ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение внутренних напряжений в покрытиях из "Физико механические свойства полимерных лакокрасочных покрытий" Анализ закономерностей возникновения и изменения -внутренних напряжений, проведенный в гл. 1, и исследование прочностных свойств покрытий (см. гл. 2), позволяет рассмотреть условия, разрушения полимерных покрытий под действием внутренних напряжений [1, 2]. [c.110] Чтобы выбрать теорию прочности для рассмотрения условия разрушения полимерных и лакокрасочных покрытий под действием внутренних напряжений, необходимо проанализировать состояние материала и характер напряженного состояния покрытия. Как упоминалось в предыдущей главе, покрытия могут претерпевать хрупкий, высокоэластический и пластический разрыв, и с этой точки зрения их разрушение не может быть рассмотрено с позиций единой теории прочности. Однако задача упрощается, если обратиться к напряженному состоянию покрытий. Под действием внутренних напряжений в полимерном покрытии возникает равноосное плоское напряженное состояние. Нетрудно видеть, что для данного напряженного состояния жесткость нагружения g = О, т. е. нагружение покрытия является предельно жестким, а это значит, что при этих условиях в большинстве случаев дайе эластические покрытия будут разрушаться путем отрыва, т. е. хрупко. Высказанные соображения позволяют провести рассмотрение процесса разрушения покрытий под действием внутренних напряжений на основе первой теории прочности, принимая.за критерий разрушения максимальные нормальные внутренние напряжения. [c.111] тело разрушается, если максимальное напряжение Стах становится равным ИЛИ большим его кратковременной прочности 0к на отрыв. [c.111] Для полимерных и лакокрасочных покрытий этот случай наиболее часто реализуется на практике. Для наглядности уравнение (3.3) представлено графически на рис. 3.1. В покрытии имеются внутренние напряжения Ов (прямая /). Изменение кратковременной прочности покрытия с ростом толщины описывается кривой 2 в соответствии с уравнением Вейбула. По-,, скольку покрытие находится в хрупком состоянии, то его установившаяся длительная прочность для каждой толщины составляет 0,5 от 0к и описывается кривой 3. [c.112] Теория разрушения хрупких покрытий была использована при анализе морозостойкости локрытий из грунтовки АК-070 [6]. В области отрицательных температур при увеличении толщины с 25 до 150 мкм разрушающие напряжения при растяжении покрытий снижаются со 100—120 до 35 МПа в соответствии с уравнением (2.1). Внутренние термические напряжения от толщины покрытий не зависят и при температуре —80 °С составляют 38—40 МПа. Покрытия толщиной более 50 мкм самопроизвольно разрушаются, поскольку для этих покрытий внутренние напряжения соизмеримы с разрушающими напряжениями при растяжении. Покрытия толщиной 25— 30 мкм устойчивы к растрескиванию даже при —100 °С, так как внутренние напряжения в таких покрытиях в 2 раза меньше разрушающих напряжений при растяжении. [c.113] Следует заметить, что случаи разрушения эластических покрытий под действием внутренних напряжений не так уж редки. Наблюдались случаи разрушения покрытий лака ПЭ-29 и ПХВ в высокоэластическом состоянии. Эти лаки разрушались под действием внутренних напряжений, составляющих всего 10—15% их кратковременной прочности. [c.114] Рассмотрим соотношение (3.6) для различных типов разрушения покрытий. [c.114] Поскольку экспериментально определять относительные удлинения при разрыве покрытий на подложках весьма трудно, то значительно проще и правильнее рассматривать условия разрушения покрытий через внутренние напряжения. [c.115] Для проверки сформулированных положений, о разрушении полимерных покрытий под действием внутренних напряжений было проведено испытание покрытий при циклических тепловых воздействиях и в процессе старения в естественных атмосферных условиях. В первом случае внутренние напряжения изменялись сравнительно быстро. Таким образом имитировались условия кратковременного механического нагружения полимерных покрытий. Во втором случае (атмосферное старение) внутренние напряжения изменялись очень медленно и длительное время воздействовали на покрытие здесь наглядно проявилось влияние временного фактора на разрушение покрытий. [c.115] В данном разделе приведены результаты исследования покрытий из полиэтилена и полиэфирных лаков ПЭ-29 и ПЭ-220 в исходном состоянии (после отверждения) и после старения в течение 40 дней [9, 10] (рис. 3.2—3.4). Исследования проводились по следующей методике. [c.115] Покрытия после отверждения подвергались циклическому изменению температуры от 20 до —60°С, от —60 до 100°С и от 100 до 20 °С. При этом определялись зависимости разрушающих напряжений при растяжении, относительные удлинения при разрыве и внутренних напряжений в покрытиях от температуры. [c.115] Затем покрытия подвергались термостарению при 110°С в течение 5—10,дней, после чего повторялось циклическое температурное воздействие и определялись названные зависимости. [c.116] В покрытиях из отвержденного полиэфирного лака ПЭ-29 в результате циклического температурного воздействия появлялись трещины, но это происходило при температуре 80—100 °С. После термостарения эти покрытия также становились устойчивыми к разрушению. [c.116] Было замечено, что на покрытиях из лака ПЭ-220 и полиэтилена при их разрушении образовывалась густая сетка беспорядочно расположенных трещин. На покрытиях же из лака ПЭ-29 отдельные трещины появлялись после некоторого выдерживания покрытий при температурах 80—100 °С. [c.117] Для выявления роли исследованных параметров на устойчивость покрытий к разрушению были сопоставлены кратковременная прочность Ок, внутренние напряжения Ов, отношение ав/ок и относительные удлинения при разрыве ер исследованных покрытий в момент их растрескивания. В табл. 3.1 приведены значения этих параметров для продолжительности старения и температуры, при которых покрытия обладали минимальными относительными удлинениями при разрыве (последние для всех трех покрытий были минимальными при температуре —60°С после 40 дней старения). [c.117] Покрытия из полиэтилена при циклических тем пературных воздействиях после отверждения устойчивы к растрескиванию в интервале температур от —60 до 100 °С. Из рис. 3.3 видно, что во всем указанном интервале температур разрушающие напряжения при растяжении покрытий выше внутренних напряжений (кривые 1,2). [c.119] При термостарении в полиэтилене протекает термоокислительная деструкция, поэтому прочность и относительные удлинения при разрыве покрытий уменьшаются, а внутренние напряжения несколько возрастают. В итоге после 40 дней старения в процессе циклических изменений температуры при —40°С внут-ре нние напряжения достигают значений разрушающих напряжений при растяжении, и покрытия разрушаются. [c.119] Несколько неожиданным на первый взгляд казалось появление трещин в покрытиях из лака ПЭ-29 при их нагревании до температуры 100°С после отверждения. В момент появления трещин кратковременная прочность покрытия была в 4—5 раз больше внутренних напряжений, а относительные, удлинения при разрыве, определенные на разлывной машине, составляли 8% (см. табл. 3.1). Разрушение покрытий из лака ПЭ-29 можно объяснить с помощью теорий длительной прочности полимерных покрытий, согласно которой существенное снижение относительных удлинений при разрыве полимера в высокоэластическом состоянии происходит с уменьшением разрушающих напряжений. Так как длительная прочность эластичных покрытий достигает всего 10—15% от кратковременной, то напряжения, составляющие 20— 257о от кратковременной прочности, сравнительно быстро вызывают появление- отдельных трещин в этих покрытиях при 100 °С. Относительные же удлинения при разрыве под действием внутренних напряжений, в 5 раз меньших кратковременной прочности, естественно, были значительно меньше тех, которые определялись ца разрывной машину. [c.119] Для проверки представлений о механизме самопроизвольного разрушения полимерных и лакокрасочных покрытий под действием внутренних напряжений были проведены широкие исследования изменения физико-механических свойств большого количества покрытий и внутренних напряжений в них в процессе атмосферного старения, вплоть до разрушения [II, 12]. [c.120] В качестве объектов исследования были взяты лакокрасочные покрытия на основе нитрата целлюлозы (6 лаков и 4 эмали) и перхлорвиниловой смолы (6 лаков и 3 эмали). [c.120] Вернуться к основной статье