоящее время покрытия; и (3) расширения знакомства флота в целом с покрытиями Envelop®. Результаты этих исследований приводятся в следующих далее Таблице 5 (первая фаза) и Таблице 6 (вторая фаза).
Хотя настоящее изобретение описывается и иллюстрируется со ссылками на его примерные варианты осуществления, специалистам в данной области понятно, что указанные выше и разнообразные другие изменения, пропуски и дополнения могут быть выполнены без отклонения от существа и объема настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение относится к области защиты материалов от воздействия внешней воздушной среды. Система защитного покрытия для защиты объекта, содержащего металл, когда система наложена на объект, содержит покрытие с непористым слоем, проницаемым для паров воды, и источник ингибитора коррозии. Система защитного покрытия для защиты объекта, содержащего металл, когда система наложена на объект, содержит покрытие, включающее первый слой, проницаемый для паров воды, и второй слой, содержащий пористый материал, и источник ингибитора коррозии. Система защитного покрытия для защиты металлического объекта, когда система наложена на объект, содержит покрытие, включающее первый слой, имеющий первую и вторую лицевую стороны и содержащий материал, поглощающий влагу, и второй слой, непроницаемый для жидкости, и источник ингибитора коррозии. Панель для защитного покрытия металлического объекта содержит первый слой с суперадсорбентом, имеющий первую и вторую лицевую стороны, и второй слой, непроницаемый для жидкости и имеющий периферийный край, и крепление рядом с периферийным краем. Способ ингибирования коррозии металлического объекта включает обеспечение покрытия, имеющего первый слой с первой и второй лицевыми сторонами, содержащий поглощающий материал, второй слой, непроницаемый для жидкости, и покрытие объекта. Способ ингибирования коррозии металлического объекта включает создание покрытия, имеющего непористый слой, проницаемый для паров воды, нанесение покрытия на объект и введение ингибитора в микроокружение объекта. Технический результат: повышение эффективности защиты от воздействия внешней среды. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 табл., 15 ил.
