Глава 6. Свойства и разновидности покрытий

6.1. Прочностные и деформационные свойства

В процессе эксплуатации лакокрасочные покрытия испытывают механические воздействия, обусловленные:

• приложением внешней нагрузки (вибрация, многократный изгиб, растягивающие напряжения и т. д.;

• наличием внутренних (остаточных) напряжений в покрытии;

• протеканием физических и химических процессов в пленке (кристаллизация, деструкция и структурирование, улетучивание пластификаторов и др.).

Механическая прочность  это сопротивление механическим воздействиям, которые могут вызывать деформацию  изменение формы или разрушение покрытия. Разрушение  появление микротрещин  относят к микроразрушению, а нарушение целостности  к макроразрушению.

Прочностные и деформационные свойства покрытий оценивают модулем упругости, прочностью при растяжении, твердостью, эластичностью, стойкостью к истиранию и т. д.

6.2. Факторы, влияющие на механические свойства покрытий

Механические свойства покрытий зависят от структуры и условий их получения. Так, прочность пленок возрастает с увеличением молекулярной массы полимера, степени кристалличности, числа мостичных связей (в случае пленок трехмерного строения).

В случае полиолефинов установлена зависимость между равновесным модулем упругости Е_ и степенью кристалличности :

Е_ = Ае^, (6.1)

где А и   постоянные; А=33,9; =0,044.

Модуль упругости коррелирует с твердостью покрытий и прочностью при растяжении.

Прочность при растяжении и относительное удлинение пленок уменьшаются с ростом надмолекулярных структур. Образцы со сферолитами диаметром 300 мкм имеют дефекты в пограничных участках структур и хрупко разрушаются при деформациях 515%.

Механическая прочность и способность пленок к деформации изменяются при структурировании. Причем, в случае олигомеров (эпоксидные, мочевиноформальдегидные, полиэфирные). Эти характеристики улучшаются с возрастанием плотности трехмерной сетки, а для полимеров  наблюдается экстремальная зависимость прочности от числа поперечных связей. Деформируемость покрытий при этом уменьшается, т. е., используя в лаках и красках разные полифункциональные структурирующие добавки и варьируя условия отверждения (сушки) покрытий можно регулировать их механические свойства.

Механические свойства пластифицированных и пигментированных покрытий также зависят от содержания модифицирующего компонента, химической природы, размера и формы частиц пигмента, а также от его взаимодействия с пленкообразователем. Например, чешуйчатые и волокнистые пигменты и наполнители в большей мере усиливают пленкообразователи, чем наполнители изометрической формой частиц. Отмечается больший эффект усиления у аморфных полимеров, чем у кристаллических.

При увеличении пористости покрытий прочность пленок снижается. Прочность не всегда одинакова у пленок разной толщины: существенное значение оказывает на прочность и способ получения покрытия. Прочность адгезированных и неадгезированных пленок примерно одинакова. Временная зависимость прочности покрытий:

 = Ае^, (6.2)

где А и   постоянные.

Это уравнение применяется для оценки долговечности покрытий в изотермических условиях. Прочность зависит и от скорости деформации:

_р = aⁿ, (6.3)

где   скорость растяжения;

a и n  постоянные.

Скорость приложения нагрузки сказывается и на величине деформации: чем больше , тем меньше .

Прочностные и деформационные свойства покрытий сильно зависят от температуры. С повышением температуры происходит уменьшение модуля упругости, твердости, прочности при растяжении и изгибе и долговечности покрытий; относительное удлинение пленок при разрыве возрастает.

Температурная зависимость прочности имеет вид:

_р = ₀ , (6.4)

где ₀  прочность при исходной температуре.

Прочностные показатели покрытий изменяются при изменении характера окружающей среды. Так, в результате адсорбции поверхностью пленки жидких или газообразных продуктов возможно как понижение ее прочности (эффект Ребиндера), так и повышение за счет залечивания локальных микротрещин. При переходе от газообразных сред к жидким прочность и долговечность покрытий снижается.