ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Аналитические методы исследования из "Методы определения механических и адгезионных свойств полимерных покрытий" Внутренние напряжения не являются физической характеристикой покрытия. Величина внутренних напряжений определяется несколькими физико-химическими и механическими показателями материала покрытия и подложки и режимом отверждения покрытия. В связи с этим представляют интерес аналитические методы исследования внутренних напряжений для выявления роли отдельных параметров покрытия, определяющих величину внутренних напряжений. [c.31] Основной причиной возникновения внутренних напряжений в покрытии является усадка покрытия. Причины усадки могут быть различными. Покрытие может претерпевать усадку в процессе формирования и эксплуатации. [c.31] При получении покрытий усадка может обусловливаться испарением растворителя, протеканием химических реакций (полимеризация, сополимеризация, поликонденсация и др.) надмолекулярного структурообразова-ния и теплового расширения или сжатия при изменении температуры окружающей среды. [c.31] В процессе эксплуатации усадка может происходить вследствие молекулярного и надмолекулярного структурирования и деструкции, испарения пластификаторов и поглощения влаги и газов из окружающей среды и других факторов. [c.31] Если покрытие имеет достаточную адгезию к изделию, то усадка в нем свободно развиваться не может, поэтому в зависимости от знака усадки (сжатие или растяжение) покрытие окажется сжатым или растянутым против равновесного состояния, т. е. в покрытии возникнут внутренние напряжения. Сделаем расчет внутренних напряжений, возникающих в покрытии, отверждающемся при постоянной температуре за счет испарения растворителя. [c.31] При этом в пленке не возникнет никаких внутренних напряжений. Это подтверждено опытами при формировании полимерных пленок на поверхности ртути. Если же такая пленка будет адгезирована на жесткой подложке, то при испарении растворителя она сможет уменьшить только высоту, а по длине и ширине она не сократится и окажется растянутой на величину Абу. В результате в пленке возникнут внутренние напряжения. В данном случае пленка будет находиться в плоском напряженном состоянии. [c.32] Рассмотрим два крайних случая. [c.33] Из уравнений (32) и (33) следует, что для определения предельных внутренних напряжений достаточно иметь кинетические кривые усадки Sy и мгновенного модуля упругости El- Для вычисления же действительных внутренних напряжений в покрытии необходимо знать (см. уравнение 29) модуль высокоэластической деформации 2, вязкость Г) и период релаксации т. Так как последние параметры получить весьма трудно, то практически проще определять кажущийся модуль Е из деформационных кривых и вести расчет по уравнению (27). Однако уравнение (29) оказывается весьма полезным при анализе процесса возникновения Tj, в полимерных покрытиях. [c.34] Для числового решения уравнения (27) необходимо опытным путем получить зависимости усадки и модуля упругости от влажности и деформационные кривые пленок различной влажности. [c.34] Уравнение (36) определяет предельные внутренние термические напряжения. Поскольку нагрев покрытий всегда идет с конечной скоростью, то действительные внутренние напряжспвя будут почти всегда меньше предельных, кроме напряжений в застеклованных полимерах, в которых релаксационные процессы практически не развиваются. [c.35] Уравнение, описывающее возникновение внутренних напряжений на стадии формирования покрытия, нами проверялось на желатиновых полиэфирных и эпоксидных покрытиях. Для этой цели в процессе отверждения покрытия снимались деформационные кривые, рассчитывался модуль упругости Е и определялась усадка. По этим данным с помощью уравнения (27) делалась количественная оценка предельных и действительных напряжений в покрытиях. [c.35] Для желатиновых покрытий действительные внутренние напряжения оказались равными 350 кГ/см , что удовлетворительно согласуется с данными прямого определения напряжений в этих покрытиях 300—350 кГ/см . Предельные внутренние напряжения оказались равными 450 кГ/см , что заметно больше, чем действительные. Сравнение действительных и предельных напряжений показывает вклад релаксационных процессов в снятие внутренних напряжений [2, 9]. [c.35] В эпоксидных и полиэфирных покрытиях предельные напряжения оказались на порядок больше действительных. Отсюда следует, что в последних покрытиях роль релаксационных процессов в снятии внутренних напряжений значительно больше, чем в желатиновых [7]. [c.35] В табл. 1 приведены экспериментально определенные зависимости от температуры модуля упругости Ех, коэффициента теплового расширения а , экспериментальных внутренних термических напряжений Ов, и внутренних напряжений ай, т, рассчитанных по 1 и а1 с помощью уравнения (36). Коэффициент Пуассона на основе работы [36] нами принят равным 0,35. Из данных таблицы следует, что совпадение величин внутренних напряжений, полученных расчетом и прямым экспериментом, вполне удовлетворительное. В наполненных покрытиях внутренние напряжения оказались несколько больше, чем в нена-полненных. [c.36] Приведенные в табл. 1 расчеты важны не только как метод вычисления величин внутренних напряжений, но и как метод их исследования. Так, например, многие авторы считают, что введение наполнителей в полимерные покрытия снижает величину внутренних напряжений, поскольку они снижают коэффициент теплового расширения полимера, приближая его к коэффициенту подложки. [c.36] Из уравнения (36) видно, что влияние наполнителей на внутренние термические напряжения в покрытиях определяется изменением модуля упругости коэффициента Пуассона (х и коэффициента тенлового расширения ах-Рост Ех и снижение [х обусловливают увеличение, а уменьшение ах — снижение термических внутренних напряжений. Так как при введении наполнителей коэффициент Пуассона может изменяться на 15—20%, а модуль упругости и коэффициент теплового расширения — в несколько раз, то очевидно, что изменение внутренних напряжений в покрытиях при их наполнении определится интенсивностью изменения Ел и ал. Понятно, что при этом определяются три случая влияния наполнителей на изменение внутренних термических напряжений. [c.37] Из приведенного примера ясно, что аналитические методы изучения внутренних напряжений в полимерных покрытиях позволяют не только определить величину 0в,т, но и выявить параметры, обусловливающие данную величину напряжений, а отсюда наметить правильные пути создания покрытий с возможно малыми внутренними напряжениями. [c.37] Вернуться к основной статье