.

Инфракрасная идентификация лакокрасочных покрытий судов и кораблей, как гарант качества

Лакокрасочные материалы для судов и кораблей проходят необходимые стадии при разработке для обеспечения металлу стойкой защиты от коррозии и обрастания микроорганизмамиОсобенности обрастания водорослями и моллюсками корпусов судов. Идентификация лакокрасочных покрытий служит для того, чтобы подтвердить их качество, о чем подробнее читайте дальше.

Принципы создания инфракрасной идентификации

В последнее время крупные мировые фирмы-производители лакокрасочной продукции для гарантирования качества выпускаемых материалов и защиты их от подделок вводят систему инфракрасной идентификации (ИКИ).

Одним из современных методов идентификации является использование ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье. Этим методом устанавливают тождественность неизвестного φ(υi) и эталонного F(υi) спектров с использованием коэффициента корреляции Пирсона (R). В случае полной тождественности спектров коэффициент R = 1, при тождественности с учетом погрешности измерений незначительно отличается от эталонного спектра.

Другим способом идентификации является применение лазерной техники, работающей при длинах волн ИК-диапазона: 1,06; 3,39; 10,6 см-1 и в видимой области спектра. К преимуществам лазерного метода относится высокая скорость исследований за счет факторов, присущих лазерному излучению: высокой степени монохроматичности и когерентности излучения, узкой направленности и др. Поэтому для ИК-идентификации, проводимой лазерным методом, можно вводить незначительное по сравнению с ИК-спектроскопией количество поглощающего вещества, которое не влияет на свойства ЛКМ.

Читайте также: Противообрастающие покрытия для борта и надстроек

Для гарантирования качества выпускаемых материалов и защиты их от подделок исследована возможность введения в ЛКМ ИК-метки, идентифицируемой с помощью ИК-спектроскопии. В качестве хорошо поглощающих материалов (ИК-меток) используют органические красители. Так, соединения, содержащие азогруппу (-N=N-), имеют поглощение на длине волны 410 нм, нитрозогруппу (-N=О) — 665 нм, тиокарбонильную группу — 620 нм. Подобные результаты можно получить при введении в пленкообразующие вещества органических красителей: оксазинового (λпогл. = 6 298 Å), фталеинового (λпогл. = 6 400 Å), тиазинового (λпогл. = 6 580 Å), индиго (λпогл. = 6 048 Å).

Соединения типа солей имеют ярко выраженные полосы поглощения в ИК-области, что связано с наличием колебаний решетки, характерных для каждого отдельного иона. К солям, представляющим существенный интерес в качестве поглотителей, следует отнести соли меди, которые применяются в качестве поглотителей в типографских красках при лазерной печати, фосфорно-кислые соли натрия и др.

Таким образом, используя современные оптические методы, фирмы-производители ЛКМ, могут с достаточной точностью идентифицировать их и тем самым защитить авторские права на свою продукцию.

С целью проверки данной технологии в институте «НИПРОИНС» изучена возможность введения ИК-метки в широко используемый ЛКМ. Исследования проводили с помощью Фурье-спектрометра 1720Х фирмы Perkin Elmer.

Спектральное исследование возможности введения метки в ЛКМ

Для отработки возможностей метода была выбрана эмаль ПФ-167, в качестве меток — дициандиамид и каолин. Выбор этих соединений на первоначальном этапе исследования обусловлен их относительной доступностью и низкой стоимостью, нетоксичностью, слабым влиянием на свойства ЛКМ и наличием в их ИК-спектрах относительно интенсивных и характерных полос, лежащих в спектральных областях, как правило, свободных от поглощения других компонентов ЛКМ.

Результаты проведенных исследований показали, что в спектре дициандиамида (рис. 1, а) имеется интенсивный дублет 2207, 2163 см-1, относящийся к поглощению тройной связи -С≡N, в спектре каолина (рис. 1, б) в области 3 600-3 700 см-1 находятся характерные колебания кристаллизационной воды, не удаляемой при интенсивной сушке соединения.

ИК-спектры составляющих ЛКМ
Рис. 1 ИК-спектры: а — дициандиамида; 6 — каолина

Добавление в готовую краску ПФ-167 дициандиамида и каолина в массовой концентрации 1% каждого с помощью диспергирования на бисерной мельнице в течение 1 ч приводит к появлению в соответствующих спектральных областях приведенных выше полос (рис. 2).

ИК спектры эмалей
Рис. 2 ИК спектры: 1 — исходной эмали ПФ-167; 2 — эмали с добавками дициандиамида и каолина

При этом, как видно из рис. 3, 4, формы полос, которые могут быть использованы для идентификации, практически не меняются, что может служить основой для последующих расчетов по критерию Пирсона.

ИК-спектры эмали ПФ-167
Рис. 3 ИК-спектры: 1 — дициандиамида; 2 — эмали ПФ-167 с добавками дициандиамида и каолина

Наличие двух компонентов-меток может служить дополнительной защитой материала от подделок, поскольку соотношение этих компонентов, а следовательно, и соотношение интенсивностей полос-меток будет известно только производителю ЛКМ. Это же обстоятельство позволяет производить расчет по критерию Пирсона и в тех случаях, когда один или оба компонента-идентификатора используются в качестве основных компонентов ЛКМ.

ИК-спектры каолина и эмали
Рис. 4 ИК спектры: 1 — каолина; 2 — эмали ПФ-167 с добавками дициандиамида и каолина

Тем не менее для более уверенной идентификации меток в дальнейшем в качестве компонентов-идентификаторов желательно применять соединения с аналогичными спектральными и другими характеристиками, но более редко используемые (или вообще не используемые) в качестве основных компонентов ЛКМ.

На рис. 5 представлен внешний вид покрытий из исследуемой эмали ПФ-167, которая применяется для окраски бортов и надстроек кораблей ВМФ РФ (рис. 6.)

Образцы эмалевых покрытий
Рис. 5 Покрытия из эмали ПФ-167 (ТУ 2312-063-05034239-94): а — контрольный образец; б — с добавками дициандиамида и каолина (ИК-метка)

Для более детального изучения оптических свойств покрытия на основе эмали ПФ-167 были определены спектры в оптическом диапазоне. Измерения проводились на спектроколориметре «Пульсар» (ТУ 6-5П1.500.004ТУ-87).

Малый противолодочный корабль
Рис. 6 Малый противолодочный корабль «Уренгой» (пр. 1331М), окрашенный эмалью ПФ-167

На рис. 7 представлены спектры этих двух покрытий в видимой области спектра. Видно, что в этом диапазоне отличить их практически невозможно, так же как и на рис. 5, тогда как в ИК-области отчетливо видны введенные ИК-метки в виде дициандиамида и каолина.

Спектры отражения покрытий
Рис. 7 Спектры отражения двух покрытий ПФ-167 в видимой области

Данная технология, использующая отличительные особенности компонентов ЛКМ на различных длинах волн ИК-диапазона, может применяться не только для защиты торговой марки от контрафактной продукции, но и для военных целей.

Например, для дополнительной идентификации объекта «свой — чужой», а также для повышения точности избирательных средств наведения высокоточного оружия.

Принципиальная схема такой идентификации представлена на рис. 8. Космический аппарат с лазерным ИК-спектрофотометром определяет ИК-метку у корабля, далее эти данные поступают в наземный комплекс обработки и регистрации информации, затем — в вычислительный центр, где корабль идентифицируют, после чего информацию направляют командованию ВМФ для оперативного управления и принятия решения. В современной теории военной науки этот процесс называется циклом Бойда.

Схема определения корабля
Рис. 8 Принципиальная схема определения корабля с помощью ИК-идентификации лакокрасочного покрытия

Теория Джона Бойда, американского летчика, стратега и теоретика современной войны, основана на следующих принципах:

  • поведение любой военной системы можно описать с помощью повторяющегося цикла: обнаружение — ориентация — решение — действие (рис. 9);
  • последующие циклы корректируются с помощью обратной связи и адаптируются под действия противника и условия окружающей среды;
  • в процессе развития системы и вооружения длительность этих циклов сокращается, соответственно возрастает их частота в ходе военных действий (рис. 10);
  • с целью более эффективного выполнения задачи можно ускорять цикл Бойда или замедлять его у противника.
Цикл НОРД
Рис. 9 Цикл Бойда Риала

Следует отметить, что зарубежные производители почти всегда окрашивают наши военные кораблиКорабли, которые входят в морской флот США и РФ в присутствии своего инспектора по контролю качества окраски — супервайзера.

Продолжительность циклов Бойда
Рис. 10 Продолжительность циклов Бойда в ходе развития вооружений и военной техники

Он оформляет необходимую документацию — сводный отчет о контроле качества выполнения окрасочных работ на объекте, в котором указаны сроки и место окраски, наименование окрашиваемого объекта, ответственные лица, марка материала, площадь окрашиваемой поверхности, владелец объекта, т. е. приведена полная информация о данном корабле (см. статью «Технология получения судовых покрытий»Технология получения судовых покрытий, контроль качества и подготовка к нанесению). Все эти сведения поступают в центральный офис западной компании, где хранятся на серверах, так что их можно получить в любой момент.

Следствия применения ИК-метки в ЛКМ на кораблях ВМФ:

  • введение ИК-метки в ЛКМ, который применяется для окраски кораблей ВМФ, сокращает цикл Бойда для вероятного противника в несколько раз;
  • ускоряется дополнительная идентификация объекта по принципу «свой — чужой»;
  • повышается точность наведения оружия;
  • снижаются боевые характеристики кораблей ВМФ РФ.

Идентифицировать ИК-метку в готовом покрытии — весьма сложная задача, так как для этих целей можно применять множество веществ и компонентов. Производитель ЛКМ всегда может сослаться на то, что это специальная добавка, улучшающая защитные или физико-химические свойства покрытия.

Данная технология в ряде западных стран находится на стадии разработки, и продолжение исследований в этом направлении оценивается как перспективное.

Будет интересно: Покрытия с повышенной гидрофобностью для защиты от обледенения

Принимая во внимание широкий ассортимент импортных ЛКМ, применяемых в судостроении, в том числе при строительстве и ремонте кораблей ВМФ, в особенности при окраске надстроек, палубы, наружного борта и подводной части, а также низкую степень локализации на территории России производства компонентов используемых материалов, представляется крайне актуальным пересмотреть номенклатуру применяемых импортных ЛКМ и направить усилия на ускоренное создание современных отечественных аналогов для кораблей ВМФ в рамках программы импортозамещения.

Игнорирование этой проблемы может негативно отразиться на боевых качествах кораблей ВМФ.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Июль, 03, 2020 168 0
Читайте также