979

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДРЕВЕСИНЕ И

ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛАХ

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 35.04.02 Технология лесозаготовительных и

деревоперерабатывающих производств

Воронеж 2018

УДК 674.07

Ищенко Т.Л. Физические основы формирования защитнодекоративных покрытий на древесине и древесных материала [Электронный ресурс]: методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 35.04.02 Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств / Т.Л. Ищенко; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2018. – 12 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № …. от …………….. 2018 г.)

Рецензент к.т.н., начальник конструкторского отдела ООО ХК «Мебель Черноземья» (г. Воронеж) И.М. Чеботарева

2

ВВЕДЕНИЕ

В современном производстве защитно-декоративных покрытий для отделки древесины применяют разнообразные лакокрасочные нитроцеллюлозные, мочевиноформальдегидные, полиэфирные, полиуретановые, листовые и пленочные материалы, используют новейшие способы создания, сушки и облагораживания покрытий.

Изделия, прошедшие отделку, могут эксплуатироваться в различных условиях: в закрытых отапливаемых помещениях (мебель), в условиях открытой атмосферы (окна, двери, садовая мебель, спортивный инвентарь), в среде, насыщенной парами растворителей и других реагентов (лабораторная мебель) и т. д. В соответствии с этим, к изделиям предъявляется комплекс специфических требований, в частности по атмосферо-, водо-, термостойкости, стойкости к химическим реагентам, твердости, прочности, эластичности, адгезии, цвету, блеску и т. п. Отсюда вытекают и соответствующие требования к лакокрасочным материалам, которые должны обеспечить получение покрытий с заданными свойствами.

Настоящие методические указания содержат методы испытаний отделочных материалов и покрытий.

Целесообразность указанных испытаний обусловлена тем, что на предприятиях, осуществляющих отделочные работы, в обязательном порядке организуется входной контроль лакокрасочных материалов, технологический контроль на всех этапах производственного процесса, приемочный контроль готовых деталей и изделий в соответствии с требованиями ОТС 13-27-82 «Покрытия защитно-декоративные на мебель из древесины и древесных материалов».

3

ЛАБОРАТОРНАЯ ЧАСТЬ

ИСПЫТАНИЯ ЗАЩИТНО-ДЕКОРАТИВНЫХ ПОКРЫТИЙ

Показатели оценки качества покрытий, под которым понимают совокупность свойств лакокрасочной пленки, обуславливающих её пригодность удовлетворять определенные потребности, в соответствии с назначением, в целом, рассматриваются в двух аспектах: функциональном и эстетическом.

Под функциональной стороной качества отделки подразумевается степень соответствия свойств покрытия требованиям условий эксплуатации. Испытания лакокрасочных покрытий проводятся для выявления соответствия свойств полученных пленок требованиям, которые устанавливаются действующими стандартами и ТУ на конкретный вид покрытий. Основными показателями, отражающими функциональную сторону качества покрытий, являются толщина, твердость, прочность на изгиб и удар, адгезия к подложке, внутреннее напряжение, тепло-, морозо-, водо-, светостойкость и стойкость к действию химических реагентов.

Эстетический аспект выражает композиционное решение отделки изделий и выступает как показатель качества, отражающий внешние признаки покрытий: цвет, фактуру, степень блеска или матовость, прозрачность или непрозрачность, общую выразительность.

Характерным для лакокрасочных покрытий является постепенное, с течением времени, повышение их хрупкости, приводящее к растрескиванию и порче, поэтому все определения свойств покрытий носят условный характер. По этой же причине в ТУ на лакокрасочный материал оговаривают и сроки проведения испытания.

1. Определение теплостойкости лакокрасочных покрытий

Теплостойкостью лакокрасочных покрытий называют их способность не разрушаться и не менять внешнего вида под действием повышенных температур. Для покрытий на древесине наибольший интерес представляет теплостойкость при контакте с нагретым телом.

Аппаратура и материалы

4

Используют образец с лакокрасочным покрытием, стакан с горячей водой.

Проведение испытания На испытуемый образец накладывают тонкий ватный тампон диаметром 7–8

см и ставят на него стакан с водой, температура которой 60 °C , на15 мин. Если после снятия стакана на покрытии не остается прилипших волокон, теплостойкость считается удовлетворительной.

2. Определение влагопоглощения лакокрасочных покрытий

Метод определения влагопоглощения основан на способности пленки сорбировать воду. Влагопоглощение оценивается4 количеством воды, сорбированной пленкой при заданной температуре (выражается в процентах), или массой сорбированной воды, отнесенной к массе пленки.

Аппаратура и материалы Образцы, окрашенные с обеих сторон испытуемым лакокрасочным

материалом; бюкс с герметически закрывающейся крышкой; электрические весы с точностью 0,001 г; дистиллированная вода; фильтровальная бумага.

Проведение испытания

Образец полностью погружается в дистиллированную воду при 20-25 °C. Затем через заданные промежутки времени образец вынимают из воды, просушивают фильтровальной бумагой и тотчас помещают в бюкс с герметически закрывающейся крышкой, предварительно взвешенной на весах. Бюкс с образцом взвешивают с той же точностью. Операцию извлечения образца из воды и взвешивания вместе с бюксом повторяют до пор, пока при двух последних взвешиваниях не будет достигнут одинаковый привес пленки.

Обработка результатов

Влагопоглощение x (%) рассчитывается по формуле:

где m1 – масса бюкса с образцом после выдержки в воде,

5

г; m0 – масса бюкса с образцом до испытания, г; b – масса образца, г;

a – масса пластинки без покрытия, г.

3. Определение адгезии лакокрасочных покрытий на древесине

Защитно-декоративные свойства покрытий в значительной степени зависят от адгезии их к подложке. На прочность сцепления покрытий с древесиной влияют вид материала, толщина покрытия и технология его формирования.

Прочность сцепления покрытия с подложкой вычисляют, определяя силу, которая требуется для отслаивания его от поверхности, или величину работы отрыва пленки от единицы поверхности. Существуют условные методы определения адгезии.

Метод параллельных надрезов Сущность метода заключается в нанесении на готовое лакокрасочное

покрытие параллельных надрезов и визуальной оценке состояния покрытия по трехбалльной системе.

Аппаратура и материалы Используются образцы лакокрасочных покрытий; нож с углом заточки

режущей части 20−30 °С и кромкой лезвия толщиной 0,05–0,1 мм; кисть волосяная; лупа с 2,5–4-кратным увеличением; лента липкая.

Проведение испытания На поверхности образца на расстоянии от края пластины не менее 10 мм

делают с помощью режущего инструмента не менее 5 параллельных надрезов длиной не менее 20 мм до подложки на расстоянии 1, 2 или 3 мм друг от друга. Перпендикулярно надрезам накладывают полоску липкой ленты, плотно ее прижимают, оставляя один конец полоски не приклеенным. Быстрым движением ленту отрывают перпендикулярно от покрытия. Адгезию по методу параллельных надрезов оценивают по 3-балльной шкале (табл. 1).

6

Обработка результатов После нанесения надрезов для удаления отслоившихся кусочков покрытия

проводят мягкой кистью по поверхности решетки по диагонали пять раз в прямом и обратном направлениях. Адгезию оценивают в соответствии с табл.1, используя при необходимости лупу.

Таблица 1 - Оценка адгезии покрытия

Незначительное отслаивание пленки по ширине

2полосы вдоль надрезов (не более 0,5 мм)

3Отслаивание покрытия полосами

4.Определение величины напряжений в лакокрасочных покрытиях

Напряжения возникают при формировании и эксплуатации лакокрасочных

покрытий. Они возникают из-за усадки пленки вследствие улетучивания растворителей, процессов полимеризации и поликонденсации, а так же в результате изменения линейных параметров покрытия подложки при колебаниях температуры и влажности.

Для определения величины напряжений в лакокрасочных покрытиях используют консольный метод. Метод заключается в определении величины прогиба древесной пластинки с помощью горизонтального микроскопа в процессе отвердения лакокрасочного покрытия. При известных размерах древесной пластинки, модулей упругости подложки и покрытия, толщине покрытия и

7

величины прогиба образца определяют величину напряжений а, МПа, по формулам: а) для покрытий толщиной более 100 мкм

где h— отклонение образца от первоначального положения, мм;

Е1 и Е2 — соответственно модуль упругости древесной подложки и покрытия,

МПа;

l — длина покрытия, мм;

S и ∆S — соответственно толщина подложки и покрытия, мм;

Кп — коэффициент, учитывающий ползучесть древесной подложки.

5. Определение скорости высыхания лакокрасочных материалов

Высыханием называется процесс затвердевания и превращения в пленку жидкого лакокрасочного материала, нанесенного тонким слоем на окрашиваемую поверхность.

Аппаратура и материалы Используют остекленный шкаф с электрообогревом и терморегулятором,

уровень, стеклянная пластинка размерами 9X12 см, наручные часы, стаканчики с хлористым кальцием, деревянная пластинка площадью 1 см2, груз массой 200 г, ватный тампон, испытуемый лакокрасочный материал.

Проведение испытания Подготовительные работы. Заранее нанести на стеклянные пластинки

исследуемый материал. Желательно, чтобы к началу занятия лакокрасочный материал на одних из пластинок высох «от пыли», на других практически высох и на третьих полностью высох.

Скорость высыхания материала определяют с помощью стеклянного шкафа с электрообогревом. Высота шкафа 100 см, площадь основания 60x100 см. Стеклянные полки в шкафу установлены строго горизонтально (по уровню).

8

Температура в нем поддерживается в пределах 20±2°С. Для поглощения влаги в углы полок ставят стаканчики с хлористым кальцием (200 г СаС12 на 1 м2 шкафа), которые периодически меняют. На стеклянную пластинку размерами 9X12 см нанести тонким слоем испытуемый материал: краску — кистью, а лак налить и распределить по поверхности пластинки равномерным слоем.

Пластинку поставить на 30 мин под углом 45°, чтобы с нее стек избыток материала, а затем поместить ее горизонтально на полку шкафа. Заметить время и выдерживать ее при температуре 20±2°С.

Определить скорость высыхания «от пыли». Для этого периодически пластинку нужно вынимать из шкафа и дышать на пленку 2-3 сек. Расстояние ото рта до пластинки должно быть 10 см. Через некоторое время на пленке от дыхания появится матовое пятно, т. е. начнет конденсироваться влага. Время от начала нанесения материала на пластинку до появления матового пятна от дыхания характеризует скорость высыхания «от пыли», т. е. указывает на момент образования тонкой пленочки. Затем продолжить сушку.

Определить скорость практического высыхания материала по методу отпечатков. Периодически вынимать пластинку и нажимать на пленку пальцем. Появление слабых отпечатков свидетельствует о том, что практически пленка высохла.

Определить скорость полного высыхания материала. После продолжения сушки на пластинку с пленкой положить ватный тампон, а сверх него деревянную пластинку площадью 1 см2 с грузом 200 г. Через 20 сек груз, пластинку и тампон снять и внимательно осмотреть поверхность пластинки. Если на пленке нет волокон ваты или следов от них, значит покрытие полностью высохло.

Обработка результатов Результаты определения времени высыхания лакокрасочного материала

записать в такой последовательности: испытуемый материал; температура в шкафу (°С); время начала опыта; время появления на пленке матового пятна «от дыхания»; время наступления высыхания «от пыли»; время практического высыхания; время полного высыхания; выводы.

9

6. Определение теплостойкости

У покрытий на древесине наибольший интерес представляет теплостойкость при контакте с нагретым телом.

Аппаратура и материалы Для определения контактной теплостойкости пользуются прибором,

состоящим из металлической коробки, в массивном основании которой уложен электронагреватель. Прибор снабжается терморегулятором. Образец с покрытием.

Проведение испытания Нагретый до заданной температуры прибор устанавливают непосредственно

на образец и выдерживают в течение 1 мин.

Обработка результатов Изменяя температуру нагрева, находят ее минимальное значение, при котором

наблюдаются первые признаки разрушения покрытий (размягчение и прилипание).

7. Определение водостойкости

Водостойкость покрытия является составляющей комплекса оцениваемых показателей при определении их защитных свойств.

Аппаратура и материалы

Используют пластинку размерами 9X12 см, часы, емкость с дистиллированной водой, испытуемый лакокрасочный материал.

Проведение испытания При стандартном методе испытаний стойкости к действию воды покрытие

наносится на жестяные пластинки, которые после сушки на 2/3 их высоты погружают в ванночку с дистиллированной водой. Покрытия на пластинках периодически осматривают. Такой метод не позволяет, однако, судить о стойкости покрытия к действию воды, когда подложкой является древесина.

10