книги из ГПНТБ / Чеботаревский, В. В. Лаки и краски - что это такое

Древесина очень гигроскопична, при увлажнении она набухает, увеличиваясь в объеме на 5 —1 0 %, а также коробится, что приводит к изменению форм и размеров деталей.

Если положить мокрую вату на деревянную пластинку, покрытую одним-двумя слоями нитроцеллюлозного лака, и прикрыть ее блюдцем, то через сутки на этом месте появится небольшой бугорок и рельефно выявится струк­ тура древесины. Это результат действия влаги, которая проникла через лаковое покрытие. Структура древесины выявляется вследствие неравномерности набухания ее летних и весенних слоев. Весенняя древесина более порис­ та и набухает сильнее, чем летняя, поэтому лакокрасоч­ ное покрытие испытывает неравномерные напряжения — местами растяжение, местами сжатие. Отсюда сделаем вывод: пленка лакокрасочного покрытия должна практи­ чески не пропускать влаги, т. е. обладать большой жестко­ стью, или, если она пропускает влагу, должна быть элас­ тичной.

В первом случае с успехом применяют полиуретановые или полиэфирные лаки, во втором — обычные масляные краски на натуральной олифе, покрытия на основе кото­ рых хотя и пропускают влагу, но длительное время сохра­ няют необходимую эластичность.

Покрытия, применяемые для защиты древесины, арми­ руют, используя ткань из стеклянных, полимерных или хлопчатобумажных нитей. Вследствие наличия прочных волокон повышается прочность и эластичность лакокрасоч­ ного покрытия, локализуются внутренние напряжения, возникающие в пленке в результате ее старения или деформации подложки. Система покрытия состоит из тка­ ни, слоев шпатлевки ц, наконец, слоя эмали.

Для приклеивания ткани к древесине применяются 102 фенольнобаритовая смола, отверждаемая кислотным от-

вердителем, эпоксидные низкомолекулярные смолы, от­ верждаемые полизтиленполиамином, перхлорвиниловые клеи и др.

Бумага — гигроскопичный материал и иногда ее при­ ходится защищать от воздействия влага. С этой целью на

сополимера или других прозрачных бесцветных пленко­ образующих. При этом срок службы бумаги возрастает в несколько раз, она не промокает, на нее можно наносить рисунок и стирать его ластиком.

Иногда возникает необходимость и в защите ткани от действия влаги. Если ткань натянута на крыло самолета или планера, то без лакокрасочного покрытия не обойтись. Обычно применяют лак, представляющий собой раствор ацетилбутирата целлюлозы или нитрата целлюлозы. Лак наносится в 5— 6 слоев, пропитывает ткань, обволакивая все ее нити, и придает ей влагостойкость.

Можно было бы привести еще много примеров того, как лакокрасочное покрытие решающим образом влияет на сохранение различных материалов от разрушающего действия влаги.

Если стальную пластинку, окрашенную только с одной стороны в серебристый цвет, поместить над газовой горел­ кой и нагреть до 600° С, то она станет темно-красного цве­ та. Через несколько часов нагревания погасим горелку. Одна сторона пластинки, охлаждаясь, вновь станет сереб­ ристой, другая же сторона побуреет, покроется окислами железа. Произошла так называемая гачзовая коррозия металла. Неужели тонкое полимерное покрытие, толщи­ ной всего 30—40 мкм, может противостоять такой высокой температуре и более того, предохранять металл от окис­ ления. Да, это не фантазия; термостойкие лакокрасочные материалы применяют в самых различных отраслях народ­ ного хозяйства, причем они не только защищают изделия от коррозионных разрушений, по одновременно придают им декоративные, электроизоляционные и другие свойст­ ва. Ими защищают выхлопные трубы и цилиндры двига­ телей, нагревающихся до 400°С. Обшивка самолета ТУ-144 в полете нагревается до 130° С, однако покрытие остается белым и сохраняет свои защитные свойства. Электриче­ ские провода статоров и роторов двигателей покрывают термостойкими электроизоляционными лаками, которые в течение многих тысяч часов, несмотря на высокие тем­ пературы. сохраняют электроизоляционные и защитные

104 свойства. Обшивку космических кораблей, нагревающую-

Почему это произошло? Подготовка поверхности прово­ дилась одинаково, лакокрасочный материал был из одной партии, наносили его краскораспылителем. Когда лакокра­ сочную пленку исследовали иод микроскопом, обнаружили, что на пленке, покрывавшей прокорродировавшие участ­ ки, имеются микроскопические трещины. Измерили толщи­ ну: оказалось, что толщина растрескавшейся пленки 65 мкм, а нерастрескавшейся — около 30 мкм. Результат несколько неожиданный, так как, казалось бы, более тол­ стые слои должны давать лучший защитный эффект.

Возникло предположение, что образование трещин свя­ зано с возникновением внутренних напряжений. Исследо­ вания подтвердили это предположение; они показали, что толстые хрупкие покрытия растрескиваются скорее тон­ ких. Более того, через некоторое время растрескавшаяся пленка шелушится и отслаивается от поверхности метал­ ла. Здесь же вероятно сказалась и недостаточная адгезия покрытия.

Таким образом, выявился еще один важный фактор,

ловом воздействии и способные вызвать разрушение покрытия.

На термостойкость покрытий решающим образом вли­ яют природа пигментов и наполнителей. Это ярко иллю­ стрирует следующий пример.

Два стальных кожуха двигателя были окрсйиены дву­ мя эмалями на одинаковом пленкообразующем — полйлмтилфенилсилоксановой смоле. Пигментная же ча-сть у них была различна; в эмаль А кроме зеленой окиси хрома была введена слюда (наполнитель), в эмали Б слюды не было. Кожух двигателя при работе нагревался до 500° С.

Через полгода эксплуатации под покрытием эмалью Б 107

появились следы коррозии, что свидетельствовало о его несплошности. Покрытие эмалью А полностью сохранило свои защитные свойства.

Было установлено, что в пленке эмали Б, не содержа­ щей наполнителя, внутренние напряжения в несколько раз больше, чем в пленке эмали А. Следовательно, при­ чиной появления следов коррозии явилось образование микротрещин в пленке эмали. Визуально эти микротре­ щины были незаметны, но влага проникла через них и вызвала коррозию металла.

Для подтверждения этого предположения было прове­ рено омическое сопротивление пленки эмали Б; оказа­ лось, что после теплового старения и охлаждения от 500 до —60° С оно резко снизилось. Таким образом, наполни­ тель — слюда благоприятно влияет на термостойкость покрытия, уменьшая внутренние напряжения в пленке.

Было замечено, что резкое ухудшение защитных свойств наступило именно в момент охлаждения покры­ тия. Вероятно, были две причины: первая — разница в температурных коэффициентах линейного расширения металла и полимера и вторая — снижение эластичности покрытия в результате перехода полимера в стеклообраз­ ное состояние.

При сравнении коэффициентов линейного расширения лакокрасочной пленки и стали выяснилось, что металл имеет меньший коэффициент. Следовательно, когда поли­ мер при охлаждении сжимается, в покрытии возникают еще и дополнительные напряжения.

Само по себе наличие внутренних напряжений не опас­ но, но до известного предела. И этот предел — разрушаю­ щее напряжение при растяжении. Если внутренние напря­ жения превысят его, то пленка разрушится. А что будет

108 с пленкой, если силы внутренних напряжений пусть не­

большие, но действуют постоянно? Пленка будет посте­ пенно «уставать» и ее прочность будет снижаться. Заставьте человека держать на вытянутой руке гирю массой 5 кг. Через некоторое время рука опустится, мыш­ ца устала.

Возьмем лакокрасочпую пленку, разрушающее напря­ жение которой при растяжении 20 МПа ( — 200 кгс/см2) . Нагрузим ее гирей 1 кН (— 100 кгс), затем снимем груз и проверим прочность пленки. Разрушающее напряжение снизилось до 12 МПа ( —120 кгс/см2). Снова нагрузим

Внутренние напряжения — тот же груз, который непре­ рывно растягивает покрытие. Под влиянием постоянной нагрузки, связи между отдельными макромолекулами по­ степенно нарушаются; соответственно снижается и проч­ ность.

Но почему же покрытие разрушается при тепловом ста­ рении? По двум причинам. При термоокислительной дест­ рукции нарушаются адсорбционные и химические связи между макромолекулами, следовательно прочность пленки снижается; с другой стороны протекает процесс сшива­ ния, макромолекулы делаются менее подвижными, а покрытие более хрупким. Находясь в таком состоянии покрытие более чувствительно к дополнительным нагруз­ кам. Вот почему охлаждение, вызывающее термические напряжения, иногда вызывает растрескивание лакокрасоч­ ного покрытия.

• Термостойкость, как мы видели, зависит от природы по­ лимера, состава лакокрасочного покрытия и его толщины.

создания адгезионного подслоя, как бы мостика между по­ верхностью металла и покрытием. Толщина таких подслоев ничтожна, достаточно создать прослойку всего в несколько десятых нанометра, для того, чтобы слой лакокрасоч­ ного покрытия имел хорошую адгезию к поверхности металла.

При нанесении лакокрасочных материалов та изделия,' эксплуатируемые при повышенных температурах, необ­ ходимо знать термостойкость материалов.

На заводе красили автоклав, который в процессе рабо­ ты должен был нагреваться до 130° С. Для этой цели была рекомендована алкидная эмаль. Однако эмали не хватило, и часть поверхности автоклава покрасили перхлорвиниловой эмалью того же цвета. Автоклав начали эксплуатировать, и через короткое время та часть авто­ клава, которая была окрашена перхлорвиниловой эмалью, начала корродировать. Что же произошло? При нагрева­ нии автоклава в перхлорвиниловом покрытии в результате деструкции образовался хлористый водород, который и вызвал интенсивную коррозию стали. Если бы на заводе знали, что перхлорвиниловая смола начинает разлагаться