Монолитизация покрытий

Закрепление полимера на поверхности, образование адгезионного соединения, как правило, достигается в результате его нагрева до температуры выше температуры плавления Тпл. В зависимости от режима нагрева полимерного порошка возможны следующие три варианта термообработки:

Полимер осаждается на холодную подложку, электростатическим методом, а затем нагревается до Т = Тпл.+ ( 30-50)0С

1. Поверхность предварительно нагревается до Т>Тпл и порошок осаждается на нагретую поверхность.

2. Деталь предварительно нагревается, осаждается покрытие и далее деталь еще раз подвергается термообработке при Т>Тпл.

Такой режим используется при получении покрытий окунанием в псевдосжиженный слой. Нагретая до Тд>Тпл деталь передает слою полимера некоторое количество теплоты, под действием которой происходит нагрев поли- мера и его плавление:

DQ=Cдmд DT; DT=Tд - Тпл.,

где Cд и mд - удельная теплоемкость материала и масса детали.

Это тепло идет на нагрев полимера до температуры плавления и плавление.

Q1=Cполmпол. DТ1; DТ1=Тпол.-Ткомн.

Q2= l mпол.,

где Cпол, mпол, l - удельная теплоемкость материала, масса и удельная теплота плавления полимера.

Откуда следует, что монолитизация полимера возможна при выполнении следующего условия:

D Q ³ Q1+Q2 или Cдmд DT ³ Cполmпол. DТ1 + l mпол

Анализ данного соотношения показывает, что осаждение на предварительно нагретую поверхность эффективно в случаях когда масса изделия, на которое наносится покрытие, достаточно велика, и когда толщина полимерного покрытия достаточно мала. В противном случае необходим значительный перегрев детали, что на начальных стадиях осаждения приводит к деструкции и окислению слоя полимера.

Оптимальным перегревом является превышение температуры плавления на 30-50⁰С. Качественное покрытие формируется, если покрытие полимера имеет температуру большую температуры плавления в течении достаточно длительного времени. Это необходимо для протекания процессов спекания отдельных частиц, растекания слоя полимера по поверхности, имеющих релаксационную природу.

При нанесении полимерного покрытия струйным методом на нагретую поверхность можно выделить следующие основные стадии пленкообразования:

1. Оплавление и закрепление на поверхности отдельных частиц.

2. Увеличение плотности частиц и их слияние (коалесценция).

3. Образование полусплошной пленки.

4. Дальнейшее осаждение частиц и образование сплошной пленки. Полимерные покрытия, формируемые на предварительно нагретой поверхности, как правило, имеют остаточную высокую шероховатость. Иногда приводят для устранения этого дополнительную механическую обработку.

Формирование покрытий на предварительно нагретой поверхности с последующей термообработкой.

При такой схеме термообработки, основными параметрами, определяющими свойства покрытия, являются температура нагрева, время выдержки и скорость охлаждения. При данной схеме формирования отличительной особенностью является изменение направления градиента температур на различных стадиях термообработки. На первом этапе, когда происходит осаждение полимера на нагретую поверхность, наиболее высокая температура достигается на границе раздела, и зона плавления перемещается от границы с подложкой на внешнюю поверхность. На втором этапе термообработки максимальная температура дос- тигается на внешней поверхности покрытия, и тепловой поток направлен на границу с основой.

Такой режим двойной термообработки с способствует формированию более качественных покрытий, имеющих оптимальные структуру и свойства.

В общем случае, температура и длительность обработки оказывают неоднозначное влияние на физико-химические свойства образующихся покрытий, на- пример, на их адгезионную прочность с основой. В этом случае возможно про- явление характерных зависимостей адгезии от времени (или температуры) термообработки трех основных типов (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость прочности адгезионного соединения от температуры термообработки.

Зависимость 1 на рис.1 наблюдается, как правило, для адгезионных систем, в которых в процессе термообработки не протекают существенные физико-химические изменения (окисление, деструкция, структурирование и др.), а ма- териал подложки является достаточно инертным. Примером такой системы является соединение полиэтилен-золото или полиэтилен-серебро.

Наиболее часто встречается зависимость 2, которая характерна для полимеров, которые в процессе нагрева подвергаются термической или термо-окислительной деструкции (эти процессы определяют падение прочности со-

единения при Т>То).

Зависимость 3 появляется при формировании адгезионных соединений полимеров, в которых в процессе нагрева, кроме деструкции, могут протекать другие процессы, например, сшивки. Такая зависимость наблюдается в системах сложного состава, когда в полимер вводятся специальные вещества, существенно изменяющие состав и структуру полимера в определенном интервале температур.

Аналитическое описание процессов адгезионного взаимодействия возможно в рамках диффузионно-релаксационной теории (РД - теории).

Качество порошковых красок, как и любых ЛКМ, в конечном счете, проявляется в покрытиях. При этом немаловажное значение имеют способ и условия их формирования. Последние определяются как составом краски, так и требованиями производства. Можно выделить два аспекта получения покрытий из порошковых красок: физико-химический, связанный с изучением закономерностей слияния частиц, процессов отверждения пленкообразователя и формирования структуры пленок, и технологический, касающийся аппаратуры, технологических режимов, методов подготовки поверхности и др.

В обоих случаях имеются существенные отличия от процессов получения покрытий из жидких красок.

Необходимой стадией формирования покрытий из всех порошковых красок является монолитизация, т.е. слияние частиц на поверхности подложки. Этот естественный для любых дисперсных материалов процесс, обусловленный избытком поверхностной энергии Гиббса (межфазное натяжение для порошковых красок на границе с воздухом составляет 20-50 мДж/м), требует соответствующих условий для осуществления. Определились два приема проведения монолитизации порошковых пленкообразователей: а) нагреванием и б) воздействием жидкостей (растворителей, мономеров и др.). Каждый из них имеет свое назначение, положительные стороны и ограничения.

Для термореактивных красок не менее ответственной является другая стадия отверждение покрытия, происходящее за счет реакций полимеризации или поликонденсации в состоянии расплава. Обычно эти процессы инициируют нагреванием, совмещая с пленкообразованием (монолитизацией частиц). Заслуживает внимания и раздельное их проведение отверждение пленкообразователя путем химического, термического, фотохимического или радиационно-химического воздействия на сформировавшуюся пленку.

Заключительная стадия образования покрытия формирование его структуры связана с процессами молекулярной и надмолекулярной организации в полимерах при охлаждении расплавов. Эта стадия особенно важна при получении покрытий из порошковых красок Tikkurila на кристаллических полимерах. Правильное соблюдение режимов пленкообразования на всех стадиях - необходимое условие получения качественных покрытий. В том числе и при отделке напольных покрытий общественных и произвдственныхз зданий.

Дата добавления: 2017-01-14