Главная » Книжные издания

1 ... 43 44 45 46 47 48 49 ... 51

г па ва 16 ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОКРЫТИЙ

Р. Ламбурн

16.1. ВВЕДЕНИЕ

Долговечность можно определить как способность покрытия противостоять внешним воздействиям; т. е. оставаться неизменным при воздействии окружающей среды и различных неблагоприятных факторов. К неблагоприятным относятся факторы, вызывающие напряжения, которые могут быть непродолжительными, например удар, или продолжительными, например медленное рас тяжение или сжатие пленки и подложки. Окружающие условия оказывают огромное влияние на долговечность покрытия, поэтому методы испытаний систем покрытий всегда разрабатываются таким образом, чтобы воспроизвести практические условия применения последних. Они обычно разрабатываются, чтобы ускорить процессы разрушения испытываемых покрытий Задачей ускорен ного испытания является предсказание момента разрушения покрытия. Другой аспект определения долговечности состоит в том, чтобы определить способность покрытия противостоять нарушениям условий эксплуатации; и в этом случае используются также различные методы испытаний. Для всех видов покрытий существует два типа испытаний: тесты на химическую стойкость и тесты физические или механические. Следует принять во внимание, что долговечность покрытия часто зависит от природы подложки.

Разнообразие тестов объясняется многими обстоятельствами. На рынках промышленных красок изготовитель сталкивается с множеством методик, выдвигаемых потребителем. Среди разработчиков методик испытаний следует выделить Американское общество испытания материалов (ASTM), Британский институт стандартов (BSI), Германский институт нормативов (DIN), Международную организацию стандартов (ISO), британские организации - Общество изготовителей и торговцев двигателями (SMMT), Министерство обороны. Ассоциацию исследователей красок и др.

16.1.1. Причины разрушения покрытий

Из множества причин разрушения покрытий некоторые установлены, и можно предпринимать попытки бороться с ними. Строительные краски с автоокисляющимися связующими имеют внутренние причины деструкции. Процесс окисления не прекращается с высыханием пленки, в результате образуется сильно сшитая пленка. Продукты окисления выделяются из пленки, процесс сши-



вания приводит к повышению хрупкости пленки, и, в конце концов, наблюдается ее растрескивание и отслаивание от подложки. Достаточная долговечность современных глянцевых наружных покрытий связана с тщательным выбором пленкообразователя, что сводит к минимуму окисляемость пленки, увеличивает прочность пленки при растяжении, твердость и др.

Разрушение промышленных покрытий, например на стиральных машинах, не составляет проблемы в течение срока службы самой защищаемой машины, если покрытие обладает удовлетворительной стойкостью к стиральным порошкам или щелочам. Для автотранспортных средств покрытие пс только должно сохранять соответствующий внешний вид при воздействии УФ-лучей и погодных условий вообще, но и должно быть стойким к ударам мелких камней, а также предотвращать распространение ржавчины в местах, подвергаемых различным воздействиям. Можно привести и другие примеры. Очевидно, что покрытие должно обладать и химической стойкостью, и оптимальными механическими свойствами, так как разрушение покрытий может иметь место как вследствие воздействия каждого из этих факторов, так и вследствие совместного их воздействия. *

16.1.2. Методология

Испытания долговечности проводятся как для контроля качества стандартных продуктов, так и при разработке новых материалов. Из-за большого числа образцов, подвергаемых испытаниям, часто невозможно проводить испытания со статистически достоверным числом образцов в каждой из сравниваемых серий. В лучшем случае испытания можно провести на двух параллельных образцах; важно при этом включить в каждую из испытываемых серий стандартный (контрольный) образец с установленными свойствами - базис для сравнения. Если стандартная композиция ведет себя хуже, чем ожидалось, вся серия должна быть признана сомнительной и испытания следует повторить. Это может произойти, если возникнут необычные обстоятельства, например перегрев или загрязнение тестового раствора, что могло бы в других случаях пройти незамеченно.

16.1.3. Подготовка образцов для испытаний

Тип пластин часто специфичен. Часто используют пластины из мягкой стали I50X ЮО мм. Пластина должна быть очищена от поверхностных загрязнений и коррозии, тщательно обезжирена трихлорэтиленом и высушена, затем отшлифована тонкой наждачной бумагой и обработана уайт-спиритом до полного удаления каких-либо поверхностных загрязнений. После этого наносят испытываемый материал в соответствии с его свойствами и типом



\испытаний, включая любую предварительную обработку пластины и нанесение грунтовки и/или промежуточного покрытия. Следует позаботиться о том, чтобы обезжиренные перед окрашиванием пластины не были загрязнены руками или иным путем. Окрашенные пластины высушивают на воздухе или, при необходимости, отверждают при нагревании. В некоторых случаях окрашивают одну сторону, а вторую защищают (например от коррозии) другим материалом. Этот последний может быть быстросохнущей краской или, в некоторых случаях, восковым покрытием. Обычно способ защиты обратной стороны пластины указывается в методике испытаний.

При испытании продуктов в процессе их разработки на практике имеют дело только с одним экспериментальным лакокрасочным материалом как частью всей системы. Например, если испы-тывается краска для верхнего покрытия, то ее следует применять в композиции со стандартными грунтовкой и/или промежуточным покрытием. Аналогично, при испытании экспериментальной грунтовки все остальные компоненты общей системы покрытия должны быть стандартными.

Применяются не только стальные, а в некоторых испытаниях также алюминиевые или жестяные пластины; в ряде случаев может использоваться дерево, твердый картон, асбоцемент и стекло, особенно при механических и климатических испытаниях.

16.2. ИСП1 ТАНИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СТОЙКОСТИ

Здесь не предполагается приводить детальных методик. Те из них, которые являются модификацией стандартных методик (или идентичны им), указаны в списке литературы. Эти методики описаны в той степени, чтобы читатель мог их оценить; при желании применить их неизбежно обращение к специальной литературе. Если не придерживаться строго установленных методик, трудно получить воспроизводимые результаты, поэтому исследователь должен критически относиться к данным, полученным не в соответствии с утвержденными методиками. Во многих случаях тесты разработаны изготовителями красок для собственных нужд или по согласованию с потребителем

16.2.1. Специальные испытания

16.2.1.1. Водостойкость

Целью этого испытания является оценка стойкости покрытия к проникновению дистиллированной воды. Метод отражен в британском стандарте для автомобильной промышленности SMMT [57]. Он применяется для широкого круга промышленных лакокрасочных материалов.



Испытание проводится в термостатируемой водяной бане (температура воды 38 + 0,35 °С), снабженной механической мешалкой. Пластинки, подготовленные как описано выше в 16.1.3, помещаются в держатели, изготовленные из инертного материала, вертикально, попарно, повернутые друг к другу обратными поверхностями. Через 24 ч пластинки вынимаются, аккуратно обтираются сухой, мягкой тканью и немедленно осматриваются на предмет появления пузырей и потери глянца. Пузыри, образовавшиеся на расстоянии ближе 12 мм от края пластины, не принимаются во внимание. Затем пластины вновь опускаются в воду, и испытание продолжается (как правило, не менее 7 дней). Пластины осматриваются каждые 24 ч вплоть до окончания испытаний, после чего их высушивают при комнатной температуре; пластины можно затем использовать для других испытаний. Чаще всего пластины затем испытывают на потерю адгезии; обычно есть возможность установить, имело ли место падение адгезии между покрытием и^1ШДДожкйй Д1ДН между сллям-и -в- система -нокр -тия.

Образование пузырей обычно оценивается с использованием фотографий, опубликованных в ASTM 714-56. Пузыри классифицируют по размеру, числу или концентрации. Концентрация пузырей имеет 4 категории: малая , средняя , средней плотности и плотная . Также оценивается потеря глянца. Если имеет место значительное образование пузырей, то нет смысла оценивать потерю глянца приборами, так что это делается по числовой шкале в сравнении с образцом, не подвергавшимся испытаниям. Используется шкала от 1 до 10, где 10 - отлично (нет потери глянца), а 1 - полная потеря глянца.

16.2.1.2. Влагостойкость: BS3900: Part F2

Это испытание отличается от предыдущего тем, что оно относится к поведению покрытий при условиях циклических воздействий температуры и влажности, как это бывает для автомобилей и других окрашенных металлических поверхностей в различных климатических условиях. Тест часто упоминается в правительственных контрактах. Испытание проводится в камере влажности, где поддерживается влажность около 100%, а температура циклически изменяется между 42 и 48° с тем, чтобы обеспечить конденсацию на пластинках. Нагревание производится с помощью погружного нагревателя воды, помещаемого на дне камеры. Температура воздуха непрерывно изменяется циклически между двумя экстремумами за 60 + 5 мин. Циркуляция воздуха поддерживается с помощью вентилятора, чтобы в любой точке воздушного пространства камеры различие температур в любой момент времени не превышало 1 °С.

Пластинки для испытаний, подготовленные так же, как и для испытаний на водостойкость, визуально осматриваются каждые



24 ч на предмет появления признаков ухудшения внешнего вида. Шри их возвращении в камеру они помещаются в другую точку камеры, чтобы свести к минимуму любые влияния, которые могли бы быть вызваны местоположением образца. После окончания испытаний образцы выдерживают 24 ч при комнатной температуре и затем проверяют на потерю глянца, адгезии, изменение цвета'или появление хрупкости. В некоторых случах можно снять полоску краски с пластинки и исследовать появление подпленочной коррозии.

16.2.1.3. Стойкость к солевым брызгам

Эти испытания являются, возможно, самыми распространенными испытаниями коррозионной стойкости и, вместе с тем, наиболее спорными. Хорошо известно, что соли, такие как хлористый натрий, могут вызвать быструю коррозию железных субстратов, поэтому полезно иметь информацию о поведении конкретных систем при защите таких подложек от коррозии как для неповрежденных, так и для поврежденных пленок. При интерпретации данных ввиду плохой воспроизводимости результатов испытаний возникают сомнения. Однако эти испытания признаны и, несмотря на проблему воспроизводимости, являются весьма полезными при отсутствии более точных данных по коррозии. Они, таким образом, вряд ли могут быть отброшены. Лишь некоторые авторы полагают эти испытания далекими от практики вследствие ускорения коррозионного процесса и невоспроизводимости результатов по определению степени повреждения пленки, получаемой в раз ных тестах.

Обычно используют два теста: непрерывного и прерывистого разбрызгивания солевого раствора.

Метод непрерывного разбрызгивания. Тест описан в британском стандарте BS 3900: Part F4-1968. Покрытие подвергается обработке в течение определенного времени и затем проверяется степень его повреждения Следует критически относится к интерпретации результатов теста; он не предназначен для ускоренных испытаний, его назначение - воспроизведение воздействия погодных условий.

Пластины подготавливают как указано в BS 3900: Part A3 и А4 (в основном соответствует описанию в разделе 16.1.3). Обратную сторону и края покрывают хорошим защитным материалом естественной сушки. Пластины выдерживают 24 ч перед началом испытаний. Если выдержка больше, это следует отметить, так как это может повлиять на результаты испытаний. С помощью скальпеля покрытие прорезается до металла на расстоянии 25 мм от верха и от низа пластины. Разрез должен идти параллельно длинной стороне пластины, причем важно, чтобы на поверхности металла появилась царапина. Испытание проводится в химически инертном



(т. е. стеклянном или пластиковом), плотно закрытом крышкой/ сосуде. Солевой туман получается при разбрызгивании нскусствену ной морской воды с помощью пульверизатора. Пластины naxoi-дятся в специальных гнездах, их лицевые стороны наклонены примерно на 15° к вертикали. Распыление проводится таким образом, чтобы брызги не попадали непосредственно на поверхность пластин. Раствор, стекающий с испытываемых пластин, не подается вновь для распыления. Пластины проверяют через 48 ч, 1, 2 и 3 недели. Их ополаскивают в проточной воде, сушат фильтровальной бумагой и сразу же проверяют на появление пузырей, коррозии вблизи надреза и адгезию. Образование пузырей оценивают так же, как описано выше. В этом случае следует обратить особое внимание на образование пузырей па расстоянии 3, 6 и 12 мм от надреза. Потеря адгезии оценивается по легкости удаления покрытия ногтем и потому, насколько далеко от надреза распространяется ухудшение адгезии. Наблюдения оценивают: без изменений , легкое снижение адгезии и сильное снижение адгезии . С целью получения воспроизводимых результатов, готовят стандартный солевой раствор, причем используют только соли аналитической чистоты. Состав испытательного раствора таков: NaCl - 26,5 г; MgCl -2,4г; MgS04 -3,3 г; КС1 - 0,73 г; NaHCO, - 0,20 г; NaBr - 0,28 г; СаСЬ- 1,1 г; дистиллированная вода-до 1000 мл. Хлористый кальций должен добавляться последним. Температура раствора при испытаниях - 20±2 °С.

Прерывистое разбрызгивание. Тест аналогичен предыдущему за исключением того, что солевой туман подают ежедневно 8 раз по 10 минут с интервалом 50 минут. Испытания проводят 5 дней подряд, а затем - перерыв на 2 дня. Испытание не такое жесткое, как непрерывное разбрызгивание.

Существует множество вариантов таких тестов. В некоторых из них на пластины наносят крестообразный надрез по диагоналям. Указывается, что потрею адгезии легче обнаружить (и что она, возможно, проявляется на более ранней стадии) в центре пересечения. Обычно указывается тип скальпеля и прилагаемое усилие при царапании. Последнее условие выполняется путем расположения пластины на лабораторных весах и нагружения ее весом 1 кг при царапании.

16.2.1.4. Стойкость к щелочам и моющим средствам

Применяется как минимум три теста на щелочестойкость. Они основаны на использовании тринатрийортофосфата, безводного карбоната натрия и гидроксида натрия, соответственно. Эти тесты обычно используются при испытаниях промышленных верхних покрытий, которые могут применяться для бытовых приборов, таких как стиральные машины. Кроме того, можно также использовать тест на стойкость к моющим средствам. Щелочные составы



имеют различную степень агрессивности. Пластинки для всех тес-iTOB подготавливают как указано в 16.1.3. Обычно окрашивают обе стороны пластины и торцы, но можно окрашивать и одну сторону, брабатывая другую и торцы расплавленным парафиновым вос-м (т. пл. 49-60 °С). Если необходимо окрашивать обе стороны астины, удобно иметь у края ее маленькое отверстие для подвеивания при сушке (в печи или на воздухе). Фирма 1CI предлагает тЬкие концентрации и температуры растворов:

1; Тринатрийортофосфат, 1% (масс.) в дистиллированной воде, 75 С; Безводный карбонат натрия, 10% (масс.) в дистиллированной воде, 65 °С; Гидроксид натрия, 5% (масс.) в дистиллированной воде, 25 °С.

В этих испытаниях пластины частично погружаются в растворы на глубину 7-10 см. Как и в вышерасмотренных тестах, они поддерживаются неметаллическими держателями в положении, близком к вертикальному. (Влияние частичного погружения дает удобную возможность сделать прямые сравнения влияния раствора на систему покрытия.) Существенно, чтобы сравнения с принятым стандартом проводились с включением контрольного образца в испытываемую серию. Образцы вынимаются для проверки после четырехчасового погружения и затем последовательно каждые 24 ч. После удаления из раствора пластины промывают проточной водой, сушат замшей и проверяют на образование пузырей, размягчение, потерю глянца и разъедание. Затем сушат 1 ч при комнатной температуре и проверяют на растрескивание и шелушение. Затем вновь погружают в раствор на 24 ч и всю процедуру проверки образца повторяют. Образование пузырей оценивается по методу ASTM, как указывалось выше в тесте на водостойкость. Твердость или степень размягчения можно определять по сравнению показателей с помощью карандаша твердости (см. 16.3.2) для погруженной и непогруженной в раствор частей покрытия. Потеря адгезии обычно видна по отслоению или сморщиванию покрытия. Пленка при этом может легко отслаиваться ногтем. Более точно адгезию можно оценить по методу решетчатого надреза (см. 16.3.5). Потерю глянца, обесцвечивание или появление пятен оценивают качественно: нет , слабое , сильное .

Испытание на стойкость к моющим средствам проводится так же, как и на щелочестойкость. В нашей лаборатории использовали 5% раствор средства Deepio при 74 + 0,5 °С. Время испытаний меньше, чем на щелочестойкость; пластины проверяют через 1, 2, 4, 6, 24 и 48 ч после начала испытаний. Критерии ухудшения свойств - те же, что и для тестов на щелочестойкость. Эти тесты являются произвольными, но несмотря на это могут дать важную практическую информацию.

В большинстве случаев используемые тесты разрабатываются совместно изготовителями и потребителями красок.



16.2.1.S. Стойкость к растворителям

Стойкость к растворителям может испытываться по разныл причинам. Испытания на стойкость к действию бензина или дизельного топлива проводятся для композиций, которые могут контактировать или подвергаться периодическому действию брырг эти.х жидкостей, например, в случае покрытий для автомобиле{й, топливных емкостей и т. д. Для оценки степени отверждения или сшивки композиций часто применяются полярные растворители, например кетоны.

В случае испытагшн па бепзостойкость предпочтительнее использовать синтетический бензин известного состава из за широкого диапазона составов промышленного бензина и возмож ного присутствия антидетонационных присадок. При испытаниях на стойкость к дизельному топливу рекомендуется топливо с анилиновой точкой от 60 до 70 °С.

При испытаниях на стойкость к действию растворителей ре комёндуётся метилэтилкетон. Подготовленные (как описано выше) пластины погружаются в соответствующую жидкость на глубину 10 см в положении, близком к вертикальному. Все испытания такого рода* проводят при комнатной температуре. Пластины осматривают через 1, 2, 4, 6, 24 и 48 ч. В случае испытаний с летучими растворителями определяют образование пузырей, твердость, адгезию и обесцвечивание сразу же и через 5 минут, необходимых для улетучивания растворителя с поверхности покрытия. Смысл этого испытания состоит в том, чтобы определить исходную степень размягчения и оценить восстановление твердо сти после испарения растворителя, если это имеет место. В случае дизельного топлива значительного испарения за это время не происходит, и допускается выдержка пластины в течение 1 мин перед испытаниями.

Этот тип испытаний, разумеется, допускает использование любого типа растворителя в зависимости от того, какую информацию желательно получить. Его можно использовать для определения степени отверждения; в этом случае обычно применяют растворитель или смесь растворителей, присутствующих в исходной краске.

Кроме испытаний при погружении в растворитель, стойкость к его действию можно оценивать путем протирки покрытия растворителем.

В этом случае окрашенная пластина протирается кусочком мягкой ткани, смоченной растворителем. Стойкость к растворителю при этом можно оценивать по числу протирающих движений, необходимому для разрушения пленки или протирания ее до следующего слоя. По-видимому, можно выполнить определенное число таких движений и оценить внешний вид пленки по пятибалльной шкале, где О показывает, что нет действия



растворителя, а 5 - полное разрушение (растворение) пленки, 1ежду этими экстремумами будут наблюдаться различные [тепени потери глянца и разрушения пленки.

16.2.1.6. Стойкость к образованию пятен

Важно, чтобы кухонное оборудование (холодильники, моечные м 1ШИНЫ и т. д.) окрашивались материалами, стойкими к пятно-о( разованию для широкого диапазона используемых домашних п1)одуктов. Следовательно, необходимо испытывать новые покрытия и сравнивать с существующими стандартами. Пластинки в этом случае используют больших размеров (300X100 мм) из-за значительного числа используемых загрязнителей.

Типичные применяемые загрязнители - губная помада, красный восковой мелок, черный и коричневый обувной крем, горчичная паста, томатный кетчуп и ломтик лимона. Они наносятся на поверхность и каждый растирается часовым стеклом. Через 24 ч поверхность очищается мягкой тканью. Степень пятнообразо-вания оценивается визуально. Важно одновременно проводить сравнительные испытания со стандартным покрытием.

16.3. ИСПЫТАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ

Значение механических ствойств пленок и методы их измерения обсуждены детально в гл. 13. Общие методы определения механических свойств во многих случаях оказываются пригодными применительно к краскам, на их основе разработаны стандартные тесты. Здесь будет обсуждено примененение некоторых часто используемых тестов.

Мы рассмотрим испытания на стойкость к удару, изгибу и истиранию; методы измерения адгезии и отслаивания. Хотя эти тесты типа выдерживает - не выдерживает испытания согласно принятому стандарту применяются к новым (не подвергавшимся климатическому воздействию) пленкам, их также можно применять к пленкам, подвергшимся такому воздействию. В ,этом случае они могут быть использованы как дополнение к ускоренным или естественным климатическим испытаниям.

16.3.1. Стойкость к удару

Имеется три типа таких испытаний: маятниковый тест, испытание ударом падающего тела и тест Эриксена.

16.3.1.1. Маятниковый тест

Прибор состоит из двух вращающихся рычагов, каждый из которых опирается на образец (стальные трубки, окрашенные



испытываемой краской). Один из испытываемых образцов вра^ щается на горизонтальной оси, другой расположен горизонтально неподвижно. Механизм устроен таким образом, что рычаги вращаются один относительно другого, и вращающийся образец скользит по неподвижному. Повреждение покрытия оцениваетр визуально. Это одни из немногих тестов, не использующих плоские стальные пластины. В качестве подложек используются стальное трубки с внутренним диаметром 2,8 см и наружным 3,7 см и длиной 12,5 см. Методика подготовки образцов-обычная. Хотя тест прост для проведения, требуется некоторый опыт для интерпретации результатов. Степень повреждения покрытия оценивается через потерю адгезии.

16.3.1.2. Тест с помощью падающего груза

Этот тест разработан для того, чтобы определить, насколько покрытие на металлической подложке может выдерживать быструю д^формацикк ТТластинка с нанесенным покрытием подвергается воздействию падающего груза с определенной высоты. Удар может наноситься по окращенной поверхности или с обратной стороны пластины, согласно требованиям на материал (тест BS 3900: Part ЕЗ (Impact). Прибор состоит из стального бруска, скользящего вертикально вдоль двух направляющих, и являющегося держателем рабочего тела. Брусок и рабочее тело падают под собственным весом на испытываемую пластинку, зажатую двумя держателями. Пластины подготавливают как описано выше. В этом тесте важна толщина пленки; обычно, если не делается никаких оговорок, она составляет 25 мкм. Толщина подложки должна быть постоянной. В этом случае размеры ее несколько меньше, чем в испытаниях на химстойкость и обычно составляют 100Х50Х 1, 257 мм. Разрушение покрытия оценивается по появлению растрескивания или потере адгезии на деформированном участке.

16.3.1.3. Тест Эриксена

Это испытание позволяет оценить, насколько покрытие способно выдержать медленную деформацию подложки, которая постепенно деформируется с неокрашенной стороны путем вдавливания шарообразного индентора. Глубина вдавливания, при которой наблюдается растрескивание, является мерой деформационных характеристик. Имеется два типа аппаратов для таких испытаний: The Erichsen Lacquer Testing Mashines, Модель 229/E (ручная) и Модель 225/Е (механическая).

Для обеих моделей требуется пластинка шириной 70 мм. Пластинка закрепляется окрашенной стороной вверх. Полусферический индентор диаметром 20 мм через специальное отверстие вдавливается в обратную сторону пластинки. Микроскоп, распо-



1 ... 43 44 45 46 47 48 49 ... 51