ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Внутренние напряжения в покрытиях из олигомеров из "Физико механические свойства полимерных лакокрасочных покрытий" Покрытия на основе эпоксидной смолы. Для исследования использовали Эпоксидную смолу Э-40, а в качестве отвердителя — полиэтиленполиамии в количестве 10 ч. (масс.) на 100 ч. (масс.) смолы. Покрытия и пленки отверждали при комнатной температуре. Отверждение происходит в результате реакции между эпоксидными и аминными группами с образованием трехмерной химической структуры [15, с. 110]. [c.33] валентные колебания групп ОН и ЫНг накладываются. Таким образом, количественное изменение концентрации групп МНг и ОН в процессе отверждения проследить нельзя. Поэтому степень отверждения эпоксидной смолы оценивали по изменению интенсивности поглощения эпоксигрупп (полоса 916 см- ). [c.35] По изменению интенсивности поглощения с помощью уравнения Ламберта — Бэра рассчитывали количество эпоксигрупп (в %),. вступивших в реакцию со-полимеризации в процессе отверждения. [c.35] Прогрев образцов при 100°С-в течение 1 ч приводит к заметному увеличению степени отверждения смолы. Количество вступивших в реакцию эпоксигрупп увеличивается с 70 до 86—88%. Повторный цикл прогрева при 100°С в течение 1 ч практически не изменяет степень отверждения смолы. [c.36] Параллельно со спектроскопическими исследованиями процесса отверждения проводилось изучение усадки и физико-механических свойств эпоксидных пленок. [c.36] По деформационным кривым был рассчитан мгновенный модуль упругости пленок (рис. 1.28, кривая /). В течение первых 4— 5 ч отверждения модуль упругости растет, медленно и по истечении этого времени не превышает 250—300 МПа. Затем начинается интенсивный рост Е[ и к 12—13 ч он составляет 2-10 МПа. В дальнейшем рост мгновенного модуля упругости замедляется и через 17 ч Ей достигнув 2400 МПа, практически больше не изменяется. [c.37] На рис. 1.28 представлены также кривые изменения разрушающих напряжений при растяжении и относительных удлинений при разрыве в процессе отверждения эпоксидных пленок. В начале отверждения разрушающее напряжение при растяжении пленок (кривая 2) растет незначительно и после 5—6 ч достигает 2,5—3 МПа. Затем, аналогично изменению модуля упругости, прочность быстро растет и к 12 ч отверждения составляет 28 МПа. В дальнейшем рост Ср замедляется и после 17 ч, достигнув значения 30 МПа, 0р практически больше не увеличивается. Относительные удлинения при разрыве (кривая 3) до 4 ч отверждения имеют значения 90—100%. В последующие 6 ч отверждения они резко падают до 10— 15%, а затем снижаются медленно и через 15—16 ч достигают стабильных значений 4—5%. [c.37] Процесс отверждения покрытий из эпоксидной смолы Э-40 при комнатной температуре можно условно разбить на три стадии. [c.38] Предельные внутренние напряжения заметно возрастают, однако абсолютная их величина мала, что обусловлено небольшой усадкой. Действительные внутренние напряжения практически равны нулю, что связано с малыми значениями предельных внутренних напряжений и легкостью протекания релаксационных процессов, как это следует из деформационных кривых (см. рис. 1.27, кривая 2). [c.39] Покрытия на основе полиэфирной смолы. Для исследования использовали лак ПЭ-29, представляющий собой раствор ненасыщенной полиэфирной смолы в стироле. Этот лак применяется для декоративной отделки изделий из древесины. Его отверждение при нормальной температуре длится в течение суток. [c.40] Параллельно со спектроскопическими исследованиями процесса отверждения лака изучались усадка и физико-механические свойства пленок. В процессе отверждения лака ПЭ-29 происходит частичное испарение стирола, поэтому усадка пленок обусловливается уплотнением полимера за счет протекания химической реакции отверждения и испарения стирола (рис. 1.31). Усадка пленок в результате химической реакции (кривая 2) вначале растет интенсивно (в первые 8 ч), затем замедляется и по истечении 12— 13 ч прекращается. Усадка пленок от испарения стирола (кривая /) наблюдается лишь в первые 3—4 ч отверждения, а затем, вероятно, вследствие увеличения вязкости системы и уменьшения концентрации свободного стирола прекращается (к этому времени она составляет около 20% от общей усадки). Суммарная усадка пленок лака в зависимости от химической реакции и испарения стирола представлена кривой 3 на рис. 1.31. [c.42] В начале процесса отверждения (через 4 ч) пленки лака представляют собой типичный разбавленный студень и деформируются лишь с малыми периодами релаксации (рис. 1.32, кривая 1). По мере отверждение лака пленки переходят в высокоэластическое состояние с большими периодами релаксации (кривей Р). [c.42] В процессе отверждения рленок происходит существенное изменение мгновенного модуля упругости (рис. 1.33). Вначале наблюдается медленный рост модуля упругости и через 5 ч 1 составляет всего лишь 100 МПа. В дальнейшем мгновенный модуль упругости нарастает быстрее, и после 8 ч отверждения величина его составляет 1200 МПа. Затем происходит существенное замедление роста мгновенного модуля упругости, и после 12 ч отверждения, достигнув 1500 МПа, он практически перестает изменяться. Про- грев пленок лака в течение 1ч при 100 °С вызывает увеличение мгновенного модуля упругости с 1,5-10 до 3-103 МПа. [c.43] Разрушающее напряжение при растяжении пленок изменяется аналогично модулю упругости (см. рис. 1.33, кривая 2). [c.43] Консольным методом исследовались действительные внутренние напряжения в покрытиях различной толщин . Результаты исследований представлены на рис. 1.34 (кривые 2, 3). Видно, что действительные внутренние напряжения начинают расти через 4—5 ч после начала отверждения и к концу отверждения составляют 0,5—0,6 МПа. Действительные внутренние напряжения оказались на порядок меньше предельных. Из полученных данных следует, что, несмотря на интенсивное развитие релаксационных процессов в покрытиях на стадии роста внутренних напряжений, последние от толщины покрытия не зависят. [c.45] Проведенные исследования показали, что полиэфирный лак ПЭ-29, отвержденный в течение 24 ч при комнатной температуре, содержит 36% двойных связей полиэфирной смолы и 23% двойных связей стирола, не вступивших в реакцию. При этом пленки лака имели 1 = 1500 МПа, ар = 28 МПа и ер = 17% (такие физико-механические показатели считаются оптимальными). Дополнительный прогрев пленок в течение 1 ч при 100 °С приводит к увеличению глубины отверждения (в лаке остается 10% двойных связей полиэфирной смолы и 5%- двойных связей стирола). Мгновенный модуль упругости увеличи-, вается с 1,5-10 до 3-10 МПа, а относительные удлинения при разрыве уменьшаются с 17 до 8%, т. е. жесткость материала возрастает примерно в два раза. При этом разрушающие напряжения при растяжении пленок увеличиваются с 28 до 45 МПа. [c.45] Приведенные данные показывают, что оптимум физико-механических свойств пленок был достигнут благодаря торможению химической реакции отверждения лака из-за мягких условий (комнатная температура). Поэтому полученные свойства являются неустойчивыми. Если при эксплуатации изделия произойдет его нагревание, то дальнейшее развитие процесса отверждения может буквально за 1—1,5 ч привести к радиальному изд енению свойств покрытия. [c.45] Однако лак, используемый для отделки древесины, не подвергается воздействию температуры порядка 100°С. Поэтому представляло интерес исследовать влияние более низких температур на глубину отверждения и физико.механические свойства пленок лака. [c.45] Процесс отверждения полиэфирного лака ПЭ-29 при комнатной и повышенных температурах также можно разбить на три стадии. Первая стадия отверждения (5 ч при 22°С и 1 ч при 30 °С) характеризуется интенсивным взаимодействием полиэфирной смолы и стирола. На этой стадии отверждения в результате сополимеризации полиэфирной смолы со стиролом завершается формирование сплошной трехмерной сетки с редкими химическими поперечными связями. Это обусловливает низкие прочностные характеристики пленок и легкость протекания релаксационных процессов в системе. Поэтому на данной стадии отверждения покрытий внутренние напряжения практически не возникают. [c.46] Вторая стадия отверждения покрытий характеризуется по-прежнему интенсивным взаимодействием смолы и мономера, ростом количества поперечных связей, мгновенного модуля упругости (см. рис. 1.33, кривая I) и прочности (см. рис. 1.33, кривая 2). Интенсивность усадки несколько снижается, что связано с прекращением испарения стирола и, возможно, с возрастающей жесткостью полимера. Значительные величины мгновенного модуля упругости обусловливают высокие предельные внутренние напряжения и увеличение действительных внутренних напряжений, несмотря на замедленный рост усадки. Тем не менее действительные внутренние напряжения оказываются примерно на порядок меньше предельных, что обусловлено, как это следует из деформационных характеристик (см. рис. 1.32), исключительно развитием высокоэластических деформаций в покрытиях. [c.46] Вернуться к основной статье