Осаждение покрытия на предварительно нагретую поверхность

Такой режим используется при получении покрытий окунанием в псевдо-

сжиженный слой. Нагретая до Тд>Тпл деталь передает слою полимера неко-

торое 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 тепло-

та плавления полимера.

Откуда следует, что монолитизация полимера возможна при выполнении следующего усло- вия:

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 покры- тие, 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 окисле- нию слоя полимера.

Оптимальным перегревом является превышение температуры плавления на

30-500. Качественное покрытие формируется, если покрытие полимера имеет температуру большую температуры плавления в течении достаточно длитель- ного 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 по- верхность 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 поверхно-

сти, 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 ка-

чественных покрытий, имеющих оптимальные структуру и свойства.

В общем случае, температура и длительность обработки оказывают неодно- значное 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) тер- мообработки трех основных типов (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость прочности адгезионного соединения от температуры термообработки.

Зависимость 1 на рис.2 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 яв- ляется соединение полиэтилен-золото или полиэтилен-серебро.

Наиболее часто встречается зависимость 2, которая характерна для полиме- ров, 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 по-

лимеров, в которых в процессе нагрева, кроме деструкции, могут протекать другие процессы, например, сшивки. Такая зависимость наблюдается в систе- мах сложного состава, когда в полимер вводятся специальные вещества, суще- ственно изменяющие состав и структуру полимера в определенном интервале температур.

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

Лекция 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАНЕСЕНИЮ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ

В настоящее время во всех промышленно развитых странах наблюдается стремитель- ный рост спроса на порошковые лакокрасочные материалы из-за их преимущества по срав- нению с традиционными органоразбавляемыми красками.

Порошковые краски - композиционный материал на основе термопла- стичных и термореактивных полимеров. Это перспективный вид лакокрасоч-

ных материалов, что обосновано с экологических, экономических и технологи-

ческих позиций. Они находят все более широкое распространение в различных отраслях промышленности.

Коэффициент использования материала при получении покрытий из дис-

персных полимеров составляет 97-98 %, что говорит о безотходности произ- водства, так как возможно улавливание и вторичное использование материала.

При получении же покрытий из жидких красок коэффициент использования материала не превышает 85 %.

В связи с отсутствием органических растворителей и токсичных компо- нентов в порошковых красках при их применении улучшаются санитарно- гигиенические условия труда работающих в окрасочных цехах, уменьшаются загрязнения окружающей среды, снижается пожарная опасность производства.

Из-за большой скорости формирования покрытия из порошковых красок по сравнению с жидкими в десятки раз сокращается цикл производства покры- тий. Окраска порошковыми композициями позволяет получать покрытие с оп-

тимальной толщиной 120-250 мкм за один прием, а для нанесения пленки та- кой же толщины из жидких лакокрасочных материалов требуется нанесения че-

тырех - восьми слоев краски с промежуточной сушкой каждого слоя. При ис-

пользовании порошковых красок отпадает необходимость доведения вязкости красок до требуемого значения.

Порошковые полимерные покрытия значительно лучше жидких красок выравнивают шероховатости, что позволяет снизить требования к чистоте об-

работки поверхностей изделия на 1-2 класса. Высокая адгезия и хорошие свой- ства порошковых покрытий в ряде случаев позволяет отказаться от фосфотиро-

вания поверхностей деталей. Все это находит отражение в увеличении произ-

водительности труда, снижении трудоемкости основных и дополнительных операций окраски, уменьшении энергозатрат на производство покрытий.

Характерно, что при использовании порошковых материалов в качестве

покрытий, сокращается производственная площадь окрасочных цехов в 2-3 раза. Облегчается хранение и транспортировка красок, отпадает необходимость

в герметичной жесткой таре для красок.

Покрытия из порошковых полимерных композиций показывают лучшие защитные и диэлектрические свойства ввиду меньшей пористости пленок, по- вышенную химическую стойкость и, самое главное, долговечность их выше в 2

-6 раз.

По сравнению с гальванопокрытиями использование полимерных по- крытий позволяет получить экономию за счет уменьшения расхода дорого- стоящих и дефицитных материалов: хрома, никеля и др.

При замене слоистой электроизоляции на порошковые покрытия главны- ми статьями экономии являются: значительное снижение трудоемкости обмо- точно-изоляционных работ за счет повышения уровня их механизации. Сокра- щается цикл пропиточно-сушильных работ с 30-40 ч до 1-2 ч.

В целом, производство покрытий из порошковых красок экономичнее, чем из жидких в среднем на 30 % и гальванических в 2-4 раза.

Порошковые полимерные материалы используют для получения защит-

но-декоративных покрытий, для окраски бытовых электроприборов, товаров народного потребления, для защиты материалов от коррозии, для электроизо- ляции, как антифрикционные и антиадгезионные материалы и т.д.

Порошковые полимерные композиции применимы не только для окраски металла, но и для отделки древесины, окраски силикатных строительных мате- риалов, пластмасс, изделий из стекла, гипса. С внедрением новых технологий наряду с мелкими изделиями возможна окраска изделий средних и больших размеров: кузова и кабины автомобилей, трубы большого диаметра, стеновые строительные панели и др.

Потребителями порошковых красок являются автомобиле- и сельскохо- зяйственное машиностроение, радиопромышленность, строительство и др.

Процесс формирования полимерного покрытия в общем случае предпола- гает последовательное проведение следующих операций: подготовка поверхно-

сти изделия; нанесение полимера на поверхность изделия; обработка с целью достижения необходимой адгезионной прочности соединения полимера с по- верхностью, монолитизации слоя.

4.1 Выбор материала покрытия

Перед нанесением покрытия, исходя из условий его эксплуатации, конст- рукционных и материаловедческих особенностей изделия, имеющихся техни- ческих возможностей, необходимо сделать выбор полимера и метода его нане- сения. В таблице 1 приведены данные об условиях эксплуатации и назначении термопластичных и термореактивных полимеров.

Достоинством термопластов как пленкообразователей является стабиль-

ность получаемых на их основе композиций, быстрое (в течениие нескольких минут) формирование покрытий, доступность, связанная с большими масшта- бами их производства. Покрытия из многих термопластов, однако, имеют низ- кую адгезионную прочность.

В отличие от термопластов реактопласты образуют необратимые покры- тия с повышенной адгезионной прочностью. Вследствие низкой вязкости их расплавов создаются условия для получения тонких покрытий с хорошим деко- ративным внешним видом. Время формирования таких покрытий, стабильность исходных составов при хранении, определяются их реакционной способностью. Как правило, существужщие промышленные составы на реактопластах имеют большее время отверждения, чем составы на термопластах. Тем не менее бла- годаря комплексу ценных свойств получаемых покрытий и более низкой тем-

пературе их формирования предпочтение отдается термореактивным пленкооб- разователям.

Как правило, более высокие эксплуатационные свойства реализуются при использовании наполненных полимерных материалов. В качестве наполнителей

используются неорганические (оксиды металлов, кварц, графит, тальк, барит и др.) и органические (диафен ФФ, тиоалкофен БМ, топанол СА и др.) материа- лы, а также смеси полимеров. Механические свойства композиционных мате- риалов, их адгезия к подложке в сравнении с ненаполненными полимерами мо- жет быть выше в 2-10 раз. Качество наполненных составов во многом зависит от способа смешивания компонентов с пленкообразователем. В основном при- меняется сухое смешивание и смешивание в расплаве.

Таблица 1 - Температурно-временные режимы формирования, условия эксплуатации и области применения полимерных композиций и материалов

Материал покрытия	ГОСТ, ТУ	Температура, °С Время пленко- образования, ми	Рабочий ин- тервал тем- пе-ратур, °С	Области примене- ния
Полиэтилен ПЭНД 20906-	ГОСТ 16338-77	230...250 3...5	-60...+70	Защита от корро- зии, электроизоля- ционные
Полиэтилено- вая краска П- ПО-226	ТУ 6-10- 102-75	220...240 8...10	-60...+60	То же
Поливинилбу- ти-ральная краска П-ВЛ-	ТУ 6-10- 855-83	230...250 3...5	-60...+60	Декоративные, аб- разивостойкие
Поливинилхло- ридная краска П-ХВ-716	ТУ 6-10- 1706-92	230...250 3...5	-60...+60	Защита от корро- зии, химстойкие
Поливинилхло- ридная краска П-ХВ-729	ТУ 2329- -93	180...230 5...8	-60....+60	То же
Полиамидная краска П- 12АП-1	ТУ 6-05- 211-784-	240...260 3...7	-40...+120	Антифрикционные
Пентопласт А-1 и А-2	ТУ 6-05- 1422-74	220....250 10...30	-60...+120	Защита от корро- зии, химстойкие, электро- изоляционные
Фторопласт Ф-30П	ТУ 6-05- 1706-74	240...250 30...60	-60...+130	То же
Фторопласт Ф-40ДП	ТУ 6-05- 1706-74	260...280 60...180	-60...+180	То же

Фторопласт Ф-4МБ-П	ТУ 6-П- 311-71	270...300 60...180	-60...+220	То же
Порошковая эпоксидная краска П-ЭП-	ТУ 6- 104-100- 127-78	150, 180 60 15	- 60...+100	Защитно- декоратив-ные, изоляционные
Порошковая эпоксидная крас-ка П- ЭП-177	ТУ 6-10- 1575-76	180, 200 60 30	- 60...+120	То же
Порошковая эпоксидная крас-ка П- ЭП-219	ТУ 6-10- 1597-76	180, 200 60 30	- 60...+120	То же
Порошковая эпоксидная крас-ка П- ЭП-971	ТУ 6-10- 1604-77	200, 230 20 10	- 60...+120	То же
Порошковая эпоксидная краска 64-1-89	ТУ 301- 10-0-287-	180, 200 30 20	- 60...+120	То же
Порошковая эпоксидная краска П-ЭП- 134 с металли- ческим эффек- том	ТУ 2329- 1954- -93	180, 200 30 20	- 60...+120	Защитно- декоратив-ные, ат- мосферостой-кие
Порошковый эпоксидный компаунд ЭП-	ТУ 6-05- 1420-75	165, 180 60 30	- 60...+130	Электроизоляцион ные
Порошковая полиэфирная краска П-ПЭ-1130	ТУ 6-10- 30-01-74		- 60...+120	Защитно- декоратив-ные
Порошковая эпоксидно- полиэфирная краска Пигма П-201	ТУ 2312- 427- -93		- 60...+120	Защитно- декоратив-ные, ат- мосферостой-кие
Порошковая полиакрилат- ная краска П-АК-1138	-		- 60...+120	То же

Порошковая кремнийорга- ни-ческая крас- ка П-239	ТУ 1- 595-59-		-60...+280	Защита от корро- зии, электроизоля- ционные
Полиуретан ПУ-1	-		- 60...+150	Износостойкие

4.2. Подготовка поверхности изделия к нанесению покрытия

Правильный выбор метода и режима поверхностной обработки изделия в ряде случаев является определяющим для качественного нанесения покрытий. Полимерные покрытия следует наносить после завершения всех механических и термических операций по обработке изделия. Сварные швы должны быть очищены от окислов, заусеницы сняты. При разработке конструкции изделия должно быть предусмотрено отсутствие острых граней, кромок.

Механическая обработка наиболее эффективна при использовании дробе-

струйной очистки (фракция металлического песка 0,3-0,8 мкм). При этом дос- тигается оптимальная шероховатость поверхности (1-10 мкм) и происходит

удаление различных загрязнений.

При нанесении покрытий на изделия больших размеров для подготовки используется, как правило, пескоструйная очистка, которая характеризуется технологичностью и при ее правильном применении высоким качеством обра- ботки поверхности. Она может быть реализована с помощью стационарных и передвижных установок. В качестве носителя песка используют сжатый воздух

(пескоструйная очистка) или вода (гидроструйная очистка). Для исключения коррозии изделия при гидропескоструйной обработке в воду добавляют инги- битор коррозии (нитрит натрия 0,1-1 %, тринатрийфосфат 0,5-2 % и др.). Вве- дение ингибитора позволяет пассивировать поверхность и таким образом пре- дохранить ее от коррозии на период до 6 суток.

Дробеструйная обработка производится в закрытых камерах. Металличе- ская (чугун, сталь) дробь вводится в струю сжатого воздуха и направляется на обрабатываемую поверхность. Данная обработка является более экологичной и экономичной.

После механической очистки, удаления ржавчины и окалины поверхность изделия обезжиривают и с целью улучшения адгезии и антикоррозийных свойств подвергают специальной обработке (фосфатирование, оксидирование, грунтование).

Обезжиривание изделий проводят органическими растворителями, ще- лочными растворами, моющими составами.

Обезжиривание водными растворами можно проводить окунанием или распылением (в ваннах, струйных камерах, барабанах). После химической об- работки поверхность изделия тщательно промывают горячей водой.

При нанесении полимерных покрытий, обладающих более высокой адге- зией и коррозийной стойкостью, эффективно грунтование поверхности. Ее про- ведение позволяет также значительно уменьшить внутренние напряжение в по- крытиях, повысить стойкость к действию некоторых нагрузок. Толщина грун- тованных слоев 10-100 мкм. В качестве грунтов используют пластоэластамеры (каучук СКН-18, СКСх-30, СКБ 35 и др.), полярные полимеры (ПВБ для покры- тий из ПЭ и пентапласта, эпоксидные олигомеры для полиэтиленовых, поливи- нилхлоридных и полиамидных покрытий). Перспективно применение при грунтовании адгезионно-активных веществ (например, полиизоционатов, ал- килсиланов), которые способны химически взаимодействовать с металлами и образовывать прочную адгезионную связь с полимером.

4.3. Нанесение порошкового материала на поверхность изделия.

Выбор оптимальной технологии осаждения покрытия определяется исходя из необходимой его толщины, требований, предъявляемых к свойствам тонкопле- ночных систем.

При осаждении полимерных покрытий из порошков используются мето- ды: осаждение во взвешенном слое; распыление; насыпание. В ряде случаев применяют комплексные технологические приемы, относящиеся к различным методам формирования.

4.3.1. Осаждение покрытий во взвешенном слое.

Основной особенностью данного метода является перевод порошка поли- мера в псевдоожиженное состояние. Это состояние достигается путем подачи в

объем, занимаемый порошком, воздуха, либо созданием разрешения в про- странстве над материалом, либо воздействием вибрации. В первых двух случа- ях по высоте полимерного слоя создается градиент давления.

Оптимальное значение градиента может быть оценено из условия равно- весия частицы: сила давления должна быть равна весу слоя порошка. При усло-

вии, что rвозд. << rпол., можно получить

Dp

------ = rпол.×n ×g, (1)

Dh

где Dp - изменение давления воздуха на высоте слоя Dh;

rпол. - плотность полимера;

n - объемная степень псевдоожижения (доля объема, занятого полиме- ром, в слое высотой Dh);

g - ускорение свободного падения.

Из выражения (1) следует, что при сохранении характера псевдоожижения увеличением разности давлений можно регулировать степень псевдоожижения.

Порошки, склонные к агломерации, практически невозможно перевести в псевдоожиженное состояние; при прохождении через них воздуха образуются каналы. Наиболее простой метод псевдоожижения - вихревой. В этом случае через пористое дно камеры под давлением пропускают воздух, под действием которого частицы полимера переходят во взвешенное состояние.

Деталь, на поверхности которой необходимо сформировать покрытие, предварительно нагревается до температуры выше Tпл. полимера и вносится в псевдоожиженный слой. Частицы, контактирующие с нагретой поверхностью,

полностью и частично оплавляются и закрепляются на ней. Деталь с покрыти- ем, при необходимости может быть термообработана для получения качествен- ного слоя.

Достаточно эффективным приемом перевода порошка в псевдоожиженное состояние является его вибрация. Условие начала ожижения можно предста- вить в виде

a = Aw2 ³ g, (2)

где a - ускорение, получаемое частицей при вибрации; А - амплитуда колебаний;

w - частота.

Оптимальные параметры вибрации определяются, как правило, опытным путем.

На практике нашел широкое применение комбинированный метод ожи- жения, включающий одновременное действие вибрации и сжатого воздуха (вибровихровой метод).

В этом случае используются значительно меньшие амплитуды вибрации и предоставляется возможность эффективного регулирования степени ожиже-

ния путем изменения подачи сжатого газа. Кроме этого ряд полимеров (ПП, ПЭНД, Ф-40ДП и др.) переводятся в ожиженное состояние только вибровихре- вым методом.

4.3.2. Электростатические методы нанесения покрытий.

Из всех известных способов наиболее производительными и экономичны- ми являются электростатическое распыление и напыление в облаке заряженных частиц. Они имеют высокий коэффициент использования материала (до 90-95

%), представляются возможность получения покрытий на изделия из разнород- ных материалов одновременно, характеризуются относительной легкостью ре- гулирования толщины покрытия, не требуют предварительного подогрева из- делия (покрытие может наноситься на холодную поверхность).

Основным требованием, предъявляемым к процессу нанесения покрытия электростатическими методами, является равномерность осаждения порошка на изделия. Она достигается при оптимальном состоянии кипящего слоя, при ко- тором частицы порошка должны быть достаточно подвижны, вместе с тем

должно отсутствовать его фонтанирование, образование газовых пузырей). На- пряженность поля, создаваемого в камере напыления, также влияет на равно- мерность покрытия. При ее уменьшении порошок осаждается более равномер- но. При этом следует иметь в виду, что максимальная толщина покрытия при увеличении напряжения изменяется немонотонно. Так, при осаждении покры- тий из полиэтилена она достигает максимального значения при Ео = 1,0 кВ/см и уменьшается в 2-3 раза при увеличении Е до 2,5 кВ/см и уменьшении Е до 0,6 кВ/см.

При формировании покрытий из Ф-4М оптимальная напряженность поля

Ео = 2 кВ/см, из поликапроамида -Ео = 3 кВ/см.

Существенное влияние на скорость напыления оказывает влажность воз- духа и полимера. При увеличении содержания влаги предельная толщина по- крытия, время стекания заряда уменьшается. Влажность в ряде случаев влияет также и на эксплуатационные свойства покрытий. В связи с этим контроль влажности воздуха, его сушка и просушивание помера являются обязательны- ми при получении качественных тонкопленочных систем.

Часто при извлечении изделия из ванны на его горизонтальных участках, углублениях поверхности закрепляется порошок полимера, создающий нерав-

номерность покрытия. Для его удаления изделие поворачивают на 180° или об- дувают струей сжатого воздуха. Эффективным приемом является также вибра-

ция изделия.

4.3.3. Нанесение покрытий насыпанием.

При реализации данного метода не требуется специальное оборудование. Формирование покрытия происходит в результате оплавления слоя полимера, наносимого на поверхность через сито с помощью вибрующего лотка.

Данный метод целесообразно применять при покрытии полимером внут- ренних поверхностей полых изделий. Внутренний объем детали засыпается по- лимером и происходит ее нагрев, одновременно деталь вращают или приводят в колебание. После прогрева, оплавления, контактирующего с металлом слоя по- лимера, удаляют излишки полимера и деталь подвергают дополнительному прогреву с целью получения качественного покрытия.

4.4. Оптимизация температурно-временного режима оплавления полимерного порошка.

Режим термообработки изделия с покрытием оказывает определяющее влияние на физико-химические, механические, электрофизические свойства. Он зависит от целого ряда факторов (природы полимера и металла, конструкции изделия и др.) и, как правило, определяется опытным путем.

Для получения порошковых композиций полиолефинового типа обычно используют полиэтилен низкого (ПЭНД) и высокого давления (ПЭВД), поли-

пропилен (ПП), сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВА). Ориентировач- ные оптимальные режимы формированияии приведены в таблице 1.

Таблица 1. Режимы формирования покрытий из полиолефинов

Материал покрытия	Толщина, мм	Температура, °С предваритель- оплавле- ния ного нагрева	Время оплавле- ния, мин
ПЭНД	150-400	240-320	180-220	5-20
ПЭВД	150-400	220-280	170-200	5-10
П-ПО-226	150-400	240-250	180-200	3-5
ПП	150-400	200-280	170-220	2-10
СЭВА	150-180	220-230	200-220	4-6

Покрытия из полиолефинов имеют, как правило, низкую агдезию (табли- ца 2). Поэтому при нанесении покрытий часто используют грунтование, моди- фикацию поверхности металла, нанесение промежуточных слоев. Наиболее вы- сокую агдезию имеют покрытия, изготовленные из сополимера этилена с ви- нилацетатом (18 % винилацетата): к стали и алюминию - 2500-3000 Н/м, цинку

- 1000 Н/м, свинцу - 700 Н/м.

Покрытия на основе полиолефинов, сформированные по оптимальным режимам, имеют достаточно высокие антикоррозионные, физико-

механические, электроизоляционные свойства. Их основной недостаток -

склонность к растрескиванию при эксплуатации. Он может быть устранен пу- тем модификации материала при введении в него сшивающих добавок, радиа- ционной обработке. По декоративным свойствам покрытия из полиолефинов уступают многим другим полимерным покрытиям.

Таблица2. Свойства покрытий из полиолефинов

Показатели	П-П0-226	ПП	СЭВА
Блеск, %	12-16	-	-
Прочность при растяже- нии, МПа	7-9	17-18
Относительное удлинение, %	110-120	30-35	650-700
Твердость по ПМТ-3, МПа		75-90	-
Ударная прочность по У- 1А, Н×м
Адгезионная прочность (к алюминию), Н/м	200-300	80-100	2500-2800

Покрытия из поливинилбутираля (ПВБ) обладают высокими де- коративными свойствами, имеют высокую адгезию. Однако покрытия грубы,

их эластичность и теплостойкость низки. Режим формирования покрытия из поливинилбутиральной краски П-ВЛ-212: температура оплавления 230-275 °С, время 3-5 мин, толщина покрытия 200-300 мкм. Для получения тонких покры- тий используют высокодисперсные порошки П-ВЛ-212Э (для нанесения в элек- трическом поле) и П-ВЛ-212М (модифицированная, образующая покрытия с улучшенными адгезией, тепло- и влагостойкостью).

Основные свойства покрытий, полученных из красок на основе ПВБ, приведены в таблице 3.

Таблица 3. Cвойства покрытий из поливинилбутираля

Показатели	П-ВЛ-212	П-ВЛ-213Э	П-ВЛ-212М
Толщина, мкм	160-250	80-100	80-100
Прочность при растяже- нии, МПа	21,8- 22,8	24,8-27,7	33,7-39,6
Относительное удлинение, %	5-7	5-7	5-7
Твердость по ПМТ-3, МПа	119-148	129-148	138-158
Ударная прочность по У- 1А, Н×м
Адгезионная прочность (к алюминию), Н/м	380-500	400-500	750-850
Интервал рабочих темпера- тур, °С	-60...+60	-60...+60	-60...+60

Пентопласт (ПНТ) обладает комплексом высоких эксплуатацион- ных свойств: химстойкостью, теплостойкостью, механической прочностью. Для получения композиций применяют пентопласт марок А-1, А-2, как правило, стабилизированный в результате введения в него термостабилизатора С-49. Для придания декоративных свойств в полимер вводят пигменты, наполнители (ок- сид хрома, диоскид титана, тальк, сажу и др.). Ориентировачные режимы нане- сения покрытия в кипящем слое: предварительный нагрев до 250-280 °С, оп- лавление при 200-235 °С в течение 5-60 мин.; при электростатическом осажде- нии на холодную подложку: оплавление при 220-240 °С в течение 15-35 мин. Толщина однослойного покрытия - 80 мкм.

Покрытия из ПНТ чувствительны к изменению температурно-временных

режимов формирования, их адгезионная прочность, механические свойства экстремально изменяются при увеличении температуры или продолжительно- сти оплавления. При этом оптимальные режимы обработки зависят от природы металла, концентрации наполнителя.

Ниже приведены физико-механические свойства пентопластовых покры- тий (таблице 4). Покрытия неморозостойки; хрупкое состояние проявляется

уже при 0 °С. Однако защитные свойства сохраняются на воздухе в интервале температур от -60 до 120 °С, в масле - до 160 °С. Покрытия выдерживают воз-

действия различных растворителей (кетонов, спиртов, эфиров, ароматических углеводородов), минеральных и органических кислот, сероводорода, воды, рас- творов щелочей, солей и других веществ даже при нагревании до 80-100 °С; они устойчивы в смесях серной кислоты с сероуглеродом и плавиковой кислоте при температуре до 70 °С. В этом отношении пентопластовые покрытия усту- пают только фторопластовым.

Таблица 4. Cвойства пентопластовых покрытий марки А-1

Показатели	Значения
Прочность при растяжении, МПа	37-41
Гибкость по ШГ-1, мм	1-3
Эластичность по Эриксену, мм	1,5-2,0
Ударная прочность по У-1А, Н×м
Адгезионная прочность (к алюминию), Н/м	380-500

Из полимерных материалов фторопласты отличаются комплексом универсальных свойств: исключительной химической, тепло- и морозостойко- стью, хорошими физико-механическими свойствами, сохраняющимися в широ- кой области температур. Фторопластовые покрытия имеют наиболее низкие значения коэффициента трения.

Фторопластовые покрытия широко используются в качествае антикорро- зионных, электроизоляционных, абразивостойких, антиадгезионных.

Наиболее существенный недостаток фторопластовых покрытий - низкая адгезионная прочность. Фторопласты образуют высоковязкие расплавы, поэто- му деформация и слияние их частиц без приложения внешней нагрузки проте-

кает медленно; время формирования покрытий исчисляется часами.

Оптимальные режимы нанесения фторопластовых покрытий на предва- рительно нагретые изделия приведены в таблице5.

Таблица 5. Режимы обработки фторопластовых покрытий

Операции	Ф -30П	Ф-40ДП	Ф-;МБ-П
Предварительный нагрев, °С	230-240	260-280	265-290
Время погружения в кипящий слой, мин	4-6	5-7	4-6
Температура сплавления по- рошка, °С	230-240	260-280	265-290
Время сплавления промежу- точ-ного слоя, час
Время сплавления последнего слоя, час		2-3	2-3
Режимы охлаждения	на воздухе	в холодной во- де	на воздухе

Покрытия из фторопластов характеризуются относительно низкой адге- зией, для повышения которой рекомендуется проводить перед нанесением по- крытия химическую активационную обработку поверхности металла, ее грун- товку. Физико-механические свойства фторопластовых покрытий приведены в таблице 6.

Таблица 6. Cвойства фторопластовых покрытий

Показатели	Ф-30П	Ф-40ДП	Ф-4МБ-П
Толщина, мм	250-350	250-350	250-350
Прочность при растяже- нии, МПа	34-39	23-32	18-22
Относительное удлинение, %	200-240	150-250	140-220
Твердость по ПМТ-3, МПа	49-69	60-70	30-40
Ударная прочность по У- 1А, Н×м
Адгезионная прочность (к алюминию), Н/м	400-500	250-400	250-350

Основное применение полиамидные покрытия находят в узлах трения и ме- ханизмов. По устойчивости к трению скольжения и абразивному износу поли- амидные покрытия превосходят все другие покрытия. Они отличаются краси- вым внешним видом. Однако адгезия покрытий к металлам недостаточно высо- ка и нестабильна.

Применяются порошковые полиамиды различных марок П-6, П-12, П-68, П-548, поликапроамид (капрон) и др. Формирование покрытия производят при

температуре спекания 220-240 °С и времени выдержки 3-7 мин. При их нане- сении покрытий в кипящем слое или выбровихревым методом изделие предва-

рительно нагревают до 250-270 °С. С целью повышения адгезии покрытий ре- комендуется дробеструйная очистка и обезжиривание поверхности, высокоэф- фективно также грунтование.

Важной особенностью полиамидных покрытий является сильная зависи- мость их свойств от режима охлаждения. При быстрой закалке полимера (в хо- лодной воде) покрытия эластичны, имеют высокую адгезию и минимальные внутренние напряжения. При охлаждении в нагретом масле или парафине фор- мируются износостойкие покрытия, имеющие высокую твердость и низкий ко-

эффициент трения. Свойства покрытий из краски П-12АП-1 приведены в таб- лице 7.

Таблица 7. Cвойства покрытий из полиамидной краски П-12АП-1

Показатели	Значения
Прочность при растяжении, МПа
Гибкость по ШГ-1, мм
Твердость по ПМТ-3, МПа	95-100

Ударная прочность по У-1А, Н×м
Адгезионная прочность (к алюминию), Н/м	550-750

По объему производства и потребления эпоксидные композиции занимают первое место среди всех порошковых лакокрасочных материалов. Их лидирующее положение связано с относительной доступностью сырья, хоро- шими эксплуатационными свойствами покрытий.

Для производства красок применяют в основном диановые олигомеры. Другими компонентами порошковых эпоксидных красок являются: модифика- торы, отвердители, ускорители отверждения, пигменты и наполнители, агенты, реагирующие вязкость и растекание расплавов. В общем виде рецептура красок может быть представлена следующим образом (таблица 8).

Таблица 8. Состав порошковой эпоксидной краски

Материал	Содержание, % (масс)
Эпоксиолигомер (Э-23, Э-49П)
Модификатор (фенолоформальдегидные оли- гомеры, поливинилбутираль и др.)	2-5
Отвердитель (дициандиамид, димотол)	2-5
Ускоритель отверждения (уротропин, ацетил- ацетонат цинка и др.)	1-2
Регулятор растекания (аэросил, винилен)	0,5-3,0
Пигменты и наполнители	15-40

Весьма широк и разнообразен ассортимент порошковых эпоксидных кра- сок. Краски предназначены для получения электроизоляционных, химически стойких и защитно-декоративных покрытий. Назначение порошковых компа- ундов, содержащих до 70 % (масс.) наполнителей - электроизоляция изделий радиотехнической и электронной промышленности.

Эпоксидные покрытия отличаются высокой адгезией, механической прочностью и химической стойкостью. Покрытия влагостойки, стойки к щело- чам, ароматическим углеводородам, смазочным маслам. По атмосферостойко- сти эпоксиднные покрытия уступают многим другим покрытиям, например по- лиэфирным; они быстро теряют глянец и мелят. Достаточно высоки диэлектри- ческие свойства покрытий.

Эпоксидные покрытия нашли широкое применение в первую очередь взамен традиционных покрытий из жидких красок, металлических, силикатных покрытий и других покрытий в транспортном машиностроении, приборострое- нии, электротехнике, радио- и электронной промышленности, при отделке бы- товых приборов и защите магистральных трубопроводов.

4.5. Исправление брака.

Покрытия с мелкими дефектами (нарушение сплошности, пятнистость, расхождение в отенках цвета) могут быть устранены путем локального нанесе- ния порошка полимера с последующим оплавлением с помощью горелки. Дан- ные дефекты можно также исправить, используя жидкие пасты или краски, приготовленные растворением порошка в соответствующей органической жид- кости.

Покрытия, восстановление которых невозможно, удаляют путем выжига- ния в печи при 450-500 °С или растворении. При этом следует учитывать, что образующие летучие продукты термодеструкции, как правило, токсичны, могут

вызывать заболевания обслуживающего персонала.

Лекция 5. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ АДГЕЗИИ ПОКРЫТИЙ. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ.

Основным технологическим параметром, влияющим на структуру полимерного по- крытия, является скорость его охлаждения. Кристаллизующиеся полимеры имеют большой набор полиморфных состояний, которые могут быть зафиксированы в ре- зультате соответствующего охлаждения.

В общем случае, степень структурной упорядоченности зависит от природы полимера и условий формирования покрытий. Для полимерных покрытий ха- рактерно проявление следующих структурных особенностей:

1. На границе раздела фаз образуется упорядоченный слой полимера, имеющий достаточно высокую плотность. Это связано с тем, что на границе фаз реализу- ется, как правило, сильное адгезионное взаимодействие и участки поверхности

подложки могут выполнять роль искусственных центров зародышеобразования.

2. На некотором расстоянии от поверхности всегда формируется слой, который имеет высокую концентрацию дефектов, низкую упорядоченность, и, как след-

Рис. 1. Структура граничного слоя полимера.

ствие этого, — низкую плотность (рис. 1).

Характер и степень их проявления зависимости плотности от расстояния до поверхности в значительной степени зависят от природы и состояния поверх- ностных слоев подложки. Так, в зависимости от степени влияния, все поверх- ности условно разделяют на активные и неактивные.

Для характеристики состояния слоев, нахо- дящихся на границе раздела фаз вводят по- нятие граничный слой. В общем случае это слой, в пределах которого сказывается

влияние поверхности подложки. Это влия- ние заключается в:

1. Изменении сегментальной подвижности макромолекул (на границе раз- дела она ниже).

2. Изменении плотности упаковки, плотности материала (причина — ориентационное действие поверхности подложки, которое проявляется в слоях полимера на расстоянии до 100 мкм).

3. Изменении массо-молекулярного распределения. В граничном слое мак- симум распределения молекул по значению молекулярной массы смеща- ется в область меньших значений (рис.2).

 

Рис. 2. Массо-молекулярное распределение в поверхностных слоях и в объ- ёме полимера.

4. В протекании в граничных слоях диффузия атомов и молекул материала, с которым контактирует полимер. При этом процессы диффузии сопро- вождаются хемосорбционным взаимодействием макромолекул полимера с поверхностью подложки.

5. В ингибирующем или инициирующем действии твердой поверхности подложки на протекание процессов окисления, сшивки и других химиче- ских реакций.

Дата добавления: 2013-12-12