Яковлев АД 2020

риты, функциональное назначение, характер окружающей среды, условия эксплуатации, особенности процесса производства и др.

Цвет оказывает на человека не только эстетическое, но и психо­ логическое и физиологическое воздействие. Условно гамму цвето­ вых тонов подразделяют на теплые (красные, оранжевые, желтые, желто­зеленые) и холодные (голубые, синие, зеленые, сине­зеленые) цвета. Понятие теплых и холодных цветов может рассматриваться как чисто психологическое. Одни и те же предметы, окрашенные в светлые и темные цвета, кажутся одному и тому же человеку легче или тяжелее. Темные цвета большинством людей воспринимаются как мрачные, а светлые ­ как радостные. Холодные цвета снижают напряжение зрения, успокаивают человека, благоприятствуют рабо­ чему настроению, их называют пассивными; теплые, ассоциирую­ щиеся с более высокими температурами, напротив, оказывают воз­ буждающее действие и бодрят, их относят к категории активных цветов. Возбуждающе действуют на человека и яркие, высоко на­ сыщенные цвета, а также пестрая гамма цветов; при длительном их воздействии наступает утомление.

Отдельные цветовые тона обладают свойством создавать впечат­ ление удаления или приближения поверхностей. Как правило, теп­ лые цвета кажутся более близкими (выступающими), а холодные ­ удаленными (отступающими). При отделке внутри зданий подбором цвета окраски поверхности можно достичь кажущегося уменьшения или увеличения помещения. Например, отделка поверхностей в жел­ тые и оранжевые цвета создает впечатление меньшего объема; на­ против, отделка в синие и бирюзовые цвета создает оптическую ил­ люзию увеличения помещения. Членение стен по горизонтали, на­ пример устройство панели, зрительно снижает высоту помещений.

Для выбора и определения необходимого цвета в России сущест­ вует система РАЛ Дизайн и картотеки цветовых эталонов РАЛ. Сис­ тема РАЛ Дизайн насчитывает 1688 цветов, которые определяются тремя критериями: цветом, яркостью и насыщенностью. Для удобст­ ва работы создан атлас цвета. Цветовые образцы включены в компь­ ютерные программы. Атлас РАЛ Дизайн существует в виде незави­ симой программы Windows.

Сказанное представляет основу (базис) для планирования цвета при создании новой лакокрасочной продукции и, соответственно, получаемых из нее покрытий, помогает специалистам, художникам, оформителям, архитекторам и строителям создавать дизайн для сво­ ей продукции ­ изделий, интерьеров, строительных объектов и со­ оружений. Аналогичные системы цвета существуют в США (Munsell System) и в Европе (Natural Color System).

152

4.5.3. ПО КРЫТИЯ ЦЕЛЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Терморегулирующие покрытия. Такие покрытия предназнача­ ются для поддержания необходимого теплового режима объектов за счет установления баланса между поглощаемой извне энергией и энергией, излучаемой в окружающую среду. Основным внешним источником энергии является солнечное излучение, однако могут быть и другие источники нагрева. Терморегулирующие покрытия характеризуются двумя основными параметрами: коэффициентом поглощения солнечного излучения as и коэффициентом излучения (черноты) е. Желательно иметь значения этих параметров у покры­ тий ­ солнечных отражателей as < 0,2, е > 0,9; у покрытий ­ истинных поглотителей a ~ е > 0,9. Необходимых значений отражательной спо­ собности достигают введением в состав красок белых пигментов (ТЮ2 , ZnS, ZnO) и алюминиевой пудры, а также использованием пленкообразователей, прозрачных для ИК­лучей. Напротив, для по­ глощения лучистой энергии предпочтительны черные матовые по­ крытия, получаемые с применением газового технического углерода и других светопоглощающих пигментов. Ниже приведены значения as и е для ряда наиболее распространенных терморегулирующих по­ крытий и металлических подложек:

Важным показателем покрытий является светостойкость. В этом отношении полиакрилатные покрытия предпочтительнее эпоксидных.

Для работы в космосе дополнительным требованием является высокая термостойкость покрытий (более 300 °С), обусловленная разогревом корабля при прохождении через плотные слои атмосфе­ ры. Для этой цели в качестве солнечного поглотителя нашли приме­ нение кремнийорганические составы, в частности эмаль КО­5242

153

(глубокоматовая черная). Пленкообразователем в ней служит поли­ метилфенилсилоксан с добавкой акрилатного сополимера БМК­5, а пигментом ­ полигексазоциклин ­ продукт взаимодействия тетрани­ ла пиромеллитовой кислоты и п­фенилендиамина. Покрытия на ос­ нове этой эмали имеют коэффициент диффузионного и зеркального отражения 1,5­1,6, as = 0,96, е = 0,94.

Терморегулирующие покрытия находят широкое применение. Покрытия ­ солнечные отражатели используют для уменьшения температуры нагрева изделий и объектов (бензо­, нефте­ и газохра­ нилища, рефрижераторы, нефтеналивные суда), термостатирования космических кораблей, летательных аппаратов, башен телескопов. Покрытия ­ поглотители тепловой энергии применяют в гелиотех­ нических установках, при изготовлении термоэлементов, экраниро­ вании рабочих мест, подверженных тепловой радиации.

Термоиндикаторные покрытия. Это покрытия, изменяющие свой цвет при изменении температуры подложки или окружающей среды. Их применяют с целью регистрации и измерения температуры изде­ лий. Различают покрытия, которые представляют собой термохими­ ческие индикаторы, термоиндикаторы плавления, жидкокристалли­ ческие и люминесцентные индикаторы. Наибольшую группу термо­ индикаторных покрытий составляют термохимические индикаторы (обратимые, необратимые и квазиобратимые) и индикаторы плавле­ ния. Изменение цвета в них связано с протеканием разных химиче­ ских или физических процессов: плавления, дегидратации, термиче­ ского разложения, изменения рН, кристаллической структуры и др.

Для получения покрытий применяют термоиндикаторные крас­ ки, представляющие собой суспензии термочувствительных компо­ нентов (пигментов, наполнителей и др.) в пленкообразователях.

Наиболее важные требования к термоиндикаторным покрытиям ­ чувствительность к изменению температуры, контрастность цветов (или цветового фона) до и после действия температуры, стабильность к воздействию внешних факторов, исключая температуру. Чувствитель­ ность покрытий к температурным воздействиям зависит от их тепло­ проводности и скорости протекания химических или физических про­ цессов в пленке. Поэтому термоиндикаторные покрытия должны иметь высокие коэффициенты тепло­ и температуропроводности. Погреш­ ность измерений температуры колеблется от 0,1­0,5 % для жидкокри­ сталлических индикаторов и до 5­10 % ­ для термохимических.

Промышленностью выпускаются термоиндикаторные краски в широком ассортименте. На рис. 4.40 указаны температурные области применения получаемых из них покрытий. Наряду с красками изго­ товляются термоиндикаторные карандаши, пленка, порошки.

154

ния. Покрытия, не обладающие длительным послесвечением, также применяют в картографии; после выключения электрического осве­ щения не требуется адаптации глаз в темноте.

Не за по те ва ю щ ие по крытия

При изменении температуры на окрашенных и неокрашенных изделиях нередко возникает росообразование ­ конденсация влаги из воздуха. На стеклах машин, линзах очков и оптических приборов это явление, известное под названием запотевание, делает стекла слабо прозрачными, ухудшается видимость. Причина ­ отсутствие влаго­ поглощения субстратом.

Для избежания этого явления применяют специальные незапоте­ ваюшие лакокрасочные покрытия, способные сорбировать выпав­ шую воду или обеспечивать высокую степень гидрофобизации по­ верхности, при которой вода не удерживается на ней.

В первом случае для получения покрытия можно использовать водные растворы смеси поливинилового спирта и полиакриловой кислоты с добавлением пластификатора ­ глицерина.

4.5.4. МЕТО ДЫ О ПРЕДЕЛЕНИЯ О ПТИЧЕСКИХ СВО ЙСТВ ПО КРЫТИЙ

Для определения оптических характеристик покрытий применя­ ют три способа: спектрофотометрический, колориметрический и ви­ зуальный. Первый способ позволяет определять спектральный со­ став излучения, спектральные коэффициенты пропускания и отра­ жения и яркость отражающих свет образцов.

Измерение колориметрическим методом основано на принципе смешения окрашенных световых потоков с известными параметрами (или смешения цветов), при котором достигается идентификация оп­ ределяемого цвета. Для каждой области спектра преимущественно используют свои приборы. Так, для характеристики пленок и покры­ тий в видимой области применяют спектрофотометр СФ­18, фото­ метры ФО­1, ФОУ, колориметры фотоэлектрические КФО и КФК­2. Более широкий диапазон измерений, включая видимую и УФ­области, имеют спектрофотометры СФ­20 и СФ­26 и фотометры ФМ­59, ФМ­85 и ФМ­99. Последние два прибора работают и в ближней ИК­области. Однако для ИК­области применяют в основном специальные прибо­ ры ­ спектрометры ИКС­29 и ИКС­31, Specord M­400. Для определе­ ния коэффициента излучения е непрозрачных материалов пользуются терморадиометрами ТИС, ТРМ­И и тепловизором АГА­680, а коэффи­ циента поглощения солнечного излучения as ­ альбедометром М­69.

Для инструментальной оценки цвета покрытий служат фильтро­ вый колориметр ФМ­104м и компаратор цвета КЦ­2, оснащенный

156

ЭВМ и переносной малогабаритный прибор "Цветотестер" (спектро­ метр серии SP­60) для определения цвета по ISO 7724­2.

Визуальный метод определения цвета связан со сравнением ис­ пытываемых образцов с эталонными накрасками картотеки или атла­ са цветовых эталонов РАЛ. Сравнение лучше проводить при стан­ дартных условиях освещения, например при естественном рассеянном свете (интенсивность не менее 2000 люкс) или при искусственном с применением флуоресцентной лампы (интенсивность 1000­4000 люкс), как это предусмотрено международным стандартом ISO 3668.

Блеск покрытий определяют с помощью фотоэлектрических бле­ скомеров ФБ­2 и ФБ­5 по ГОСТ 896­69 и ISO 2813. В последнем слу­ чае используется также прибор "Pico­Glosmaster". Модификации это­ го прибора и ФБ­5 позволяют проводить определение блеска под разными углами: 20°, 45°, 60°. Определение основано на измерении фототока, возникающего под действием пучка света, падающего на поверхность покрытия и отраженного от нее.

Для определения яркости покрытий фотоэлектрическим мето­ дом по ГОСТ 896­69 и ISO 2813, а также укрывистости по ГОСТ 8784­75 применяют прибор "Яркость ИКЯФ­5" ­ переносной малога­ баритный прибор с питанием от аккумулятора.

4.6. Э ЛЕКТРИЧЕС КИЕ С ВО ЙС ТВА

Лакокрасочные покрытия находят широкое применение в качест­ ве электроизолирующих материалов. В первую очередь в таких по­ крытиях нуждаются радио­, электротехническая и электронная про­ мышленность. Покрытия применяют в различных устройствах, начи­ ная от катушек сопротивления, тончайших проводов, микромодулей

иэлектронных схем и кончая огромными конструкциями типа лока­ торных антенн, электронных генераторов, мощных электродвигателей

итурбин. При этом покрытия испытывают воздействие электриче­ ского тока самых разных напряжений ­ от нескольких милливольт до сотен киловольт, причем нередко в широком диапазоне частот. Суще­ ственно могут меняться и рабочие температуры. Электрические свой­ ства, в частности сопротивление, имеют важное значение и в обеспе­ чении хороших противокоррозионных свойств покрытий.

Впоследнее время значительный интерес приобрели покрытия с повышенной электрической проводимостью ­ электропроводящие и антистатические. Их использование позволяет бороться со статиче­ ским электричеством и решать ряд других технических задач.

Наиболее важными электрическими свойствами лакокрасочных покрытий являются: электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, электрическая прочность.

157

Электрическая проводимость характеризует перенос электриче­ ских зарядов в веществе под действием внешнего электрического поля. Обычно пользуются показателями: удельной объемной проводи­ мостью j V (отношение плотности тока, текущего через образец, к напряженности электрического поля) или обратной величиной ­

удельным объемным сопротивлением pV. Удельную объемную элек­ трическую проводимость выражают в См/м (1 См/м = 1 Ом ­ 1 • м ­ 1 ), удельное объемное сопротивление ­ в Ом • м.

Большинство полимерных пленок обладает низкой электриче­ ской проводимостью, т. е. представляет собой диэлектрики. Прохож­ дение через них электрического тока может быть вызвано ионной или электронной проводимостью.

Ионная проводимость наблюдается в полимерах, способных об­ разовывать при электролитической диссоциации полиионы. Она особенно значительна у полимеров с большим водопоглощением. Так, электрическая проводимость нитратцеллюлозных, мочевино­ и фенолоформальдегидных пленок на 30 % и более определяется их ионной проводимостью.

Электронная проводимость связана с образованием электронов в полимерах при ионизации макромолекул, которая может быть вы­ звана нагреванием, радиационным или световым воздействием. При­ сутствие пигментов и других неорганических веществ в покрытии благоприятствует электронной проводимости. Электронная прово­ димость пленок кристаллических полимеров выше, чем аморфных, ионная ­ наоборот. Особенно высокой электронной проводимостью отличаются полимеры­полупроводники, а также композиции с угле­ родными и металлическими наполнителями (техническим углеродом, графитом, порошками металлов). Изготовленные из них покрытия по электрической проводимости занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками; для них y V = 10­ 8 ­10­ 1 См/м. Электрическая проводимость большинства лакокрасочных покры­ тий находится на уровне электрической проводимости полимеров и составляет 10­ 1 1 ­10­ 1 4 См/м.

Говоря об электрической проводимости материалов, обычно имеют в виду объемную проводимость. Однако нередко пользуются и значениями поверхностной проводимости. Удельная поверхностная электрическая проводимость yS обычно на 1­2 порядка больше объ­ емной yV . У покрытий она резко возрастает с увеличением влажности окружающего воздуха.

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектриче­ ских потерь. Эти свойства взаимосвязаны. Если внести диэлектрик, например полимерную пленку, в электрическое поле, то происходит

158

его поляризация, т. е. образование электрического (дипольного) мо­ мента ц, направленного вдоль поля:

ц = qx

где q ­ заряд; х ­ расстояние между центрами зарядов.

Значение этого момента ­ сумма двух составляющих: ориента­ ционного и деформационного моментов. Чем больше дипольный момент ц, тем больше поляризация, тем выше диэлектрическая про­ ницаемость е. У разных полимеров диэлектрическая проницаемость находится в пределах от 2,1 до 4,5. Например, у полярных пленкооб­ разователей (эпоксидных, фенолоформальдегидных) она составляет 3,5­4,5, у неполярных (полифторолефины, полистирол) 2,0­2,5. В по­ следнем случае она ориентировочно может быть вычислена, исходя из значений показателя преломления, по формуле Максвелла:

2

е = п .

Диэлектрическая проницаемость определяет радиопрозрачность покрытий: чем меньше е, тем лучше проходимость радиоволн.

О диэлектрических потерях судят по тангенсу угла диэлектриче­ ских потерь tg 8 ­ отношению диссипированной электрической энер­ гии (фактора потерь е") к запасенной энергии, определяемой диэлек­ трической проницаемостью е:

tg 8 = е"/ е.

Под диэлектрическими потерями понимают часть энергии элек­ трического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.

Различают два типа диэлектрических потерь: дипольно­сегмен­ тальные (проявляются в результате сегментального движения макро­ молекул в высокоэластическом состоянии) и дипольно­групповые, обусловленные ориентацией полярных групп (проявляются в стек­ лообразном состоянии).

Значение tg 8 у различных покрытий колеблется в пределах от 0,1 до 0,001. Хорошими покрытиями­диэлектриками считаются те, у ко­ торых tg 8 = 0,002­0,005 и не изменяется в широком диапазоне час­ тот ­ от 102 до 106 Гц. Это относится, в частности, к покрытиям из полиэтилена, полистирола, эпоксидных олигомеров.

Электрическая прочность (пробивное напряжение) Ј п р характе­ ризует физическую способность материала диэлектрика выдержи­ вать воздействие электрического тока и выражается в МВ/м.

где ипр ­ напряжение пробоя; h ­ толщина покрытия .

159

У покрытий­диэлектриков Епр достигают значений 50­80 МВ/м. Электрическая прочность, однако, в большой степени зависит от ка­ чества покрытия. Наличие слабых мест и дефектов в пленках сильно снижает их электрическую прочность.

4.6.1. ФА КТО РЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВО ЙСТВА

Главными факторами, определяющими электрические показате­ ли покрытий, являются природа материала пленки и условия эксплуа­ тации. По диэлектрическим свойствам лучшими считаются покры­ тия на основе полимеров, не содержащих полярных функциональ­ ных групп, и пленкообразователей, имеющих трехмерное строение.

Электрическая проводимость покрытий увеличивается при вве­ дении полярных ингредиентов ­ пластификаторов, стабилизаторов, а также пигментов и наполнителей. Влияние последних на диэлек­ трические показатели покрытий не однозначно: они мало изменяют­ ся при введении наполнителей и пигментов с низкими значениями диэлектрической проницаемости ­ молотого кварца, цинковых бе­ лил, талька, слюды, у которых е = 4,2­7,0, но резко возрастают при использовании, например, диоксида титана с е = 130. Наполнители вызывают смещение максимумов tg 8 в сторону более высоких тем­ ператур, при введении же пластификаторов максимумы tg 8 и е сме­ щаются в низкотемпературную область в соответствии с изменением температуры стеклования.

С повышением температуры электрическая проводимость изме­ няется по экспоненциальному закону:

Y = Ае­тт,

где А ­ постоянная; Е ­ энергия активации.

Наиболее резко увеличивается электрическая проводимость при нагревании термопластичных полимерных пленок; покрытия трех­ мерного строения (термореактивные) способны работать в более широком температурном интервале без значительного ухудшения электрических свойств.

С повышением температуры изменяется и электрическая проч­ ность покрытий. В области низких температур покрытия на основе полярных полимеров (эпоксидные, полиэфирные, полиакрилатные и др.) имеют, как правило, высокую электрическую прочность, пре­ вышающую в 2 раза и более электрическую прочность покрытий из неполярных (полиолефинов, каучуков и др.). При достижении Тс для аморфных полимеров и Тп л для кристаллических независимо от их полярности электрическая прочность резко падает.

160