5.2.6. Толщина покрытий

Толщина пленки также является важным технологическим параметром, поскольку характеризует равномерность распределения лакокрасочного материала по всему периметру окрашиваемой поверхности. При оценке целого ряда свойств покрытий – технологических, физико-механических, противокоррозионных – толщина покрытия строго регламентируется.

На практике определяют толщину не только отвержденного покрытия, но и жидкого слоя на стадии нанесения.

В соответствии с СЭВ СТ-3385-81 “Материалы лакокрасочные. Методы измерения толщины жидкого слоя” предполагают 2-а простейших устройства в виде диска и гребенки.

Методика заключается в прокатывании диска или гребеночного устройства по свеженанесенному слою ЛКМ.

В случае дискового устройства имеется 6 калиброванных дисков, измеряющих толщину в диапазоне от 10 до 1000 мкм.

При использовании калиброванной гребенки толщина слоя определяется по зазору между зубом, касающимся материала, и первым, не касающимся материала зубом гребенки; отчет ведется по шкале значений толщин.

Толщина отвержденных покрытий определяется различными методами с нарушением и без нарушения целостности покрытий.

Простейший способ определения толщины пленки является микрометрический способ путем нарушения целостности покрытия, когда толщина пленки определяется по разности показателей толщины пленки с подложкой и толщины подложки, замеренных на одном и том же участке образца.

Аналогично работает и толщеномер ТЛПК.

Методы определения толщины пленки без нарушения ее целостности различны. Метод с использованием силы притяжения постоянного магнита к металлической подложке. Второй вид методов определения толщины прозрачных и непрозрачных покрытий – это методы светового сечения. Для прозрачных покрытий метод основан на законах преломления и отражения света в плоскопараллельной пластине, а второй, для непрозрачных покрытий, заключается в измерении расстояния между двумя изображениями щели (при этом делается узкий надрез до подложки).

5.2.7. Степень отверждения покрытий

Отверждение ЛК покрытий происходит на твердой недеформированной подложке. Покрытия имеют две различные поверхности контакта:

- с внешней средой (газы, жидкости);

- с твердым телом – подложкой (металлы, древесина, пластмассы).

Независимо от механизма пленкообразования внешним проявлением процесса является постепенное или мгновенное увеличение вязкости ЛКМ и его переход в твердое состояние (получение покрытий).

Продолжительность отверждения определяется временем, за которое используемый материал, нанесенный на пластинку слоем определенной толщины, приобретает одну из степеней отверждения. Согласно стандарта ГОСТ 19007-73. Материалы лакокрасочные. Метод определения времени и степени высыхания, существует семь степеней высыхания 1…7. (см. Лившиц М.Л. Технологический анализ и контроль производства лаков и красок, 1987.-с.212-213).

Методы определения степени отверждения покрытий

1) Метод стеклянных шариков

Международный стандарт ИСО 1517 устанавливает метод определения степени отверждения лакокрасочного материала в результате воздушной сушки или химической реакции на воздухе.

Этот метод не предназначен для оценки степени отверждения материалов горячей сушки.

Сущность метода заключается в нанесении на высушенную окрашенную поверхность стеклянных шариков. Если шарики легко удаляются с поверхности без ее повреждения, поверхность считается высохшей.

Данный метод оценки имеет два варианта:

степень отверждения определяют после определенного периода сушки и результаты сравнивают с конкретным требованием заказчика;

определяют степень отверждения поверхности через определенные про­межутки времени до достижения полного отверждения.

2) Метод наложения груза

Метод определения состояния полного отверждения и времени полного отверждения одно- или многослойного лакокрасочного покрытия устанавливает международный стандарт ИСО 9117.

Сущность метода заключается в определении полноты отверждения всего слоя лакокрасочного покрытия наложением на выбранный участок покрытия груза с последующим вращением нагруженной панели на 90⁰ Данный метод так же имеет два варианта, как и метод по ИСО 1517.

3) Гель-золь фракция

Метод отверждения по гель-золь фракции основан на способности растворимой части пленки (золь-фракция), не связанной в полимерную сетку (гель-фракцию), вымываться органическим растворителем.

Метод заключается в количественном определении золь-фракции с помощью аппарата Сокслета. Содержание золь-фракции вычисляется по формуле:

(5.7)

где G₀ – G_n– масса патрона с навеской лаковой пленки до и после экстрагирования в течение “n” часов;

m – масса навески пленки.

4) Определение степени отверждения по твердости покрытий

Твердость, характеризующая степень отверждения покрытия, является функцией времени, израсходованного на высушивание лакокрасочного материала. По твердости судят о когезионной прочности покрытий и прочности поверхности.

Для ее оценки применяют маятниковые приборы (М-3, МЭ-3 и др.) и приборы, основанные на принципе вдавливания или другие методы, основанные на принципе царапания покрытия более твердым талом.

Определение твердости покрытия на маятниковых приборах проводят в соответствии с ГОСТ 5233-67. Действие маятникового прибора основано на свойстве металлического шарика (опоры маятника) вдавливается в покрытие под действием силы тяжести. При этом, чем меньше твердость пленки, тем глубже в нее входит шарик, что, в свою очередь, обуславливает уменьшение амплитуды колебания маятника.

Определение твердости этим методом заключается в измерении продолжительности “затухания” амплитуды колебаний маятника с 5-ти до 2-х градусов. Твердость H_м выражается в условных единицах от 0 до 1 , где 1 – твердость эталона (стеклянного образца).

(5.8)

где τ и τ₁ - продолжительность затухания колебаний маятника на покрытии и стенке.

Для проверки твердости используют также карандаши разной твердости марок “Конструктор”, фирмы Farber-Castell и др. При этом в случае контроля твердости алкидных или меламиноальдегидных покрытий НПО “Лакокраспокрытие” (Хотьково) предложена номограмма пересчета полученных результатов H_к в H_м:

Рис. 5.3. Номограмма пересчета

В настоящее время существует усовершенствованные и стандартизированные методы контроля с использованием грифелей карандашей. Выпускает прибор твердомер измеритель твердости покрытий по карандашам “KOH – I – NOOR” в соответствии с ИСО 15184. Диапазон твердости грифелей: 2В…2Н. Грифели заточены под углом 90 ⁰С. Конструктивное исполнение прибора обеспечивает постоянную нагрузку грифеля на покрытие под углом 45⁰ в 750 г.

Прибор с грифелем прокатывается по образцу и оставляет или не оставляет след грифеля на покрытии. Покрытие считается, выдержавшим испытание, если при определенной твердости грифеля на покрытии не остается следов.

5) Спектрофотометрические методы

Спектрофотометрические методы оценки степени отверждения покрытий основаны на измерении оптической плотности характеристических полос поглощения функциональных групп пленкообразующих веществ.

Кинетика отверждения покрытий прослеживается по изменению интенсивности полос поглощения функциональных групп непосредственно участвующих в реакции отверждения.

Для измерений используются различные методы ИК-спектроскопии. (Спектроскопия пропускания, метод многократного нарушенного полного внутреннего напряжения).

6) Электрические методы

Для лакокрасочных материалов, образующих покрытия сетчатого строения используется кондуктометрический метод, в основу которого положена существующая зависимость между объемным сопротивлением покрытия и продолжительности процесса отверждения. Время, за которое достигается максимальное значение объемного сопротивления пленки, характеризует полноту отверждения покрытия.

5.3. Структурные параметры лакокрасочных покрытий

Структура пленки формируется уже в процессе синтеза олигомеров и полимеров и определяется как их химическим строением и молекулярной массой, так и наличием термодинамически “хороших” или “плохих” растворителей, температурно–временным режимами пленкообразования, содержанием и природой пигментов и наполнителей.

Для изучения структурных характеристик покрытий используются как прямые, так и косвенные методы.

К прямым методам относятся электронно-микроскопические исследования, рентгеноструктурный анализ, поляризационная микроскопия, сорбционные методы.

На основе результатов этих исследований можно судить о строении надмолекулярных структур, их размерах, плотности и взаимном расположении структурных образований, радиусе и суммарном объеме пор в лакокрасочной пленке.

К косвенным методам оценки структуры покрытий можно отнести методы, позволяющие качественно или количественно определить наличие пор в покрытии. К этим методам можно отнести химический, электрохимический и электрический методы изучения свойств пленки.