Лако-красочные материалы — производство

Механические свойства покрытий во многом определяют уро­вень их защитных свойств, а также в определенной степени влияют на декоративные функции покрытий в течение срока их эксплуа­тации. Покрытия подвергаются большому числу разнообразных механических воздействий и деформаций. Они могут подвергать­ся воздействию больших сил, действующих на малой площади в течение очень коротких промежутков времени, например при уда­рах камней, гравия и т. п. в случае автомобильных покрытий, или последовательному воздействию медленной циклической деформа­ции, что имеет место в случае декоративных покрытий по дереву (например для оконных рам), так как древесина расширяется и сжимается соответственно изменению температуры и атмосфер­ной влажности. Такие силы и деформации могут быть велики: порядка гигапаскалей на единицу площади при ударе или 10—15% растяжения при деформациях древесины (такие деформации анизотропны в силу характерной структуры древесины). Эти ос­новные механические свойства покрытий имеют наибольшее прак­тическое значение, поскольку напряжение или растяжение могут привести к пластическому течению (необратимая деформация), или разрушению пленки в результате растрескивания.

Пленки красок в процессе эксплуатации могут испытывать разнообразные механические деформации. Кроме того, физико — механические свойства покрытий сами по себе изменяются при старении. От уровня механических показателей зависит долговеч­ность покрытия в процессе эксплуатации, т. е. сохранность физи­ческой однородности пленки определяет время, в течение которого покрытие может выполнять свои защитные функции. Постоянное воздействие воздуха и влаги (росы) на поверхность покрытия приводит к постоянному выщелачиванию низкомолекулярных веществ, таких как остатки растворителя, пластификатор или низкомолекулярные полимерные фракции, а также продуктов деструкции, которые могут размягчать покрытие и увеличивать его стойкость к хрупкому разрушению (растрескиванию). Кроме того, воздействие кислорода воздуха и света (особенно его УФ-со — ставляющей) может активировать различные фотолитические реакции с образованием свободных радикалов и пероксидов, вследствие чего может увеличиться степень сшивки пленки и, соответственно, ее хрупкость. В конечном итоге происходит разрушение пленки путем растрескивания или на ее поверхности, или, чаще, внутри пленки. Проникновение воды в пленку может оказывать благоприятное воздействие, поскольку вода часто «смягчает», пластифицирует пленку. Однако, если последнее со­четается с проникновением кислорода или анионов, это может привести к механическому разрушению вследствие увеличения хрупкости или накопления твердых продуктов коррозии на поверх­ности раздела покрытие/металл.

Большинство красок и покрытий основано на органических полимерах. Они поэтому вязкоэластичны и их реакция на меха­ническую нагрузку заметно отклоняется от линейной. Кроме того, механические свойства матричного полимера могут существенно изменяться благодаря присутствию мелких полимерных частиц (выделяющихся при смешении компонентов и отверждении), частиц пигментов, наполнителей и т. д. Роль этих частиц в моди­фицировании свойств покрытия аналогична роли, которую играют

Механических свойств полимерных композитов в массе. Предприняты попытки применить идеи и теории, выдвинутые для полимерных композитов, для интерпрета­ции механических свойств лакокрасочных пленок.

В дополнение следует отметить, что большинство систем по­крытий многослойны. Хотя пленкообразователь может быть один и тот же, природа и состав пигментов могут изменяться от слоя к слою. К неоднородности механических свойств, как по толщине, так и вдоль поверхности пленки, могут привести процессы удале­ния растворителя и пространственно-неоднородного сшивания при отверждении. Эти процессы обычно приводят к усадке поли­мерной матрицы и возникновению внутренних напряжений, ко­торые изменяют ее механические свойства на подложке. В этой связи часто возникает вопрос, соответствуют ли результаты испытаний покрытий исходным свойствам материала, и в ряде случаев результаты испытаний вообще утрачивают свою цен­ность.

Достаточно сказано о сложности и важности механических свойств покрытий, а также о важности их изучения при натурных или искусственных условиях испытаний.

Настоящая глава построена следующим образом: После крат­кого обзора вязкоэластичности и механических свойств полимеров рассмотрены методы определения этих свойств, особенно для окрашенных образцов, т. е. для адгезированных пленок. После обзора практически используемых методов механических испыта­ний покрытий и их интерпретации на более фундаментальной основе глава завершается разделом о применении акустической эмиссии для записи изменений механических свойств при искус­ственном старении.