УДК 691.57:667.2:620.191.33

О СВЯЗИ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ С КАЧЕСТВОМ ИХ ВНЕШНЕГО ВИДА

Логанина Валентина Ивановна1, Макарова Людмила Викторовна2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, д.т.н., профессор
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент

Аннотация
Показано влияние качества внешнего вида покрытий на трещиностойкость покрытий. Приведена модель изменения толщины покрытия в процессе старения.

Ключевые слова: качество внешнего вида, покрытие, старение, трещиностойкость


ABOUT THE CONNECTION OF THE CRACK RESISTANCE OF THE COATINGS WITH THE QUALITY OF THEIR APPEARANCE

Loganina Valentina Ivanovna1, Makarova Ludmila Viktorovna2
1Penza State University of Architecture and Construction, Doctor of Technical Sciences, Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Abstract
The influence of quality of the appearance of the coatings on crack resistance of coatings is shown. The model of change the thickness of the coating in the aging process is given.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Логанина В.И., Макарова Л.В. О связи трещиностойкости лакокрасочных покрытий с качеством их внешнего вида // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 4. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/04/33836 (дата обращения: 29.09.2017).

В настоящее время качество внешнего вида лакокрасочных покрытий в соответствии с ГОСТ 9.407-74 «Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Группы, технические требования и обозначения» оценивается классом, учитывающим количество включений и расстояние между ними, наличие шагрени, потеков, волнистости и т. д. В процессе старения покрытий наблюдается ухудшение качества внешнего вида покрытий, вызванное большей шероховатостью и вследствие этого грязеудержанием.

В соответствии со статистической теорией прочности твердых тел вероятность разрушения покрытий определяется наличием и концентрацией дефектов на поверхности покрытий, т.е. качеством внешнего вида. Таким образом, качество внешнего вида покрытий в числе других факторов определяет стойкость покрытий к трещинообразованию.

Для подтверждения этого нами проведены исследования, которые позволили установить связь показателей трещиностойкости покрытий с качеством их  внешнего вида.

В работе применяли следующие красочные составы: эмаль алкидная марки ПФ-115, масляная краска марки МА-15, эмаль нитроцеллюлозная  марки НЦ-123, краска акрилатная класса «Универсал», акриловая вододисперсионная (фасадная) краска. Красочные составы наносились кистью на растворные подложки в два слоя с промежуточной сушкой в течение 24 часов. Различное качество внешнего вида покрытий создавалось изменением пористости подложки и реологических свойств красочных составов. В процессе проведения испытаний окрашенные растворные образцы подвергались попеременному замораживанию-оттаиванию. Шероховатость поверхности покрытия определяли с помощью прибора профилографа марки TR-100.

Трещиностойкость покрытий оценивали по коэффициенту интенсивности напряжений по методике [1]. Методика основана на соотношении между длиной трещины, отпечатка индентора Виккерса и вязкостью разрушения. Значение критического коэффициента интенсивности напряжений (К) рассчитывали по формуле:

 ,

где      H – твердость по Виккерсу, МПа;

             Е – модуль упругости, МПа;

            С – полудлина радиальных трещин, м;

            а- полудлина диагонали отпечатка, м.

В процессе проведения эксперимента определялась также концентрация дефектов на поверхности покрытия. Количество дефектов определялось на площади покрытия, составляющей 64см2. Результаты исследований приведены в табл.1.

Было установлено, что в процессе испытаний трещины появляются локально и образуются около дефектов на поверхности покрытия. В частности, через 5 циклов испытаний на покрытии на основе краски МА-15, характеризующимся показателем шероховатости Ra=0,23мкм, появились поверхностные трещины, видимые невооруженным глазом, а на покрытии с показателем шероховатости Ra=0,14мкм – через 15 циклов испытаний. Аналогичные закономерности характерны и для других покрытий (табл. 1)

Установлено, что при увеличении шероховатости поверхности покрытия наблюдается возрастание значения коэффициента интенсивности напряжений.

Так, например, шероховатость поверхности покрытия на основе краски ПФ-115 на подложке с пористостью П=33% составляет Ra= 0,12мкм, а коэффициент интенсивности напряжений К1=0,01561 МН/м3/2. Повышение шероховатости поверхности покрытия после 5 циклов замораживания-оттаивания до Ra=0,47 мкм приводит к возрастанию значения коэффициента интенсивности напряжений до К1 =0,01708 МН/м3/2. Аналогичные закономерности характерны и для других видов покрытий.

Таблица 1. Трещиностойкость покрытий в зависимости от качества их внешнего вида

Наименование красочного состава

Вид воздействия

Динамическая вязкость красочного состава, Пас

Количество дефектов

Шероховатость поверхности,Ra, мкм

Коэффициент интенсивности напряжений, К1, МН/м3/2

Блеск красочного состава, %

Подложка с пористостью П=33%

Алкидная эмаль ПФ-115

отверждение

7,92

36

0,12

0,01561

61,80

6,86

30

0,10

0,01035

63,50

5,80

18

0,08

0,01002

65,00

5 циклов замораживания-оттаивания

7,92

39

0,47

0,01708

59,23

6,86

32

0,36

0,01677

60,62

5,80

25

0,23

0,01076

63,85

10 циклов замораживания-оттаивания

7,92

Наблюдается отслоение покрытия

6,86

36

2,58

0,01913

56,10

5,80

31

2,21

0,01846

59,30

13 циклов замораживания-оттаивания

6,86

Наблюдается отслоение покрытия

5,80

56

3,10

0,02082

54,90

15 циклов замораживания-оттаивания

5,80

57

3,26

0,02123

53,60

Масляная краска МА-15

отверждение

23,68

29

0,23

0,01855

65,40

14,80

20

0,18

0,01177

66,70

10,36

10

0,14

0,01170

74,50

5 циклов замораживания-оттаивания

23,68

Наблюдается отслоение покрытия

14,80

23

0,59

0,02056

65,38

10,36

15

0,40

0,01864

73,69

10 циклов замораживания-оттаивания

14,8

26

1,69

0,02653

61,80

10,36

20

1,46

0,02014

70,90

13 циклов замораживания-оттаивания

14,8

30

1,83

0,02903

59,80

10,36

21

1,63

0,02134

66,70

15 циклов замораживания-оттаивания

14,8

33

2,1

0,02985

57,60

10,36

26

1,95

0,02461

57,80

Нитроцеллюлозная НЦ-123

отверждение

14,02

27

0,19

0,00986

67,10

7,38

19

0,17

0,00984

68,30

6,39

8

0,14

0,00824

70,80

5 циклов замораживания-оттаивания

14,02

30

0,52

0,01377

65,00

7,38

21

0,48

0,01306

67,69

6,39

12

0,16

0,01061

69,23

10 циклов замораживания-оттаивания

14,02

Наблюдается растрескивание покрытия

7,38

28

2,78

0,01672

65,30

6,39

18

2,32

0,01543

66,70

13 циклов замораживания-оттаивания

7,38

31

2,90

0,01802

64,90

6,39

24

2,51

0,01701

65,10

15 циклов замораживания-оттаивания

6,39

28

2,65

0,01925

64,30

Вододисперсионная (фасадная)

отверждение

40,04

192

0,44

0,01688

63,85

30,8

113

0,34

0,01481

63,85

21,56

80

0,24

0,01308

63,85

5 циклов замораживания-оттаивания

40,04

229

0,89

0,02103

62,50

30,8

135

0,76

0,01799

62,59

21,56

94

0,70

0,01409

62,89

10 циклов замораживания-оттаивания

40,04

232

3,01

0,02305

62,30

30,8

141

2,55

0,01967

62,30

21,56

97

1,85

0,01503

62,63

13 циклов замораживания-оттаивания

40,04

233

3,65

0,02636

61,90

30,8

148

3,10

0,02013

61,90

21,56

106

1,98

0,01723

62,12

15 циклов замораживания-оттаивания

40,04

247

3,80

0,02752

61,50

30,8

153

3,40

0,02432

61,57

21,56

114

2,80

0,02056

61,71

Акрилатная, класс Универсал

отверждение

33,44

160

0,24

0,01283

64,62

24,32

120

0,22

0,01193

64,62

15,2

86

0,20

0,01137

64,62

5 циклов замораживания-оттаивания

33,44

210

0,74

0,01716

64,45

24,32

134

0,60

0,01513

64,56

15,2

108

0,55

0,01391

64,62

10 циклов замораживания-оттаивания

33,44

215

2,40

0,02146

61,40

24,32

150

1,77

0,01692

61,89

15,2

117

1,44

0,01403

63,56

13 циклов замораживания-оттаивания

33,44

223

2,62

0,02342

60,32

24,32

161

1,83

0,01863

60,89

15,2

123

1,63

0,01608

61,32

15 циклов замораживания-оттаивания

33,44

228

3,30

0,25631

60,10

24,32

176

2,31

0,02018

60,45

15,2

129

1,96

0,01801

60,67

Подложка с пористостью П=35%

Алкидная эмаль ПФ-115

отверждение

7,92

45

0,21

0,01601

60,3

6,86

30

0,18

0,01038

62,8

5,80

22

0,15

0,01017

64,9

5 циклов замораживания-оттаивания

7,92

Наблюдается отслоение покрытия

6,86

Наблюдается отслоение покрытия

5,80

46

0,61

0,01748

59,23

10 циклов замораживания-оттаивания

5,80

54

2,62

0,02263

55,70

13 циклов замораживания-оттаивания

5,80

59

3,24

0,02454

54,20

15 циклов замораживания-оттаивания

5,80

63

3,31

0,02671

53,10

Масляная краска МА-15

отверждение

23,68

30

0,26

0,01856

64,90

14,8

23

0,20

0,01852

65,80

10,36

12

0,17

0,01850

70,10

5 циклов замораживания-оттаивания

23,68

Наблюдается отслоение покрытия

14,8

Наблюдается отслоение покрытия

10,36

16

0,45

0,01896

68,46

10 циклов замораживания-оттаивания

10,36

21

1,48

0,02104

63,40

13 циклов замораживания-оттаивания

10,36

25

1,52

0,02306

60,20

15 циклов замораживания-оттаивания

10,36

29

1,80

0,02586

57,80

Нитроцеллюлозная НЦ-123

отверждение

14,02

32

0,22

0,01149

65,30

7,38

22

0,2

0,01368

68,20

6,39

10

0,18

0,01127

69,10

5 циклов замораживания-оттаивания

14,02

38

0,69

0,01461

64,62

7,38

24

0,53

0,01306

67,00

6,39

15

0,23

0,01162

68,46

10 циклов замораживания-оттаивания

14,02

Наблюдается растрескивание покрытия

7,38

Наблюдается растрескивание покрытия

6,39

28

2,8

0,01498

65,80

13 циклов замораживания-оттаивания

6,39

42

3,46

0,01924

58,90

Вододисперсионная (фасадная)

отверждение

40,04

213

0,45

0,01598

63,85

30,80

125

0,35

0,01540

63,85

21,56

107

0,25

0,01488

63,85

5 циклов замораживания-оттаивания

40,04

236

0,97

0,02216

62,56

30,8

155

0,81

0,01910

62,76

21,56

115

0,79

0,01601

63,46

10 циклов замораживания-оттаивания

40,04

244

3,25

0,02506

62,43

30,80

162

2,67

0,01981

62,63

21,56

122

2,10

0,01802

62,87

13 циклов замораживания-оттаивания

40,04

248

3,81

0,02703

62,15

30,80

165

3,19

0,02243

62,26

21,56

129

2,30

0,02062

62,71

15 циклов замораживания-оттаивания

40,04

254

4,20

0,02961

61,85

30,80

168

3,58

0,02556

61,90

21,56

134

2,89

0,02136

61,90

Акрилатная, класс Универсал

отверждение

33,44

160

0,29

0,01562

64,62

24,32

146

0,23

0,01501

64,62

15,20

90

0,21

0,01481

64,62

5 циклов замораживания-оттаивания

33,44

235

0,82

0,01821

64,20

24,32

151

0,69

0,01595

64,20

15,20

110

0,61

0,01412

64,32

10 циклов замораживания-оттаивания

33,44

240

2,54

0,02306

61,40

24,32

156

1,81

0,01703

61,40

15,20

114

1,59

0,01529

62,62

13 циклов замораживания-оттаивания

33,44

246

2,89

0,02563

60,14

24,32

168

2,30

0,01902

61,24

15,20

119

2,01

0,01785

62,10

15 циклов замораживания-оттаивания

33,44

258

3,41

0,02732

60,00

24,32

179

2,62

0,02106

60,10

15,20

126

2,12

0,01932

60,52

Подложка с пористостью П=38%

Алкидная эмаль ПФ-115

отверждение

7,92

54

0,26

0,01836

59,40

6,86

35

0,21

0,01044

61,90

5,80

29

0,17

0,01033

63,60

5 циклов замораживания-оттаивания

7,92

67

2,59

0,02148

57,24

6,86

43

2,41

0,01481

59,43

5,80

38

1,89

0,01276

61,58

10 циклов замораживания-оттаивания

7,92

Наблюдается отслоение покрытия

6,86

Наблюдается отслоение покрытия

5,80

Наблюдается отслоение покрытия

Масляная краска МА-15

отверждение

23,68

34

0,30

0,01985

63,4

14,80

23

0,26

0,01981

64,5

10,36

15

0,21

0,01901

65,9

5 циклов замораживания-оттаивания

23,68

42

0,65

0,02957

61,51

14,80

27

0,62

0,02725

62,31

10,36

21

0,48

0,02556

63,85

10 циклов замораживания-оттаивания

23,68

48

1,81

0,03064

58,60

14,80

32

1,78

0,02997

59,30

10,36

26

1,64

0,02646

61,52

13 циклов замораживания-оттаивания

23,68

54

1,96

0,03106

56,20

14,80

34

1,84

0,03098

57,80

10,36

28

1,72

0,02964

59,35

15 циклов замораживания-оттаивания

23,68

Наблюдается отслоение покрытия

14,80

37

2,24

0,03251

57,60

10,36

29

2,07

0,03096

58,42

Нитроцеллюлозная НЦ-123

отверждение

14,02

37

0,26

0,01311

64,30

7,38

24

0,23

0,01193

67,90

6,39

15

0,19

0,01186

68,70

5 циклов замораживания-оттаивания

14,02

Наблюдается растрескивание покрытия

7,38

Наблюдается растрескивание покрытия

6,39

Наблюдается растрескивание покрытия

Вододисперсионная (фасадная)

отверждение

40,04

225

0,46

0,01665

63,85

30,80

172

0,38

0,01598

63,85

21,56

110

0,27

0,01489

63,85

5 циклов замораживания-оттаивания

40,04

238

1,10

0,02240

62,45

30,8

185

0,92

0,01908

62,81

21,56

122

0,86

0,01699

63,45

10 циклов замораживания-оттаивания

40,04

253

3,40

0,02603

62,15

30,80

191

2,83

0,02003

62,65

21,56

128

2,40

0,01965

63,21

13 циклов замораживания-оттаивания

40,04

259

3,96

0,02932

61,67

30,80

193

3,30

0,02368

61,87

21,56

136

2,60

0,02132

62,63

15 циклов замораживания-оттаивания

40,04

261

4,32

0,03163

60,52

30,80

198

3,64

0,02632

61,35

21,56

142

3,21

0,02196

61,81

Акрилатная, класс Универсал

отверждение

33,44

185

0,4

0,01919

64,62

24,32

150

0,27

0,01809

64,62

15,20

97

0,25

0,01664

64,62

5 циклов замораживания-оттаивания

33,44

270

0,94

0,01957

63,28

24,32

179

0,78

0,01858

63,54

15,20

115

0,70

0,01690

63,92

10 циклов замораживания-оттаивания

33,44

279

3,45

0,02425

62,50

24,32

184

2,38

0,01962

62,67

15,20

121

1,69

0,01832

62,83

13 циклов замораживания-оттаивания

33,44

281

3,60

0,02735

60,24

24,32

196

2,45

0,02168

60,63

15,20

128

2,12

0,01932

60,89

15 циклов замораживания-оттаивания

33,44

286

3,90

0,03064

60,00

24,32

201

2,81

0,02352

60,25

15,20

130

2,26

0,02065

60,61

Повышение пористости подложки приводит к снижению качества внешнего вида покрытий и повышению коэффициента интенсивности напряжений [2,3]. Так, при пористости подложки П=33% шероховатость поверхности покрытия на основе акрилатной краски класса Универсал после отверждения составляет Rа=0,24мкм, а коэффициент интенсивности напряжений – К1 = 0,01283 МН/м3/2 , а на подложке с пористостью П=38% соответственно – Rа = 0,4мкм и К1 = 0,01919 МН/м3/2 .

Математическая обработка данных, приведенных в табл.1, показывает, что модель изменения толщины покрытия, оцененная по изменению шероховатости покрытия, может быть аппроксимирована выражением вида

,

где b – показатель, характеризующий степень агрессивности среды;

       t – циклы испытаний;

       Ro – шероховатость поверхности покрытий до испытаний.

Для покрытий ПФ-115 модель имеет вид

Для покрытий МА-15 модель имеет вид

Для покрытий НЦ-123 модель имеет вид

Для покрытий на основе акрилатной краски класса Универсал модель  имеет вид

Для покрытий на основе вододисперсионной (фасадной) краски модель имеет вид

Адекватность представленных моделей оценивалась по коэффициенту Фишера.

Результаты оценки изменения шероховатости покрытий в процессе старения коррелируют с данными изменения блеска, приведенными в табл.1. Установлено уменьшение блеска, вызванное изменением отражательной способности покрытий. Кроме того, следует иметь в виду, что повышение шероховатости поверхности покрытий в процессе старения вызвано также и наличием образующихся микротрещин.

Таким образом, в целях повышения длительной стойкости покрытий в процессе эксплуатации необходимо в первую очередь повышать качество внешнего вида покрытий, используя для этого рецептурно-технологические приемы, а также применяя на производстве систему менеджмента качества в соответствии с требованиями ИСО 9001.


Библиографический список
  1. Логанина, В.И. К методике оценки трещиностойкости защитно-декоративных покрытий [Текст] / В.И. Логанина, Л.В. Макарова // Пластические массы.– 2003.– №4.–С.43
  2. Логанина, В.И. Оценка степени разрушения защитно-декоративных покрытий [Текст] / В.И. Логанина, С.Н. Кислицына, Л.В. Макарова, В.Г. Христолюбов // Лакокрасочные материалы. 2004.– №9.–С.14-18
  3. Логанина, В.И. Влияние структуры покрытия и подготовки поверхности на трещиностойкость лакокрасочных покрытий [Текст] / В.И. Логанина, Л.В. Макарова // Коррозия, материалы, защита.–2005.–№6.–С.34-36


Все статьи автора «Макарова Людмила Викторовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: