5.4.2. Вторая группа свойств

Вторая группа свойств характеризуется прочностью пленки при изгибе и ударе, адгезией, износостойкостью, внутренними напряжениями, и др.

Определение прочности пленки при ударе является стандартизованным показателем как у нас в стране, так и за рубежом (ГОСТ 4765-73 и ИСО 6272 (международная классификация). Материалы лакокрасочные. Метод определения прочности пленки при ударе). Приборы отличаются только диаметром сферического наконечника ударника и внутренним диаметром ответной шайбы наковальни.

Этот показатель входит в технические требования практически на все лакокрасочные материалы и определяется на приборах У-1 или У-1А.

Прочность пленки при ударе характеризуется деформацией пленки на подложке, не вызывающей ее механического разрушения при мгновенном ударе.

Принцип действия прибора основан на деформации лакокрасочного покрытия, вызванной падением груза в 1 кг с определенной высоты. Выражается в см.

Прочность пленки при ударе определяют по “шкале гибкости” в соответствии с ГОСТ 6806-73 и ИСО 1519. Материалы лакокрасочные.

Международный стандарт ИСО 6272-1 устанавливает метод определения стойкости сухой пленки лакокрасочного покрытия к разрушению, деформации или отслаиванию при деформации, вызванной падающим грузом на большой площади.

Сущность метода заключается в произведении удара падающим грузом на панель с нанесенным лакокрасочным покрытием и последующим исследованием состояния покрытия при помощи лупы.

Испытание проводят несколько раз в соответствие с выбранным критерием испытания (определение минимальной массы или минимальной высоты, или др.).

Метод определения эластичности пленки при изгибе

Международный стандарт ИСО 1519 устанавливает импирический метод определения эластичности лакокрасочного покрытия, нанесенного на металл или пластмассу, при изгибе вокруг металлического цилиндрического стержня.

В случае многослойной системы следует испытывать каждый слой отдельно или всю систему в целом.

Сущность метода заключается в определении минимального диаметра металлического цилиндрического стержня, изгиб на котором окрашенной металлической панели не вызывает механического разрушения или отслаивания однослойного или многослойного лакокрасочного покрытия

Прибор измеряет эластичность, прочность, стойкость покрытий к растрескиванию, разрыву методом изгиба образца с покрытием на угол 180⁰ вокруг набора металлических стержней с диаметром от 2 до 20 мм (ШГ-2) или ШГ-1 с диаметром стержней от 1 до 50 мм (12 шт.). Результат измерения выражается в мм диаметра цилиндра, на котором произошло разрушение покрытия.

Рис 5.4. Прибор типа 1 для испытания на изгиб

1 – оправка; 2 – упор

Износостойкость лакокрасочных покрытий определяется поверхностными свойствами покрытий, и в первую очередь макро- и микроструктурой поверхностных слоев, а также процессов, протекающих в местах контакта с истирающим контртелом.

Простейшим и широко используемым в промышленности является метод оценки износостойкости лакокрасочных покрытий, основанный на определении количества кварцевого песка, необходимого для разрушения покрытия до подложки.

Износостойкость I определяется по формуле:

(5.13)

где m – масса израсходованного песка;

h – толщина пленки.

За рубежом используются аналогичные методы, отличающиеся высотой или скоростью падения струи песка.

Достаточно интересны методики, основанные на истирании поверхности покрытия шлифовальной шкуркой (стандартного вида основание бумажная лента ВШ-140, абразив Электрокоруид 14А, зернистость М-40), непрерывно движущейся в виде ленты, что исключает засаливание шкурки.

Метод заключается в измерении объема образца (объемный метод) или убыли массы образца (износ по массе). Удельный износ по массе I_m (г/см²) определяется по формуле:

(5.14)

где m₁ и m₂ – масса образца до и после испытания;

S – площадь следа истирания, см².

Удельный объемный износ I_б вычисляется по формулам:

(5.15)

где K – поправочный коэффициент, характеризующий износ шлифованной шкурки;

m – износ покрытия по массе, г;

ρ – плотность лакокрасочной пленки, г/см³;

ℓ – длина площади, подвергающейся износу, см;

b – ширина площади (1.5см).

(5.16)

где ρ – плотность пленки, г/см³.

Международный стандарт ИСО 7784-1 устанавливает метод определения стойкости покрытий при воздействии шлифовальной бумаги, закрепленной на вращающемся колесе.

Сущность метода заключается в механическом воздействии абразива на окрашенную поверхность с последующей оценкой результатов испытания.

Очищенную панель с лакокрасочным покрытием взвешивают с точностью до 1 мг, закрепляют на поворотном круге, устанавливают всасывающие сопла, включают абразивную машину и делают 100 оборотов поворотного круга.

Результат определения вычисляют по уравнению:

(5.17)

где m₀ – масса панели до испытания, мг;

m₁ – масса панели после испытания, мг;

F – поправочный коэффициент.

Если сделано меньше 100 оборотов, расчет проводят по уравнению:

(5.18)

где r – количество сделанных оборотов

Внутренние напряжения – напряжения, возникающие в процессе формирования покрытия вследствие улетучивания растворителей, структурных превращений и различий в термических коэффициентах линейного расширения пленки и подложки при изменении температуры (как в процессе отверждения, так и при эксплуатации покрытия).

Придавая большое значение роли внутренних напряжений, ряд ученых считают их критерием долговечности покрытий.

Методы определения внутренних напряжений в покрытиях можно разделить на 2 группы: оптические и механические.

Одним из широко используемых оптических методов стал метод определения напряжений (σ_вн) в изотропном (одинаковость свойств во всех направлениях) оптическом стекле. Сущность метода заключается в том, что на прозрачную изотропно оптическую призму из полированного стекла размером 202010 мм наносят лакокрасочный материал. В процессе формирования пленки в ней возникает внутренняя упругая сила P, которая может быть рассчитана по уравнению:

(5.19)

где h – толщина пленки;

b – ширина пленки.

Сила P вызывает в призме напряжение σ_вн, приводящее к оптической анизотропии (неодинаковость свойств во всех направлениях) стеклянной призмы, что выражается в двойном лучепреломлении, которое может быть определено при помощи поляризационного микроскопа. По калибровочному графику пересчитывают двойное лучепреломление σ₀ на внутренние напряжения σ_вн поскольку σ₀ = f(σ_вн, h, b).

К другим оптическим методам определения σ_вн относится метод фотоупругости, при этом свет пропускается через прозрачное покрытие и анализируется с помощью поляризационного микроскопа, а также метод голографии.

Метод основан на определении с помощью голографической интерферометрии микроперемещений поверхности покрытия, вызванных снятием внутренних напряжений (σ_вн) за счет нарушения равновесного напряженного состояния путем нанесения надрезов до подложки. На покрытие наносят несколько параллельных надрезов до подложки, что создает одноосное напряженное состояние, при котором можно точно обработать голограмму и рассчитать σ_вн.

На образце с покрытием закрепляют фотопластинку и записывают голограмму методом двойной экспозиции со встречным опорным пучком. Отражаясь, излучения интерферирует с опорным пучком и регистрируется на фотопластинке.

Во время первой экспозиции регистрируется исходное состояние поверхности покрытия. Затем делаются надрезы и вновь регистрируются результаты.

Наиболее широко используемыми механическими способами определения внутренних напряжений являются динамометрический и консольный методы.

Сущность динамометрического метода основана на фиксировании усилия, которое возникает при сокращении лакокрасочной пленки на подложке в процессе высыхания. Это усилие регистрируется динамометром на приборе Поляни.

На полоску бумаги с двух сторон наносят слой лакокрасочного материала и после высушивания закрепляют полоску с двух противоположных сторон в зажиме прибора. Динамометр устанавливают в исходное положение. Затем на одну сторону образца наносят еще один слой испытуемого ЛКМ толщиной 15…50 мкм.

В процессе отверждения динамометром фиксируется возникающее усилие P. Внутреннее напряжение вычисляют по формуле:

(5.20)

где S – площадь поперечного сечения пленки.

Консольный метод получил наиболее широкое распространение в практике; он основан на измерении высоты изгиба консольной пластинки с нанесенным на нее лакокрасочным покрытием по отношению к базовой. Обычно в качестве подложки применяются пластинки из нержавеющей стали с размерами 0.31580 мм. Их дублируют с одной узкой стороны точечной сваркой с пластинами, служащими основанием.

О деформации подложки судят по отклонению консоли, определяемой с помощью микроскопа (например, МИР-12):

(5.21)

где h – отклонение консоли;

E – модель упругости материала подложки (для стали E = 1.96∙10⁵ МПа);

∆ – толщина подложки;

δ – толщина ЛК покрытия;

ℓ – длина образца.

Внутреннее напряжение измеряются в абсолютных единицах МПа.

а)	б) 1 – место точечной сварки образца с покрытием 2 – базовая пластинка

Рис. 5.5. Схема деформации подложки (а) и вид образца (б) для

определения внутренних напряжений консольным методом.