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 (К1с) 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
- Логанина, В.И. К методике оценки трещиностойкости защитно-декоративных покрытий [Текст] / В.И. Логанина, Л.В. Макарова // Пластические массы.– 2003.– №4.–С.43
- 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
- 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
Количество просмотров публикации: Please wait