ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Влияние толщины пленки на внутренние напряжения в покрытиях из "Структура и свойства полимерных покрытий" Одна из особенностей полимерных покрытий состоит в том, что структура и свойства их неоднородны по толщине пленки и зависят от нее. Причина этого явления связана с неравномерным отверждением покрытий по толщине пленки и влиянием на этот процесс адсорбционного взаимодействия пленкообразующего с подложкой. Вследствие неодинаковой скорости отверждения неравномерное распределение внутренних напряжений в поверхностных слоях имеет место и при формировании блочных материалов. [c.105] В [35] приведены данные исследования распределения внутренних напряжений по толщине блоков из термореактивных пластиков по изгибу узкой ленты и поляризационно-оптическим методом. Напряжения в поверхностных слоях материалов в зависимости от их знака и характера распределения могут оказывать различное влияние на механические свойства изделий. В случае металлов в ряде случаев остаточные напряжения специально создаются путем их дробеструйной обработки, прокатки или изгиба для улучшения несущей способности [138, 139]. Используются также процессы поверхностного сжатия стеклопластиков для увеличения прочности изделий [138]. Создание отрицательных внутренних напряжений в поверхностном слое улучшает прочность на изгиб. Однако в большинстве случаев внутренние напряжения ухудшают прочность и другие свойства блочных материалов, вызывают их коробление при шлифовании и дальнейшей механической обработке [140—145]. В стеклах внутренние напряжения возникают в результате незавершенности релаксационных процессов, связанной с неравномерным их охлаждением. В термопластах отрицательные внутренние напряжения до некоторой оптимальной величины способствуют увеличению прочности изделий на изгиб. Однако, начиная с некоторого критического значения, они вызывают растрескивание деталей. Отрицательное влияние они оказывают на долговечность материалов и изделий. В связи с этим и для блочных материалов большое значение имеет разработка физико-химических путей понижения внутренних напряжений до минимально возможного значения. [c.105] Для исследования распределения внутренних напряжений по толщине образца использован метод, аналогичный методу, применяемому для испытания металлов [146, 147], основанный на измерении искривления полоски, вырезанной из образца, в результате нарушения равновесия сил и проявления внутренних напряжений при последовательном удалении каждого слоя. Образцы брались в виде дисков диаметром 100 мм и толщиной 6 мм. Из центра диска вырезалась полоса шириной 6 мм. Благодаря симметрии образца удаление слоев проводилось в средней части фрезой на токарном станке. Образцы располагались так, чтобы одна из формованных сторон была в плоскости резания четвертьдюймо-вой концевой фрезы, которая укреплялась на щпинделе токарного станка. Посредством микрометрического винта срезалась поверхность 6X6 мм. С образца последовательно удалялись слои толщиной около 100 мкм и изгиб образца определялся после каждого выреза с помощью оптического приспособления. Освещенный волосок отражался от плоскости зеркала, которое было установлено на свободном конце образца, и наблюдался в катетометр-телескоп, который устанавливался горизонтально по микрометру со шкалой 0,001 см. [c.106] Для устранения действия на изгиб образца тепла, выделяющегося при резании инструментом, и действия влаги из атмосферы, образец во время обработки погружался в ртуть с температурой 0°С и покрывался воском с низкой температурой плавления. [c.106] Исследование характера распределения внутренних напряжений по толщине образцов имеет большое практическое значение для правильного выбора условий эксплуатации изделий и определения их долговечности. Из анализа приведенных результатов следует, что коробление и растрескивание не всегда вызывается внешними напряжениями. Прочность при разрыве составляет около 1/4 прочности при сжатии. Самовроизвольное разрушение фенольных пластиков было обнаружено ири длительном воздействии внутренних напряжений, составляющих 7з от кратковременной прочности по стандарту. [c.108] При механической обработке обычно изделие испытывают на изгиб, поэтому выгодно иметь изделие в сжатом состоянии. В связи с этим при испытании на изгиб прочность таких напряженных изделий возрастает и достигает значений на 50—100% больше, чем при разрыве. [c.108] Внутренние напряжения, оцениваемые тащим методом, являются условной характеристикой, так как образец представляет собой балку, состоящую из покрытия, нанесенного на древесину, модуль упругости которой в 2—3 раза больше, чем модуль покрытия. В связи с тем, что общая толщина балки составляла около 8 мм и толщина подложки значительно превышала толщину покрытия, расчет внутренних напряжений осуществлялся с учетом среднего модуля упругости древесины. [c.109] При измерении внутренних напряжений поперек волокон влияние пропитки древесины пленкообразующим проявляется в большей мере на границе покрытие — подложка. Аналогичный характер распределения внутренних напряжений в покрытиях наблюда-етсяшри формировании их на других породах древесины. [c.110] Эта неравномерность протекания процесса отверждения проявляется также и в покрытиях значительно меньщей толщины. Об этом свидетельствуют данные о неоднородной структуре по толщине покрытий, а также результаты исследования кинетики формирования покрытий. Из кинетических данных следует, что скорость нарастания внутренних напряжений увеличивается с уменьшением толщины покрытий. По данным [13, 37 и 148], эта закономерность обнаружена для полиэфирных и эпоксидных покрытий. [c.111] Оказалось, что и скорость использования функциональных групп в процессе полимеризации также зависит от толщины покрытий. При исследовании кинетики полимеризации полиэфирных покрытий различной толщины обнаружено, что наиболее полно и быстро полимеризационные процессы протекают в тонких покрытиях (толщиной 10—15 мкм). Процесс полимеризации в таких покрытиях заверщается в течение 20—30 мин. [c.111] С увеличением толщины покрытий до 30— 40 мкм скорость полимеризации резко замедляется. Мамоимальное число двойных связей, участвующих в полимеризации, сокр ащается до 80%, а время их расходшаи ия составляет 90—120 мин ((рис. 2.56). [c.111] Закономерности в изменении внутренних напряжений от толщины наблюдались для латексных систем различного химического состава. Немонотонное изменение внутренних напряжений (в зависимости от толщины покрытий наблюдалось для алкилакрилатов, содержащих в боковых цепях различные функциональные группы. Эти закономерности не зависят от условий формирования латексных покрытий. С увеличением прочности пленки критическая толщина, соответствующая образованию дефектной структуры, смещается в область больших толщин. [c.116] что подбирая оптимальную толщину последовательно наносимых слоев, можно уменьшить внутренние напряжения в многослойных покрытиях общей толщиной 200—300 мкм в 1,5— 2 раза. Однако при нанесении большого числа слоев значительно усложняется технология получения материалов. [c.117] Весь комплекс полученных данных свидетельствует о том, что особенность латексных покрытий на основе эластомеров определяется сравнительно небольшой величиной внутренних напряжений, изменяющихся в пределах от 0,1 до 1 МПа. Однако для латексных пленок, имеющих небольшую прочность, эти напряжения в ряде случаев становятся критическими. Они вызывают разрушение латексных покрытий и коробление дублированных материалов, что значительно усложняет процесс изготовления изделий и ухудшает их качество. [c.117] Нарастание напряжений с увеличением толщины пленки установлено для покрытий на основе полиуретана, нитрата целлюлозы, акриловой, алкидной и эпоксидной смол. Причина этого явления связывается с тем, что модуль упругости покрытий для слоев, граничащих с подложкой, в несколько раз больше, чем для наружных слоев пленки. Это приводит к нарастанию внутренних напряжений в направлении от наружной к внутренней поверхности. Неравномерный характер распределения внутренних напряжений по толщине вызывает искривление образцов при отверждении покрытий на тонких подложках со слоем покрытия на ее вогнутой стороне. [c.120] Значительное влияние толщина покрытий оказывает на густоту пространственной сетки. Для полиуретанов, нанесенных на различные подложки [159], с увеличением взаимодействия с поверхностью густота пространственной сетки тем больше, че м меньше толщина пленки. [c.121] Вернуться к основной статье