ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Внутренние термические напряжения в покрытиях из "Физико механические свойства полимерных лакокрасочных покрытий" Внутренние термические напряжения исследовали в покрытиях из термопластичных (перхлорвиниловая смола, полиэтилен, нитрат целлюлозы) ц термореактивных (эпоксидная, полиэфирная и полиуретановая смолы) полимеров [16—22]. Исследования внутренних напряжений проводили консольным методом на металлических подложках. [c.48] При нагревании нитроцеллюлозных покрытий внутренние напряжения снижаются (кривая 1), во время выдержки при 100°С не изменяются, а при охлаждении возвращаются к исходному значению. Последующие циклы испытаний в указанном режиме вызывали аналогичное изменение внутренних напряжений. [c.48] Параллельно с определением термического коэффициента линейного расширения снимали деформационные кривые этих же пленок при различных температурах. Результаты исследований представлены на рис. 1.36. [c.51] По деформационным кривым были рассчитаны мгновенные модули упругости пленок. Результаты расчетов приведены на рис. 1.37. Модуль упругости пленок нитрата целлюлозы при нагревании и последующем охлаждении изменяется обратимо (кривая/). [c.52] Располагая температурной зависимостью термического коэффициента линейного расширения и мгновенного модуля упругости, можно рассчитать предельные внутренние напряжения для покрытий из -этих полимеров с пом-ощью уравнения (1.14). Результаты расчетов напряжений для нитропокрытий были приведены на рис. 1.35. Кривая 6 показывает, что предельные напряжения хорошо совпадают с действительными внутренними напряжениями, определен ными консольным методом. Этого и следовало ожидать, поскольку нитрат целлюлозы в указанном интервале температур находится в стеклообразном состоянии. [c.53] Иная картина наблюдается для покрытий из лака ИЭ-29. Расчеты предельных внутренних напряжений показали, что они в 10—15 раз больше действительных внутренних напряжений. Это объясняется тем, что полиэфирная смола в исследованном интервале температур ведет себя как высокоэластическое тело (см. рис. 1.36), и поэтому кажущийся модуль упругости много меньше мгновенного. Изменение действительных внутренних напряжений в полиэфирных покрытиях описывается уравнением (1.7), из которого следует, что действительные внутренние напряжения во столько раз. меньше предельных, во сколько кажущийся модуль упругости меньше мгновенного. Таким образом, за счет развития высокоэластической деформаций действительные внутренние напряжения в полиэфирных покрытиях в 10—15 раз меньше предельных (см. рис. 1.34). [c.53] Опыты показали, что в покрытиях из перхлорвиниловой смолы внутренние напряжения релаксируют за счет развития вынужденно-эластической, а в полиэфирных покрытиях — высокоэластической деформации. Если скорость нагревания или охлаждения увеличить, то величина этих деформаций уменьшится. Вследствие этого, как следует из уравнения (1.11), действительные внутренние напряжения возрастут, стремясь к предельным. Этот вывод подтверждается опытами на покрытиях из перхлорвиниловой смолы и полиэфирного лака ПЭ-29 (рис. 1.38). [c.53] Образцы с покрытиями нагревали до 100 °С, а затем охлаждали, одну партию образцов медленно, а вторую — быстро. Как видно из рис. 1.38, внутренние напряжения в, быстро охлаждавшихся покрытиях оказались вдвое больше. [c.54] Таким образом, в покрытиях из жестких термопластичных полимеров при изменении температуры внутренние термические напряжения изменяются обратимо. [c.56] В покрытиях из термореактивных полимеров внутренние напряжения также изменяются обратимо, если покрытия полностью отверждены, как, например, в случае полиуретана (лак УР-930). Если же термообработке подвергаются не полностью отвержденные покрытия, то при высоких температурах происходит их доотверждение, которое приводит к необратимому изменению внутренних напряжений и свойств таких локрытий. [c.56] Если при нагревании покрытий развиваются пластические (перхлорвиниловая смола) или высокоэластические (лак ПЭ-29) деформации, то внутренние напряжения релаксируют. [c.56] В некоторых покрытиях при изменении температуры происходит растрескивание, вызываемое внутренними напряжениями. К рассмотрению вопроса о разрушении полимерных покрытий под действием внутренних напряжений мы вернемся в гл. 3. [c.56] Внутренние напряжения в покрытиях, формирующихся при повышенных температурах. Если покрытие формируется при высокой температуре, а затем охлаждается до комнатной, то возникающие в нем внутренние напряжения будут складываться из напряжений усадки вследствие испарения растворителя при реакций полимеризации и внутренних термических напряжений, возникающих при охлаждении покрытия. [c.56] Аналогичная картина изменения внутренних напряжений наблюдается и в покрытиях из полиуретанового лака УР-930 (кривая 3) с тем лишь отличием, что цри комнатной температуре внутренние напряжения релаксируют с 7—8 до б МПа, а затем не изменяются. [c.57] Несмотря на большую глубину полимеризации и усадку в процессе отверждения покрытий при высоких температурах, в них возникают внутренние термические напряжения малой величины. [c.58] При температуре 110°С отвержденные пленки смолы ЭД-20 находятся в высокоэластическом состоянии и имеют мгновенный модуль упругости, равный 20—30 МПа. Пленки лака ПЭ-29 при температуре 60 °С также находятся в высокоэластическом состоянии и имеют Е1= 100 МПа. Поэтому в исследованных- покрытиях при указанных температурах возникают незначительные внутренние напряжения, которые к тому же легко релаксируют. [c.58] При охлаждении отвержденных покрытий они переходят в стеклообразное состояние. Эго приводит к резкому росту мгновенного модуля упругости полимера и торможению релаксационных процессов, что обусловливает существенный рост внутренних термических напряжений. [c.58] В заключение приведем результаты исследования процесса отверждения покрытий из полиэфирного лака ПЭ-220. Лак ПЭ-220 представляет собой раствор полиэфирной ненасыщенной смолы в триэтиленглико-левом эфире метакриловой кислоты (Т2М-3). Для снижения вязкости в лак вводят разбавитель (ацетон) В основе отверждения лака лежит реакция сополимеризации полиэфирной смолы с ТГМ-3 по двойным связям. Отверждение лака рекомендуется проводить при 60 °С в течение 3 ч. [c.58] Покрытия из этого лака при отверждении будут испытывать физическую усадку от испарения разбавителя, химическую усадку вследствие сополимеризации полиэфирной смолы с ТГМ-3 и термическую усадку при охлаждении отвержденных покрытий. Лак отверждался по следующей схеме а) нанесение лака на подложку и выдержка на воздухе при комнатной температуре б) нагрев до температуры отверждения и выдержка при заданной температуре в) охлаждение после отверждения до комнатной температуры. [c.58] Вернуться к основной статье