24. Оплавление полимерных порошков. Осаждение полимерных порошков на предварительно нагретую поверхность.

Процесс напыления заключается в следующем. Порошок полимера наносят на предварительно нагретую поверхность изделия, и под действием теплоты, накопленной изделием, он оплавляется, образуя покрытие. Если изделие тонкостенное и не может аккумулировать достаточный запас теплоты для оплавления, процесс завершается в печи. Если порошку и изделию сообщать электрические заряды противоположных знаков, то осаждение и удержание порошка на поверхности изделия осуществляется за счет электрических сил. В этом случае процесс протекает в две стадии: осаждение и затем оплавление порошка.

Существует более 20 различных способов нанесения порошкообразных покрытий. Наибольший интерес представляют вихревое и газопламенное напыление. При вихревом способе напыления порошок, засыпанный в резервуар, переводится во взвешенное «кипящее» состояние с помощью газа, проходящего через пористое дно ванны или специальную пористую перегородку. Покрытие получают следующим образом: изделие нагревают в печи до температуры на 100—150 °С выше температуры плавления полимера, окунают во взвешенный слой порошка, встряхивают для удаления избытка порошка и затем помещают в печь. Метод вихревого напыления оправдывает себя при получении покрытий на проволочных изделиях различного назначения, стержнях, плоских и объемных изделиях простой конфигурации размером до 250 мм. Оптимальная толщина покрытия 1,5—3,5 мм.

Газопламенный способ заключается в том, что частицы порошка расплавляют, пропуская через пламя газовой горелки, и наносят на подогретую поверхность изделия. Установки газопламенного напыления соединяют элементы газосварочного аппарата и установки пневматического распыления. Толщина покрытий составляет от 0,4—0,6 до нескольких миллиметров и зависит от продолжительности напыления. Способ газопламенного напыления нашел применение для нанесения покрытий на крупногабаритные изделия: емкости, мешалки, гальванические ванны и др. Широко используется для заделывания различных поверхностных дефектов на металле (раковин, трещин), а также для шпатлевания сварных швов и неровностей кузовов автомашин.

25 Структура и механически свойства полимерных покрытий

В общем случае, степень структурной упорядоченности зави­сит от природы полимера и условий формирования покрытий. Для полимерных покрытий характерно проявление следующих струк­турных особенностей:

1. На границе раздела фаз образуется упорядоченный слой по­лимера, имеющий достаточно высокую плотность. Это связано с тем, что на границе фаз реализуется, как правило, сильное ад­сорбционное взаимодействие и участки поверхности подложки могут выполнять роль искусственных центров зародышеобразо- вания.

2. На некотором расстоянии от поверхности Ц практически всегда формируется слой, который имеет высокую концентрацию дефектов, низкую упорядоченность и, как следствие этого,— низ­кую плотность

Для характеристики состояния слоев, находящихся на границе раздела фаз, вводят понятие граничный слой. В общем случае он может быть определен как слой, в пределах которого на его структурном и релаксационном состоянии сказывается влияние поверхности подложки. Это влияние заключается:

1. в изменении сегментальной подвижности макромолекул (на границе раздела полимер — подложка она ниже);

2. изменении плотности упаковки макромолекул, плотности материала (причина — ориентационное действие поверхности подложки, которое проявляется в слоях полимера на расстоянии до 100 мкм);

3. изменении массо-молекулярного распределения. В гранич­ном слое максимум распределения молекул по значению мо­лекулярной массы смещается в область меньших значений

4. протекании в граничных слоях диффузии атомов и молекул материала, с которым контактирует полимер. При этом процессы диффузии сопровождаются, как правило, хемосорбционным взаи­модействием макромолекул полимера с атомами подложки;

5. ингибирующем или инициирующем действии твердой по­верхности подложки на процессы окисления, сшивки и другие хи­мические реакции.

Структура и свойства граничных слоев являются в последнее время предметом интенсивного изучения. Это связано с тем, что

Механические свойства полимерных покрытий

Свойства полимерных покрытий зависят от структуры, усло­вий формирования и природы полимера и металла. В числе общих закономерностей, характерных для полимерных материалов, мож­но отметить следующее.

Прочность покрытий зависит от молекулярной массы поли­мера, степени кристалличности полимерного слоя.

Увеличение степени кристалличности достигается либо по­вышением плотности кристаллитов, либо увеличением их размера при сохранении плотности. В первом случае прочность возрастает при повышении степени кристалличности, во втором — падает. Это объясняется тем, что при увеличении размеров кристаллитов возрастает плотность дефектов, образующихся на границе раз­дела. Этот процесс и вызывает снижение механических свойств. Механическая прочность покрытия очень сильно зависит от его пористости и природы среды, в которой покрытие эксплуати­руется. В воде, как правило, прочность адгезионного соединения полимерного покрытия с основой резко падает.

Некоторые полимерные покрытия имеют достаточно низ­кий коэффициент трения. В качестве антифрикционных покры­тий испольуют покрытия из полиамида, политетрафторэтилена (ПТФЭ), полиэтилена (ПЭ). Износостойкость значительно воз­растает при использовании полимерных смесей в определенном соотношении (например, полиамид + ПТФЭ, полиамид + ПЭ).

ПТФЭ имеет самый низкий коэффициент трения, но он течет при малых напряжениях, поэтому его часто используют в виде тонких покрытий или же в смеси с другими полимерами.

26.Адгезия полимерных покрытий. Методы определения адгезионной прочности.

Адгезия (от лат. adhaesio — прилипание), слипание поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел.Адгезия полимерных покрытий зависит от природы полимера, металла, а также от состояния его поверхности. Адгезия полимеров происходит лучше в том случае, если макромолекулы полярны и имеют большое число химически активных функциональных групп. Для улучшения Адгезия в состав клея или плёнкообразующего полимера вводят активные добавки, молекулы которых одним концом прочно связываются с плёнкой, другим — с подложкой, образуя ориентированный адсорбционный слой. При контакте двух объёмов одного и того же полимера может произойти автогезия (самослипание), когда имеет место диффузия макромолекул или их участков из одного объёма в другой. При этом прочность связи со временем увеличивается, стремясь к пределу — когезионной прочности.

Адгезионная прочность покрытий. Все методы определения адгезионной прочности полимерных покрытий основаны на механическом разрушении взаимодействия полимер-подложка. Известно несколько десятков различных методов. Универсального метода определения адгезии полимеров и полимерных покрытий пока не существует. В зависимости от задачи и объектов исследования выбирают различные методы определения адгезии. Наиболее часто используют следующие методы определения адгезионной прочности: нормального отрыва (метод грибков), штифтов, срезания покрытия резцом, отслаивания покрытия от подложки, отслаивания проволочки от полимера, метод газового или жидкостного пузыря.

Сущность метода решетчатого надреза, применяемого для качественной оценки адгезии полимерного покрытия к металлической поверхности, состоит в том, что на поверхности покрытия лезвием бритвы делают 4 - 5 параллельных надрезов через 1 мм; затем делают столько же надрезов и на том же расстоянии перпендикулярно первым. При значительной толщине покрытия расстояние между надрезами увеличивают до 2 мм. Характер отрыва пленки от подложки выявляют визуально. При повышении температуры они разрушаются, что также способствует повышению адгезии полимерного покрытия.