Стальные изделия, выдерживающие тонны нагрузки, пасуют перед каплями влаги. На блестящей после резца детали, словно сыпь, проступают рыжие пятна ржавчины...

Механизм коррозии подробнейшим образом разобран. Изучены почти все тонкости коварной болезни металла, многочисленные ее разновидности, готовы рецепты чуть ли не на все случаи жизни. Наука многого добилась, неуклонно сокращая размеры ущерба, приносимого коррозией. И все-таки ущерб этот велик, очень велик. Если собрать воедино все мелкие и крупные неприятности, доставляемые коррозией, то суммарные цифры продемонстрируют стихийное бедствие огромного масштаба: в жертву ржавчине в мире ежегодно приносится тридцать процентов производимого металла, причем если две трети этого количества, превращающиеся в металлолом, еще имеют шансы вернуться в промышленность после переплавки, то одна треть теряется безвозвратно.

Цифры эти превратились в своеобразный статистический штамп, о котором вспоминают всякий раз, когда речь заходит о коррозии.

Больше других металлов от коррозии страдает самый распространенный конструкционный материал — малоуглеродистая сталь. До недавнего времени основным средством ее защиты было покрытие никелем, хромом и другими коррозионностойкими металлами либо лаками и красками. Однако нержавеющие металлы дороги, а применение их только в качестве покрытий нерационально, так как при этом не используются другие их ценнейшие свойства. Кроме того, металлопокрытия и лакокрасочные пленки не так долговечны, как хотелось бы.

В ХХ веке технический арсенал антикоррозионных средств обогатился еще одним видом покрытия — пластмассовым. Главное его достоинство определяется тем, что полимерные пленки, например, поливинилхлорида или полиэтилена, совершенно непроницаемы для влаги.

Металл и пластик, как известно, не состоят в родстве. Поэтому проблема их прочного соединения явилась, по сути дела, главной трудностью при работе над созданием пластмассовых покрытий.

В сороковых годах ХХ века поливинилхлоридной пленкой стали покрывать внутреннюю поверхность больших резервуаров, используемых в химической промышленности. Однако это вылилось в трудоемкий, малопроизводительный процесс, не дающий прочного соединения пластмассы с металлом и далеко не безопасный по условиям работы.

Попытки защитить металл полимером не были оставлены. Многочисленные эксперименты и исследования привели к появлению нового способа: струю распыляемого сжатым воздухом пластмассового порошка направляют на нагретую деталь; попадая на горячую поверхность, порошок оплавляется и растекается по ней более или менее равномерно. Покрытие готово. Оно долговечно. Способ прост. Казалось бы, можно торжествовать...

И металлопокрытие, и лаки, и краски, и пластмассы наносят на готовую деталь. Вот в чем основной недостаток всех упомянутых способов. Вы не можете покрыть, допустим, краской или никелем стальной лист, а затем свернуть его в трубу или выдавить из него на прессе сосуд. Покрытие не выдерживает обработки давлением — оно растрескивается и «слезает» с листа.

Получив на прокатном стане лист, его переправляют к потребителю — на машиностроительный завод. Там штампуют из листа детали, которые затем приходится красить.

Вроде бы и нельзя иначе, как нельзя сначала переплести книгу, а затем ее напечатать. Но, с другой стороны, если переходить к аналогиям, одежду-то не отдают в окраску после пошива, а шьют из уже окрашенной ткани. Красильные отделения имеются на текстильных, а не на швейных фабриках.

Даже неспециалист легко может представить, насколько дешевле обходилась бы любая машина, если бы ее производство построить по тому же принципу, что и производство одежды: изготовление из уже «разрисованного», защищенного покрытием металла.

Вот если бы металлурги выпускали такой полуфабрикат, машиностроителям не нужно было бы тратить силы и средства на очистку поступающей стали от ржавчины, не нужно было бы содержать у себя цехи покрытий.

Но организовать производство такого полуфабриката можно было, только решив задачу создания покрытия, которое бы буквально срасталось с металлом, образовало бы с ним единое целое. Иными словами, нужно получить «гибрид» металла и пластмассы - металлопласт.

В 1953 году был пущен первый промышленный агрегат для покрытия (плакирования) металла пластмассовой пленкой.

В качестве исходных материалов были выбраны малоуглеродистая конструкционная сталь и поливинилхлорид, который иногда называют «спинным хребтом» пластмассовой промышленности. Он отлично зарекомендовал себя высокой коррозионной стойкостью, а также низкой стоимостью по сравнению с другими пластиками, что предопределило относительную дешевизну будущего материала-гибрида.

Пластик (пленка), пластизоль (паста), порошок — в любом из этих видов можно попытаться уложить поливинилхлорид на металл, но на готовом материале покрытие должно быть пленочным. Чтобы пленка приросла к металлу, нужен слуга двух господ — клей.

Химики предложили два сорта клея. Первый — на основе винилитовой смолы, разведенной в растворителе, например, в циклогексаноне. Чтобы клей отвердел, образовал прочное соединение, надо удалить растворитель. Для этого металл с нанесенной клеевой подложкой выдерживают при температуре до 100—140° в течение 30—40 секунд.

Казалось бы на нагрев тратится не так уж много времени. Но если учесть, что покрытие ведут в одной цепочке с металлургическим процессом, как операцию, завершающую прокатку, то получается, что нагрев клея сильно тормозит скорость основного процесса. Чтобы сохранить эту скорость на уровне 40—50 метров в минуту, для прогрева клеевой подложки нужна печь по меньшей мере тридцатиметровой длины. В печи металлическая полоса должна двигаться, ее надо поддерживать какими-то роликами и т. д. Словом, 30— 40 секунд оборачиваются серьезными осложнениями, с которыми, в общем-то, поначалу нужно было мириться: ведь иного клея не было.

Потом появилась другая беда. Проходило совсем немного времени с момента выхода защищенного листа из установки, а поливинилхлоридная пленка уже отслаивалась от металла. Картину прояснили исследования: винилитовый клей вступал в химическую реакцию с пластификатором пленки и быстро размягчался. Но без пластификатора обойтись нельзя: пленка потеряет гибкость, не сможет деформироваться вместе с листом при изготовлении из него различных деталей. Оставался один выход: найти такой пластификатор, к которому клей относится безразлично. Хотя нужный пластификатор и был найден, им оказалось сильно ядовитое вещество — трикрезилфосфат, а пленки, пластифицированные ядом, разумеется, не годятся для серийного выпуска. Химики решили попытаться подобрать другой клей.

Выбор пал на эпоксидные смолы. Хорошая сцепляемость их с металлом не была секретом. Это свойство сравнительно недавно стали использовать для склеивания стали, алюминия и других материалов. Кроме того, эпоксидные смолы отличаются малой усадкой, морозостойкостью, скорость размягчения их очень низка. Правда, они неважно переносят удар, но этот недостаток можно исправить добавлением наполнителей и пластификаторов.

Научно-исследовательский институт пластических масс создал на основе эпоксидных и перхлорвиниловых смол клей марки ПЭД-Б. Этот клей прочно связал металл с поливинилхлоридной пленкой, приготовленной без участия токсичных веществ.

Природа сил, обеспечивающих сцепление клея с металлом и пластмассой, исследована еще не во всех деталях. Известно, что соединение клея с металлом в какой-то мере механическое: клей заполняет мельчайшие впадины, имеющиеся на металлической поверхности, как бы цепляясь за них. Поэтому поверхность, на которую накладывается клей, должна быть шероховатой. С пластиком соединяется перхлорвиниловая группа клея. По мере того, как улетучивается растворитель, клей буквально срастается с пленкой. Он не только соединяет ее с металлом, но и сам по себе является неплохим антикоррозионным покрытием.

Получение надежного клея было важным этапом на пути создания оригинальной отечественной установки для покрытия стали полимерной пленкой.

Итак, металлопласт есть. Его успешно применяют в химической, мебельной, электротехнической, пищевой и других отраслях промышленности. Из металла, покрытого поливинилхлоридом, делают корпуса транзисторных радиоприемников, электропечей, кузовные и другие детали автомобилей и вагонов. ...Защищенный металл поступает прямо с металлургического завода. Впрочем, не металл — металлопласт.

Ю. Зельцер, В. Павлов.

См. также: