ТЗДП / Жуков, Онегин / часть 3

<Рис. ><3.13. ><Зависимость ><адгезионной ><прочности ><покрытий >< >< ><лака >< >< ><ПЭ-246 >< >< ><от >< >< ><рН >< >< ><поверхности>

<подложек: ><• ><— ><древесина ><березы; ><∆ ><— ><дубовый ><шпон; >< >_{<>< >}<ореховый >< >< ><шпон; >< >< >< ><о >< >< ><— >< >< ><синтетический >< >< ><шпон>

<3.4. ><ВНУТРЕННИЕ ><НАПРЯЖЕНИЯ ><В ><ПОКРЫТИЯХ>

<Наличие ><адгезионного ><контакта ><и ><различие ><физико-механических ><снойств ><лакокрасочных ><покрытий ><и ><подложек ><приводит ><к ><возникнове­><нию ><внутренних ><напряжений, ><которые ><могут ><быть ><вызваны ><как ><внешни­><ми ><воздействиями ><(нагружение, ><деформация ><подложки), ><так ><и ><внут­><ренними ><факторами ><(испарение ><растворителей, ><охлаждение, ><протекание ><мимических ><реакций).>

<По ><характеру ><внутренние ><напряжения ><бывают ><усадочные ><вследствие ><усадки ><материала ><пленки ><при ><формировании ><или ><эксплуатации ><покры-><1ия; ><термические ><вследствие ><изменения ><температуры, ><вызванной ><раз><личием ><термических ><коэффициентов ><линейного ><расширения ><подложки ><и ><покрытия; ><влажностные» ><вследствие ><усушки ><и ><набухания ><подложки ><мри ><эксплуатации ><изделия.>

<Суммарная ><величина ><напряжений ><σ>_<В><, ><сформированных ><при ><взаимо­><действии ><всех ><указанных ><выше ><факторов, ><будет ><равна>

<>

<где ><σ_у ><, ><σ_т, ><σ>_<w>< ><— ><соответственно ><усадочные, ><термические ><и ><влажностные ><напряжения.>

<Отверждение ><всех ><известных ><в ><настоящее ><время ><полимерных ><покры><тий ><сопровождается ><их ><уплотнением ><и ><сокращением >< >< ><объема. ><Если ><на ><твердую ><поверхность ><древесины ><нанести ><слой ><жидкого ><лака, ><то ><начнется ><процесс ><испарения ><растворителей, ><приводящий ><к ><формированию ><пленки. ><И ><начальный ><момент, ><когда ><содержание ><растворителя ><достаточно ><высо­><ко, ><внутренние ><напряжения ><в ><покрытии ><отсутствуют. ><С ><момента ><перехо­><ди ><покрытия ><из ><жидкого ><в ><гелеобразное ><состояние ><возможность ><свобод­><ного ><течения ><исчезает ><и ><в ><результате ><продолжающейся ><усадки ><покрытие ><оказывается >< >< ><растянутым >< ><на >< ><подложке. ><Таким ><образом, >< ><в >< ><покрытии ><возникают ><нормальные ><к ><его ><поперечному ><сечению ><внутренние ><напряжения ><растяжения ><σ_р ><, ><а ><на ><границе ><между ><покрытием ><и ><подложкой ><касатнл><ьные ><напряжения ><сдвига ><τ. ><Если ><нормальные ><напряжения ><превысят ><силы ><когезии, ><покрытие ><разрушится.>

<Появление ><внутренних ><напряжений ><соответствует ><точке ><перехода ><материала ><пленки ><из ><высокоэластичного ><состояния ><в ><стеклообразное. ><Если ><пленку ><подвергать ><дальнейшему ><высушиванию ><в ><течение ><времени ><∆t><, ><то ><содержание ><в ><ней ><растворителя ><еще ><уменьшится ><на ><∆€, ><а ><линей­><ная ><усадка ><Ае ><возрастет ><на ><величину>

<>

<где ><К ><— ><коэффициент ><линейной ><усадки.>

<Приращение >< >< ><усадки >< >< ><вызовет >< >< ><соответствующий >< >< ><рост >< >< ><внутренних> <напряжений ><∆σ_в ><:>

<>

<где ><Е₁>_<>< ><— ><мгновенный ><модуль ><упругости ><материала ><пленки; ><μ ><— ><коэф­><фициент ><Пуассона.>

<Это ><соотношение ><справедливо, ><если ><приращение ><усадки ><носит ><упру­><гий ><характер. ><Фактически ><же ><в ><пленке ><развиваются ><кроме ><упругой ><эластическая ><и ><пластическая ><деформации. ><Они ><не ><вызывают ><роста ><напря­><жений, ><поэтому ><действующие ><внутренние ><напряжения ><оказываются ><меньше ><рассчитанных ><по ><формуле ><(3.24).>

<Термические ><напряжения ><можно ><определить ><по ><формуле>

<>

<где ><а_л ><и ><а>_<n>< ><— ><термические ><коэффициенты ><линейного ><расширения ><соот­><ветственно ><лакового ><покрытия ><и ><подложки; ><AT ><— ><изменение ><темпера­><туры ><системы ><покрытие ><— ><подложка.>

<Так ><как ><а_л>_<><> ><а>_<п><, ><то ><при ><охлаждении ><системы ><покрытие ><— ><подложка ><возникают ><растягивающие ><внутренние ><напряжения ><в ><покрытии, ><а ><при ><нагревании ><— ><сжимающие. ><Более ><опасны ><растягивающие ><напряжения, ><приводящие ><к ><разрушению ><покрытия.>

<Особенно ><опасны ><термические ><напряжения, ><возникающие ><в ><покры­><тиях ><при ><сильном ><охлаждении ><(перевозка ><изделий ><в ><большой ><мороз), ><когда ><значительный ><перепад ><температуры ><сопровождается ><увеличением ><модуля ><упругости ><и ><хрупкости ><охлажденного ><полимера. ><Введением ><пластификаторов ><в ><полимеры, ><особенно ><аморфного ><строения, ><можно ><снизить, ><а ><при ><определенных ><концентрациях ><и ><полностью ><устранить ><воз­><никающие ><напряжения.>

<Зависимость ><внутренних ><напряжений ><от ><содержания ><пигментов ><и ><на­><полнителей ><носит ><более ><сложный ><характер. ><Усадочные ><напряжения ><в ><по­><крытиях ><при ><наполнении ><возрастают, ><что ><связано ><с ><ростом ><модуля ><упру­><гости ><материала ><пленки, ><термические ><же ><напряжения ><могут ><увеличивать<ся, ><оставаться ><постоянными ><или ><уменьшаться ><(рис. >3.14).>

<Рис. >< >< >< ><3.14. >< >< ><Зависимость >< >< ><термических ><внутренних >< >< ><напряжений >< >< ><в >< ><покрытиях> <от ><содержания ><наполнителей: ><1,2 >< >< ><— >< >< ><коэффициенты >< >< ><термического>

<расширения; ><3— ><напряжение>

<><Это ><мо­><жно ><объяснить ><тем, ><что ><в ><первом ><случае ><рост ><модуля ><упругости ><при ><наполнении ><превалирует ><над ><уменьшением ><коэффициента ><тер­><мического ><расширения ><(кривая ><1), ><примерно ><в ><равных ><соотноше­><ниях ><реализуется ><второй ><вариант>^{<>< >}<(кривая ><2). ><Если ><коэффициент ><термического ><расширения ><умень­><шается ><более ><интенсивно, ><чем ><нарастает ><модуль ><упругости, ><то ><напряже­><ния ><уменьшаются ><(кривая ><3)><. ><Поэтому, ><варьируя ><количеством ><и ><видом ><наполнителей, ><можно ><снижать ><внутренние ><напряжения ><и ><тем ><самым ><повышать ><стойкость ><покрытий ><к ><растрескиванию.>

<Внутренние ><напряжения ><зависят ><от ><многих ><факторов: ><состава ><и ><струк><туры ><материала ><пленки, ><их ><строения, ><условий ><формирования ><и ><эксплуа­><тации.>

<Наибольшие ><внутренние ><напряжения ><возникают ><в ><покрытиях ><из ><высо­><комодульных ><полимеров ><(эфиров ><целлюлозы, ><акриловых ><полимеров, ><желатина ><и ><др.). ><Напряжения ><отсутствуют, ><как ><правило, ><у ><свежеизго><товленных ><масляных, ><алкидных, ><полиуретановых, ><битумных ><покрытий, ><покрытий ><из ><водно-дисперсионных ><красок. ><Значения ><напряжений ><в ><по­><крытиях, ><получаемых ><из ><олигомеров ><(эпоксидных, ><полиэфирных, ><карбамидоформальдегидных), ><зависят ><от ><условий ><их ><формирования: ><как ><правило, ><покрытия, ><отверждаемые ><при ><нагревании, ><являются ><более ><напряженными, ><чем ><полученные ><в ><естественных ><условиях. ><В ><покрытиях, ><сформированных ><из ><растворов, ><приготовленных ><на ><более ><летучих ><раст><ворителях, ><всегда ><происходит ><рост ><внутренних ><напряжений.>

<Независимо ><от ><вида ><покрытий ><нагревание ><приводит ><к ><постепенному ><спаду ><внутренних ><напряжений, ><что ><объясняется ><снижением ><модуля ><упругости ><и ><ускорением ><релаксационных ><процессов.>

<Напряжение ><снижается ><при ><выдержке ><покрытий ><в ><атмосфере ><влажно­><го ><воздуха. ><Характерно, ><что ><уменьшение ><напряжений ><у ><большинства ><покрытий ><не ><коррелируется ><со ><снижением ><адгезии, ><обычно ><опережает ><его. ><Это ><говорит ><о ><том, ><что ><релаксация ><напряжений ><при ><увлажнении ><обуслов­><лена ><комплексным ><влиянием ><влаги ><на ><механические ><и ><адгезионные ><свой­><ства ><покрытий. ><Действительно, ><при ><высушивании ><увлажненных ><образцов ><напряжения ><частично ><или ><полностью ><восстанавливаются.>

<Величина ><нормальных ><напряжений, ><термических, ><не ><зависит ><от ><толщи­><ны ><покрытия.><)>

<Величина ><касательных ><напряжений ><на ><границе ><покрытие ><— ><подложка ><прямо ><пропорциональна ><величине ><нормальных ><напряжений ><и ><толщине ><покрытия. ><По ><А.Т. ><Санжаровскому, ><зависимость ><между ><касательными ><и ><нормальными ><усадочными ><напряжениями. ><в ><покрытии ><описывается ><следующей ><формулой:>

<>

<где ><А ><—эмпирический ><коэффициент; ><h ><—толщина ><покрытия.>

<Распределение ><напряжений ><по ><площади ><покрытия ><неравномерно. ><Значение ><нормальных ><напряжений ><максимально ><в ><центре ><площади ><покрытия ><и ><снижается ><до ><нуля ><у ><края ><покрытия. ><Касательные ><напря­><жения ><близки ><к ><нулю ><в ><центре ><покрытия ><и ><достигают ><максимума ><у ><его ><краев. ><Поэтому ><растрескивание ><редко ><наблюдается ><на ><краях ><покрытия, ><где ><нормальные ><напряжения ><минимальны. ><Наоборот, ><отслаивание, ><если ><оно ><происходит, ><начинается ><у ><кромок ><деталей, ><где ><касательные ><напряже­><ния ><максимальны. ><Возникновение ><трещин ><обычно ><сопровождается ><отсла­><иванием ><покрытия ><у ><краев ><трещины ><как ><результат ><концентрации ><здесь ><касательных ><напряжений.>

<Материал ><подложки ><из ><древесины ><не ><сказывается ><на ><формировании ><усадочных ><напряжений, ><однако ><в ><значительной ><степени ><влияет ><на ><терми­><ческие ><и, ><особенно, ><влажностные ><напряжения, ><которые ><при ><набухании ><подложки ><вызывают ><растягивающие ><напряжения ><в ><покрытиях, ><сумми­><рующиеся ><с ><усадочными ><напряжениями. ><При ><определенных ><условиях ><набухание ><может ><вызывать ><растрескивание ><покрытия.>

<Так ><как ><коэффициенты ><усушки ><и ><набухания ><древесины ><резко ><различ­><ны ><вдоль ><и ><поперек ><волокон, ><то ><по ><характеру ><возникающих ><в ><покрытии ><трещин ><можно ><судить ><о ><природе ><внутренних ><напряжений, ><вызвавших ><это ><растрескивание. ><Трещины ><в ><покрытии, ><расположенные ><вдоль ><воло­><кон ><подложки, ><бывают ><вызваны ><колебаниями ><влажности ><древесины, ><трещины ><поперек ><волокон ><обычно ><возникают ><в ><результате ><температур­><ных ><колебаний ><как ><следствие ><разницы ><в ><коэффициентах ><линейного ><расширения ><полимерного ><покрытия ><и ><древесины ><вдоль ><волокон. ><Нако­><нец, ><сетка ><беспорядочно ><расположенных ><трещин ><указывает ><на ><усадочную ><природу ><вызвавших ><их ><напряжений.>

<Внутренние ><напряжения ><в ><лакокрасочных ><покрытиях ><чаще ><всего ><определяют ><по ><изгибу ><деформируемой ><подложки ><так ><называемым ><кон­><сольным ><методом. ><Суть ><метода ><заключается ><в ><измерении ><отклонения ><от ><первоначального ><положения ><свободного ><конца ><консольно ><закреплен­><ной ><упругой ><пластинки ><с ><нанесенным ><лакокрасочным ><покрытием ><под ><влиянием ><внутренних ><напряжений, ><возникающих ><в ><покрытии. ><Аппара­><турное >< >< ><обеспечение >< >< ><метода, >< ><порядок >< ><проведения >< ><замеров, >< >< ><расчетные>

<формулы ><и ><методика ><обработки ><результатов ><широко ><известны ><и ><подроб­><но ><описаны ><в ><пособиях ><по ><лабораторным ><практикумам.>

<Контрольные ><вопросы. ><1. ><Что ><такое ><смачивание? ><В ><каком ><взаимодействии ><на­><ходятся ><смачивание ><и ><адгезия? ><2. ><Какими ><термодинамическими ><величинами ><харак­><теризуется ><смачивание? ><3. ><Какое ><практическое ><значение ><имеет ><применение ><понятия ><критическое ><поверхностное ><натяжение"? ><4. ><Что ><такое ><градиент ><скорости ><и ><как ><jto ><понятие ><увязать ><с ><процессом ><нанесения ><лакокрасочных ><материалов ><на ><негори><зонтальные ><поверхности? ><5. ><Перечислите ><существующие ><гипотезы ><адгезии ><и ><дайте ><их ><сравнительную ><характеристику. ><6 ><Нужно ><ли ><шлифовать ><древесину ><перед ><нане­><сением ><лакокрасочных ><материалов ><и ><почему? ><7. ><Объясните ><физико-химическую ><сущность ><терминов ><"растекание" ><и ><"розлив" ><лакокрасочных ><материалов. ><8. ><Какие ><различают ><внутренние ><напряжения ><в ><покрытиях ><и ><от ><каких ><факторов ><зависят ><их >значения?

119