SUPERVISOR
Ahmad Saatchi,Kaivan Raissi
احمد ساعت چي (استاد راهنما) کيوان رئيسي (استاد مشاور)
STUDENT
Sina Saeedi
سينا سعيدي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Evaluation of Properties and Electrochemical Investigation of Cathodic Disbondment of Polyurethane Coats
By diffusion of water and other factors which cause cathodic disbondment in the polymeric coat and reaching metal/polymer interface, hydroxyl is produced and makes the interface alkaline. The alkalinized interface causes disbondment of polymeric coat from metallic substrate. The scope of this project is to evaluate the cathodic disbondment of polyurethane coat which is used to protect oil and gas pipe lines. The quantity of cathodic disbondment of a polymeric coat depends on two parameters. These two parameters are adhesiveness of polymeric coat to metal substrate and resistance of polymeric coat to diffusion of water and other factors which cause cathodic disbondment. For having a valid study on cathodic disbondment phenomenon, these specifications should be evaluated. In this project, according to Iranian gas standards, these parameters are studied. The resistance of the polymeric coating to diffusion of water and other factors is studied by two quantitative tests including water absorption test and chemical resisitance test performed in acidic solution, alkaline solution, pure water and saline solution. o the amount of absorbed water and reagents in saturated condition is measured and compared to the standards. Also, adhesiveness is studied by two qualitative test including resistance to removal test and hot water soak test and one quantitative test including pull-off strength of coatings using portable adhesion testers. It is shown that both specifications of the polyurethane is in the standard range. After investigating these two parameters, cathodic disbondment is measured. For evaluating cathodic disbondment, a simple electrochemical cell is set up and specimen is connected to negative terminal of a rectifier and the positive terminal is connected to a platinum electrode, so the specimen is under cathodic protection for a assessed period of time. The measured quantity of cathodic disbondment is more than what assessed in the standard. Noting that the resistance of the polyurethane to diffusion of water and other reagents and also adhesiveness of polymeric coat to the metal substrate are in the standards range, it can be concluded that surface unevenness of polymeric coat, created by using a brush for painting, causes residual stress in polymeric coat. The created residual stress aids the disbonding of polymeric coat from metal substrate and increases the amount of cathodic disbondment. One of affective parameters on cathodic disbondment is the thickness of polymeric coat. For evaluating the parameter of thickness, cathodic disbondment and coat resistance of three different polyurethane thickness are measured. Three double electrochemical cell is set up for this test to measure the polymeric coat resistance and the quantity of cathodic disbondment coincidely. Specimens as the chathodic disbondment test are under cathodic protection for the same period of time. It is shown that increasing the coat thickness, will increases the polarizatio resistance and pores resistance of olymeric coat and the quantity of cathodic disbondment decreases. Also by electrochemical test is shown that pores of a polymeric coat have an important role in efficiency of coat. Increasing the amount of pores of a polymeric coat, will increase the quantity of cathodic disbondment. So it is concluded that increasing the thickness of coat, will increase the resistance of polymeric coat and reduces the cathodic disbondment of a non porous polymeric coat. key words Cathodic Disbondment, Cathodic Protection, Polyurethane, Pipe line
چکيده با نفوذ آب و ساير عوامل ايجاد کننده ي جدايش کاتدي به داخل پوشش پليمري و رسيدن آن ها به فصل مشترک فلز/پوشش، در فصل مشترک فلز/پوشش يون هيدروکسيل توليد مي شود و قليايي شدن فصل مشترک فلز/پوشش، باعث جدايش پوشش پليمري از زير لايه فلزي مي گردد. هدف از انجام اين پروژه بررسي جدايش کاتدي پوشش پلي يورتان مورد استفاده براي حفاظت از خطوط لوله انتقال نفت و گاز مي باشد. مقدار جدايش کاتدي پوشش پليمري به دو ويژگي مهم پليمر بستگي دارد. اين دو ويژگي عبارت هستند از: چسبندگي پوشش پليمري به زير لايه فلزي و هم چنين مقاومت پوشش پليمري در برابرنفوذ آب و ساير عوامل ايجاد کننده ي جدايش کاتدي. به منظور ارزيابي بهتر پديده ي جدايش کاتدي پوشش پلي يورتان، اين دو ويژگي بايد بررسي شوند. در اين پروژه طبق استانداردهاي شرکت ملي گاز ايران، اين ويژگي ها بررسي مي شوند. مقاومت پوشش در برابر نفوذ آب و ساير عوامل ايجاد کننده جدايش کاتدي با انجام دو آزمايش کمي شامل آزمون جذب آب و آزمون مقاومت شيميايي در محلول هاي اسيدي، قليايي، آب مقطر و آب نمک بررسي مي شود و مقدار واکنشگر جذب شده در حالت اشباع اندازه گيري و با استانداردهاي مربوطه مقايسه مي شود. چسبندگي پوشش نيز با انجام دو آزمون کيفي شامل آزمون مقاومت به جدايش و آزمون خيساندن در آب داغ و يک آزمون کمي تحت عنوان آزمون چسبندگي توسط دستگاه قابل حمل، بررسي مي شود و نشان داده مي شود که اين دو وِيژگي پلي يورتان مورد استفاده در محدوده ي استاندارد تعيين شده توسط شرکت ملي گاز ايران قرار دارد. پس از بررسي اين وِِيژگي هاي پلي يورتان، مقدار جدايش کاتدي پوشش يورتاني اندازه گيري مي شود. براي اين کار يک سلول الکتروشيميايي ساده ساخته مي شود و نمونه ها به به قطب منفي رکتيفاير متصل مي شوند. قطب مثبت نيز به يک الکترود پلاتيني متصل مي گردد و نمونه تحت حفاظت کاتدي قرار مي گيرد. بعد از پايان زمان آزمايش، مقدار جدايش کاتدي اندازه گيري شده در اين پروژه بيشتر از حدي است که در استاندارد تعيين شده است. با توجه به اين که پوشش يورتاني مورد آزمايش هم از لحاظ چسبندگي و هم از لحاظ مقاومت در برابر نفوذ آب و ساير عوامل ايجاد کننده ي جدايش کاتدي در محدوده استاندارد قرار دارد مي توان نتيجه گرفت که ناهمواري هاي سطح پوشش که ناشي از اعمال پوشش به وسيله قلم مو است منجر به ايجاد تنش هاي داخلي در پوشش مي شود. اين تنش هاي داخلي به جدايش پوشش از زير لايه فلزي کمک مي کنند و باعث افزايش مقدار جدايش کاتدي مي شود. يکي از عوامل تاثير گذار بر روي جدايش کاتدي پوشش پليمري، ضخامت پوشش است. در اين پروژه اين عامل بررسي مي شود و براي اين منظور، جدايش کاتدي پوشش پلي يورتان در سه ضخامت مختلف اندازه گيري و مقايسه مي شود. براي بررسي جدايش کاتدي هر يک از نمونه ها يک سلول الکتروشيميايي مضاعف يا دوگانه ساخته مي شود. (دو سلول الکتروشيميايي هم مرکز) ساخته مي شود تا مقاومت تخلخل و مقاومت پلاريزاسيون نمونه اي که تحت آزمون جدايش کاتدي قرار دارد، اندازه گيري شود. هماتتد آزمون جدايش کاتدي، نمونه ها به مدت مشخص تحت حفاظت کاتدي قرار مي گيرند. مشاهده مي شود که با افزايش ضخامت پوشش يورتاني، مقدار مقاومت تخلخل هاي پوشش و مقاومت پلاريزاسيون پوشش پليمري افزايش و مقدار جدايش کاتدي اندازه گيري شده کاهش مي يابد. هم چنين با بررسي هاي الکتروشيميايي نشان داده مي شود تخلخل هاي پوشش، نقش مهمي در کارايي پوشش پليمري دارند و افزايش مقدار تخلخل هاي پوشش پليمري باعث افزايش ميزان جدايش کاتدي مي شود. بنابراين به شرط متخلخل نبودن پوشش، با افزايش ضخامت پوشش يورتاني؛ مقدار جدايش کاتدي پوشش کاهش مي يابد. کلمات کليدي جدايش کاتدي ، حفاظت کاتدي ، پلي يورتان ، خط لوله