Korozní odolnost kontinuálně lakovaných plechů

ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKA MATERIÁLŮ
Důsledkem působení venkovních atmosférických podmínek – znečištění ovzduší, srážky, vlhkost, sluneční záření apod. – je korozní napadení kovových materiálů a degradace nátěrových a kovových povlaků. Odolnost a životnost povrchových úprav je velmi rozdílná a je ovlivněna mnoha faktory jako jsou:

• typ základního materiálu (korozní odolnost kovu, předběžná povrchová úprava),
• konstrukční uspořádání výrobku (místa spojů a hran, otevřenost a zakrytost povrchu k působení korozně agresivního prostředí),
• typ povrchové úpravy,
• kvalita povrchové úpravy (tloušťka, přilnavost, pórovitost apod.),
• způsob expozice (klimatické podmínky, typ prostředí, znečištění prostředí, mechanické namáhání atd.).

Základním materiálem KLP je uhlíková ocel s tloušťkou cca 0,6 – 1,5 mm. Povrchová úprava základního materiálu je žárové pokovování s oboustranným nánosem zinkového nebo slitinového (zinek – hliník) povlaku v tloušťce cca 25 μm. Životnost zinkových povlaků je přibližně úměrná tloušťce povlaku. Vrchní vrstvu, vystavenou působení prostředí, tvoří organický povlak. Organické povlaky dodávají plechům a panelům vyšší korozní odolnost a životnost spolu s dekorativním vzhledem. Jednotlivé vyráběné materiály se liší především typem organického povlaku a tloušťkou jeho vrstvy. Nátěrové hmoty, aplikované na kontinuálně lakované plechy, mohou být epoxidy, plastisoly, organosoly, akryláty, alkydy, polyestery, silikonpolyestery a fluorokarbonáty. Tloušťka vrstvy organického povlaku je od 5 do 250 μm.

Nejpoužívanější typy organických povlaků

• Polyesterové povlaky (PES) patří k nejrozšířenějším typům organických povlaků, jejichž odolnost je relativně dobrá; nejsou ale uvažovány do prostředí s vyšší korozní agresivitou, vyvolanou působením chemikálií. Nejnižší tloušťka povlaku je 20 μm.
• Polyvinylidénfluoridové povlaky (PVF) obsahují sloučeniny s vazbou C–F, což je jedna z nejsilnějších známých chemických vazeb. Povlaky vykazují vynikající chemickou i mechanickou odolnost.
• Plastisolové (PVC – polyvinychlorid) povlaky se i při relativně vysokých tloušťkách (200 μm) vyznačují vysokou tvárností a relativně vysokou odolností v agresivním prostředí.

KOROZNÍ ODOLNOST POVRCHOVÝCH ÚPRAV KLP
Odolnost k působení prostředí a tedy životnost systému povrchové úpravy KLP, je dána v první řadě odolností organického povlaku. Ochranný účinek organických povlaků je založen především na bariérových vlastnostech a hlavním kritériem ochranné schopnosti je propustnost povlaků pro složky prostředí. Např. vypalované PES nátěry, používané na kontinuálně lakované plechy v tloušťkách 20 – 30 μm, patří mezi nátěrové hmoty se střední odolností prostředí – cca 12 let v prostředí s korozní agresivitou stupně C3. Do prostředí s vyšší korozní agresivitou je nutné použít organický povlak s vyšší tloušťkou vrstvy nebo vyšší odolností.
Zinkový povlak zajišťuje anodickou ochranu základnímu ocelovému plechu, která působí až do vzdálenosti 2 mm od okraje zinkového povlaku, tj. na hraně či v místě malého mechanického poškození povlaku. V případě mechanického poškození či degradace nátěrového systému je podkladová zinková nebo slitinová vrstva vystavena koroznímu namáhání a postupně odkorodovává. Životnost zinkových povlaků je přibližně úměrná tloušťce povlaku. V současných podmínkách ČR lze předpokládat korozní rychlost zinku v rozsahu 0,5 až 2 μm/rok. Koroze základního kovu nastane až po zeslabení vrstvy zinkového nebo slitinového povlaku na tloušťku, kdy se projeví nerovnoměrnosti v tloušťce povlaku a póry v povlaku ve větším rozsahu, tj. cca 5 μm. Při této hodnotě ztrácí povlak svou ochrannou funkci a počíná koroze základního kovu. Při tloušťce zinkového povlaku 20 μm dojde ke korozi oceli po 10 až 30 letech expozice zinkového povlaku. Ke korozi základního materiálu (ocelového plechu) u lakovaných plechů, které tvoří panely, dojde až po degradaci nátěrového systému a odkorodování zinkového povlaku.

METODY URYCHLENÝCH ZKOUŠEK POVRCHOVÝCH ÚPRAV KLP
Základní zkoušky vlastností KLP včetně metod zkoušek jsou definovány v řadě norem ČSN EN 13523 Kontinuálně lakované kovové pásy. Zkušební metody – část 0 až 24. Normy ve většině případů vycházejí z dříve publikovaných směrnic ECCA (The European Coil Coating Association). Normy doporučují zkušební postupy pro měření fyzikálně-chemických parametrů povrchových úprav, např. měření tloušťky povlaků na základním materiálu, měření barevných odstínů, měření odolnosti proti mechanickému poškození, při ponoru ve vodě apod. Základní korozní zkouškou je odolnost v solné mlze – ČSN EN 13523-8. Vzorky jsou zhotoveny jako ohnuté s řezy v ploše. Hodnotí se koroze, vyjádřená stupněm delaminace, nebo podkorodování se stupněm puchýřování po stanovené době expozice. Tloušťka vrstvy organického povlaku má vliv na korozní odolnost povrchové úpravy. Příklad srovnání několika typů KLP je uveden v tabulce 1. Pro tyto testované materiály se po expozici nesnížila přilnavost organického povlaku k podkladu. S dobou expozice se zvyšovalo podkorodování v řezu – viz obrázek 2.
V podmínkách solné mlhy byly dále např. testovány vzorky KLP s celkovou tloušťkou povlaku 45 μm a 55 μm. U povlaku s tloušťkou 45 μm se projevily puchýřky již po 240 hodinách expozice; v případě vzorků s tloušťkou povlaku 55 μm se puchýře projevily až po 1.000 hodinách expozice. Expozice vzorků s povrchovou úpravou povlakem Aluzink o tloušťce 25 μm s polyesterovým povlakem o tloušťce 20 μm prokázala výskyt puchýřů o průměru cca 1 mm po 360 hodinách. Koroze na vzorcích nebyla zjištěna a přilnavost organického povlaku se částečně snížila. K hodnocení barevné stálosti kontinuálně lakovaných plechů je doporučována zkouška ve vlhké atmosféře s obsahem oxidu siřičitého. Studie ECCA prokázaly, že tato zkušební metoda není vhodná pro hodnocení korozní odolnosti kontinuálně lakovaných materiálů.
Další, často používanou korozní zkouškou, je zkouška v kondenzační komoře. Např. vzorky s povrchovou úpravou 20 μm povlaku Galvalume a 20 μm silikonpolyesteru byly exponovány po dobu 168 hodin v podmínkách 40°C, 100% relativní vlhkosti a trvalé kondenzace. Již po 24 hodinách expozice se vyskytovalo korozní napadení základního kovu v místech mechanického poškození povrchové úpravy při manipulaci. V mechanicky nepoškozených místech nevzniklo žádné poškození ani organického, ani kovového povlaku.
Urychlené laboratorní zkoušky mohou přinést srovnání několika obdobných materiálů, popř. prokázání, že odpovídají specifikaci výrobce. Dále se v těchto zkouškách velmi výrazně projeví případné defekty v povrchové úpravě. Urychlené laboratorní zkoušky nelze použít ke stanovení životnosti povrchových úprav v reálných atmosférických podmínkách.

DLOUHODOBÉ ZKOUŠKY KLP V ATMOSFÉRICKÉM PROSTŘEDÍ
Od roku 1998 jsou na atmosférické korozní stanici v Kopistech u Mostu exponovány vzorky KLP. Způsob expozice vzorků odpovídá požadavkům ČSN EN ISO 8565 Kovy a slitiny. Atmosférické korozní zkoušky. Základní požadavky na staniční zkoušky. Exponovány byly vzorky standardních rozměrů 100 × 150 mm, zhotovené z dodaných plechů, a panel o rozměrech 1 m². Mimo to jsou dlouhodobě exponovány i vzorky, zhotovené podle doporučení ECCA, které kombinují i vliv překrytí plechů, ohybu plechů, použití různých spojovacích nýtů a šroubů včetně expozice v úhlech, typických pro reálné použití daných materiálů – 5° a 90° (obrázky 3a – 3c).
Po čtyřech letech expozice v atmosférickém prostředí s korozní agresivitou stupně C3 nebylo na vzorcích zjištěno žádné korozní napadení – ani v ploše, ani na nechráněných řezných hranách, ani ve zkušebních řezech. Šířka zkušebního řezu se nezvýšila. Ochranné vlastnosti všech typů nátěrů se nezměnily – nátěry nepraskaly, neodlupovaly se ani nedošlo ke vzniku puchýřů. Na žádném vzorku nedošlo k podkorodování nátěru. Žádný z hodnocených nátěrů nevykazoval křídování; z fyzikálních parametrů se změnil pouze lesk nátěru. Přilnavost nátěrů byla hodnocena podle ČSN ISO 2409 – přilnavost byla na stupni 0–1, tedy zcela vyhovující.

PROBLÉMY PŘI APLIKACI KLP A PANELŮ
V současné době je již realizováno velké množství staveb, kde tyto materiály byly použity. Na objektech se vyskytlo několik problémů z hlediska životnosti povrchových úprav.

Celý nezkrácený článek včetně všech grafů a fotografií najdete v časopisu KONSTRUKCE v čísle 3/2005 v příloze Povrchová a protipožární ochrana.

Autoři

• Ing. Benešová Jaroslava
• Ing. Kreislová Kateřina PhD.