М Н Жданова - Влияние подготовки поверхности стали на качество лакокрасочного покрытия на основе полистирола - страница 1

Страницы:
1 

УДК 620.178.14:621.793

Жданова М.Н., Жданов С.А.

ВЛИЯНИЕ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ НА КАЧЕСТВО ЛАКОКРАСОЧНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ

ПОЛИСТИРОЛА

Представлены результаты эксперимента по исследованию влияния подготовки поверхности стали на качество лакокрасочного покрытия на основе полистирола. Рассмотрены различные этапы подготовки поверхности. Определен характер разрушений адгезионных соединений и величины прочности сцепления по методу отрыва и методу решет­чатых надрезов.

Ключевые слова: адгезия, покрытие, прочность сцепления, адгезионное разрушение, когезионное разрушение.

Способность лакокрасочного покрытия предотвращать или замед­лять коррозию металла в агрессивных средах и в условиях влажной ат­мосферы определяется целым комплексом свойств, среди которых наибо­лее важным является прочность сцепления адгезива с поверхностью [1]. При адгезии полимера к металлу важна не только роль химической при­роды адгезива, содержащего функциональные полярные группы, обла­дающие способностью вступать в интенсивное взаимодействие с актив­ными центрами металла с образованием прочных химических связей, но и качество обработанной поверхности. Удаление с металлической по­верхности загрязнений, а также создание рельефа способствует истинной активной поверхности контакта адгезива с подложкой [2].

Определению адгезионных характеристик лакокрасочных покрытий и методов их измерений посвящены работы авторов В. М. Лунева, О. В. Немешкало. В. Т. Гринченко, Н. А. Копралова проанализировали резуль­таты исследований прочности сцепления покрытий, полученных разными методами, на подложках из различных материалов, и изучили влияние на прочность способов предварительной очистки.

Целью данной работы явилось исследование влияния различной подготовки поверхности стали Ст3 на адгезионную прочность лакокра­сочного покрытия («Стикор») на основе полистирола, предназначенного для защиты металлоконструкций и оборудования, эксплуатируемых в условиях в агрессивных средах и в условиях влажной атмосферы [3].

Программа исследований включала различные способы подготовки поверхности по шести вариантам для нанесения покрытия «Стикор». В табл. 1 приведены режимы подготовки поверхности.

Вариант 1 представляет собой известный режим подготовки поверх­ности стали, а варианты 2-6 - альтернативные. Толщина покрытий состав­ляла 45 мкм (варианты 1-3) и 30 мкм (варианты 4-й).

Таблица 1

Режимы подготовки поверхности Ст3

Этапы

Среда и кон­центрация

Темпе­ратура, °С

Продол­житель­ность, мин.

Вариант

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

Обезжирива­ние

5% NaOH

90

20

X

X

X

X

X

X

-"-

10% Na3PO4

90

15

X

X

X

X

X

X

Промывка

вода

40

2

X

X

X

X

X

X

 

вода

20

2

X

X

X

X

X

X

Травление

серная кислота, 5%

50

10

X

X

X

X

X

X

Промывка

вода

20

2

X

X

X

X

X

X

Пром. обра­ботка

0,7% K2Cr2O7

95

5

X

 

 

X

 

 

-"-

0,7% K2Cr2O7

95

0,25

 

X

 

 

X

 

Промывка

вода

80

2

 

X

 

 

X

 

Осушка

-

130

10

X

X

X

X

X

X

Нанесение грунтовки

Гф-020

 

 

X

X

X

 

 

X

-"-

Гф-020

 

 

 

 

 

X

X

X

Сушка

 

25

48

X

X

X

X

X

X

Нанесение покрытия

Стикор

 

 

X

X

X

X

X

X

Горячая сушка

 

130

30

X

X

X

X

X

X

Каждый из шести вариантов подготовки поверхности осуществляли на обеих сторонах семи стальных образцов размером 250х50 мм. Кор­розионные испытания проводили в условиях постоянного воздействия водяного тумана (100% относительная влажность, 40°С) продолжительно­стью 5 ч 35 суток и переменного воздействия водяного тумана (8 ч 100% относительная влажность, 40°С и 16 ч 65% относительная влажность, 25°С) продолжительностью 14, 64 и 96 сут. Адгезионную прочность оце­нивали до и после коррозионных испытаний методами решетчатых и па­раллельных надрезов (оценка в баллах от 1 до 5, где 1 - наиболее высокая прочность сцепления, а 5 - наиболее низкая прочность сцепления) [4].

Кроме того, определяли характер (адгезионный или когезионный) и место разрушения при испытаниях методом срезания пленки от под­ложки. Адгезионное разрушение происходит, когда адгезив целиком отделяется от субстрата, а когезионное происходит при разрушению по масссиву адгезива или субстрата [5]. По этому методу регистрировалось усилие, необходимое для срезания твердой подложки полосы покрытия определенной ширины. Среднее усилие срезания, отнесенное к ширине режущей кромки, и определяло адгезионную прочность покрытия.

Для систематизации наблюдаемых разрушений адгезионных соеди­нений (рис. 1) приняты следующие обозначения: С/П - адгезионное раз­рушение между основой (сталью) и покрытием, ПІ или ПІІ - когезионное разрушение соответственно в первом или втором слое покрытия, ПІ/ПІІ -адгезионное разрушение между первым и вторым слоями покрытия.

б в

Рис. 1. Разрушение адгезионных соединений стали Ст3 - 1 и лакокрасочного покрытия - 2: а - адгезионное; б и в - когезионное

Для сравнения также проведены испытания образцов покрытий всех шести вариантов подготовки поверхности при их выдержке на воздухе в закрытом помещении (продолжительность 20 сут. и 5 мес.). Результаты всех испытаний приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 видно, что выдержка в условиях постоянного воз­действия водяного тумана обеспечивает высокую эффективность этого метода исследования и позволяет относительно быстро и достаточно от­четливо выявить различия в подготовке поверхности.

Таблица 2

Влияние подготовки поверхности на прочность сцепления покрытия на основе алкидоаминной смолы после испытаний в различных условиях

Вид кор­розион­ных ис­пытаний

Выдержка на воздухе в закрытом помещении

Выдержка в

условиях постоянного воздействия тумана

Выдержка в условиях переменного воздей­ствия водяного тумана

Продол­житель­ность ис­пытаний

20 сут

5 мес

5 сут

35 сут

14 сут

64 сут

94 сут

Вариант подготов­ки по­верхности

Величина прочности сцепления по методу отрыва, мПа, балл прочности сцепления по методу решетчатых надрезов

1

7,8 (2)

10,2(1-2)

2,8 (3)

2,2(2-3)

5,0 (2)

5,8(1-2)

7,7 (2)

2

7,2 (2)

11,6(1-2)

5,6 (2)

4,9 (2)

5,9 (2)

6,9(1-2)

9,8 (2)

3

7,4 (2)

10,8(1-2)

5,4 (2)

4,9 (2)

6,0 (2)

6,6(1-2)

9,2 (2)

4

13,6(1-2)

20,8(1-2)

1,6 (3)

0 (3)

4,1(2-3)

3,6(2-3)

8,9 (2)

5

15,2(1-2)

17,8(1-2)

6,7(2-3)

6,9 (2)

6,0(2-3)

10,4 (2)

11,8(2)

6

15,6(1-2)

18,8(1-2)

9,0 (2)

9,2 (2)

10,5 (2)

10,4 (2)

13,5(2)

Характер и место разрушения при испытаниях по методу отрыва, наличие коррозии стали К и подпленочных пузырей ІІ

1         ГП (ГШ)   ПІ      С/П, ІІ    С/П,К, П С/П, ПІ   ГП,С/П    С/П, ПІ

2            ШШП1, КПІПІПІ ПІ

3            ПІПІПІПІ, КПІПІ ПІ

4            ВІІ      ВІІ    С/П, КД    С/П,К    С/П,К    С/П,К С/ЩШК

5            ПІІ      ПІІ   С/П, Ш,К С/П, ш С/П, П   С/П, ш ПІІ, С/П

6         ПІІС/П    ПІІ    ПІІ (С/П)   Ш(С/П) П, С/П   ПІІ, С/П ПІІ (С/П)

Условия переменного воздействия водяного тумана оказались ме­нее подходящими для проведения ускоренных испытаний, хотя они по характеру ближе к условиям естественного атмосферного воздействия. Как и следовало ожидать, различная подготовка поверхности не влияла на результаты прочности сцепления после испытаний на воздухе в за­крытом помещении.

Величины прочности оцепления и картина разрушения для вариан­тов 1-3 и 4-6 отличались между собой очень незначительно. Это свиде­тельствует о невозможности дифференцирования поверхностей по каче­ству их подготовки для последующего нанесения лакокрасочных по­крытий по результатам испытаний в среде без влаги. Высокие значенияпрочности сцепления в вариантах 4-6 обусловлены качественной подго­товкой поверхности. Нетипичным и труднообъяснимым оказалось воз­растание прочности сцепления в процессе испытаний в условиях пере­менного воздействия водяного тумана. Тенденции изменений значений прочности сцепления, полученные различными методами, были при­мерно одинаковы. Однако абсолютные значения, полученные по методу отрыва, позволяли более точно объяснить причины повреждений по­крытий.

Варианты 1 и 4, включающие промежуточную обработку 0,5% раствором 5% NaOH (содержащим нитрит натрия) стандартной про­должительности 5 мин, показали низкую прочность сцепления с типом разрушения С/П, т. е. адгезионное разрушение между сталью и покрыти­ем. При исключении промежуточной обработки 0,5% раствором 5% NaOH (варианты 3 и 6) доля разрушения типа С/П снижается, а разру­шение преимущественно происходит в покрытии. Наиболее оптималь­ным оказалась промежуточная обработка 0,5% раствором 5% NaOH в течение 15 секунд с последующей тщательной промывкой водой (вари­анты 2 и 5). Такая обработка обеспечивает максимальное наличие адге­зионных участков, которые препятствуют проникновению коррозион­ных реагентов к защищаемому металлу. Во всех других случаях проис­ходит процесс диффузионного проникновения, включащий адсорбцию реагентов среды на поверхности покрытия, растворение их в пленке покрытия, перенос через пленку под влиянием градиента химического потенциала и адсорбцию на поверхности металла. На этой стадии начи­нается и продолжается в течение всего срока службы покрытия взаимо­действие его со средой и изменение физико-химических и физико-механических характеристик покрытия. Результатом такого взаимодей­ствия является набухание пленки, ослабление межмолекулярных связей, вымывание их полимерной матрицы растворителей, пигментов и низко­молекулярных фракций полимера, деструкция макромолекул. Это приво­дит к снижению прочности пленки, ослаблению адгезионных связей.

Выводы. Исследованы различные режимы подготовки поверхности стали Ст3 и качество нанесенного лакокрасочного покрытия на основе полистирола. Установлено, что выдержка образцов в условиях постоян­ного воздействия водяного тумана позволяет относительно быстро вы­явить различия в подготовке поверхности. Наилучшая прочность сцеп­ления наблюдалась у образцов, предварительно обезжиренных, про­травленных и затем обработанных 0,5% раствором К^г^. Такая об­работка обеспечивает максимальное наличие адгезионных участков, которое препятствуют проникновению коррозионных реагентов к за­щищаемому металлу. Во всех остальных случаях наблюдается механизмадгезионного и когезионного разрушения адгезионных соединений ста­ли Ст3 и лакокрасочного покрытия «Стикор» на основе полистирола.

ЛИТЕРАТУРА

1. Свідерський В. А. Вплив термодинамічної сумісності розчинника та плі-вкоутворюючого полімера на захисні властивості лакофарбового покриття /

B. А. Свідерський, О.В. Миронюк // Наукові вісті НТУУ "КПІ". - 2008. - № 5. -

C. 118-121.

2. Чеботаревский В.В. Технология лакокрасочных покритий в машиност­роение / В.В. Чеботаревский, Э.К. Кондратов // Москва: 1978. - 293 с.

3. Жданов С.А. Защитное покрытие грузовых вагонов / С.А. Жданов, М.Н. Жданова // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні. Зб. наук. праць. Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля. - 2004. - С. 155-159.

4. ИСО 4628 Краски и лаки. Оценка степени разрушения покрытий.

5. Рейбман А.И. Защитные лакокрасочные покрытия / А. И. Рейбман // Ленинград, 1982. - 286 с.

Жданова М.Н., Жданов С.А. Дослідження впливу підготовки поверхні сталі на якість лакофарбного покриття на основі полістиролу.

Представлені результати експерименту по дослідженню впливу підготовки поверхні стали на якість лакофарбного покриття на основі полістиролу. Розглянуті різні етапи підготовки поверхні. Визначений характер руйнувань адгезійних з'єднань і величини міцності зчеплення по методу відриву і методу гратчастих надрізів.

Ключові слова: адгезія, покриття, міцність зчеплення, адгезійне руйну­вання, когезійне руйнування.

Zhdanova M.N., Zhdanov S.A. Investigation the influence of surface prepa­ration of steel on quality of paint-and-lacquer coating on the basis of polystyrene.

The experiment results of influence research of surface preparation on quality of paint-and-lacquer coating on the basis ofpolystirol are presented. Different stages of sur­face preparation are considered. Character of destructions of adhesion connections and size of coupling durability on the basis of tearing away method and method of the latticed inci­sions is certain.

Keywords: adhesion, coating, coupling durability, adhesive fracture, cohesive fracture.

Жданова М. Н., - к.х.н., доцент Восточноукраинского национального уни­верситета имени Владимира Даля, г. Луганск.

Жданов С.А.., к.т.н., доцент Восточноукраинского национального универ­ситета имени Владимира Даля, г. Луганск.

Поступила в редакцию: 22.04.2011. Рецензент: Дорошко В.И., д-р техн. наук, профессор.

Страницы:
1 


Похожие статьи

М Н Жданова - Влияние подготовки поверхности стали на качество лакокрасочного покрытия на основе полистирола