Особенности и классификация адгезионного взаимодействия пленок.

Особенности и классификация адгезионного взаимодействия пленок.

Основные определения и понятия.

Следует считать, что адгезия — это связь или взаимодействие между поверхностями двух разнород­ных контактирующих тел. Для нарушения этой связи необходимо внешнее воздействие определенной величины. Адгезия является синонимом русского слова «прилипание». Иногда под термином «прилипание» подразумевают процесс, ведущий к сближению тел и установлению между ними связи.

Только в этом смысле в дальнейшем будет применяться термин прилипание. Кроме того, для определения состояния пленки в процессе адгезии будет применяться понятие «прилипшая пленка».

Различают адгезию частиц и жидкости к твердым поверх­ностям, а также адгезию пленок и покрытий. Адгезия пленок и по­крытий — явление, которое возникает при контакте твердых поверх­ностей с пленками, находящимися на этих поверхностях.

Разграничить понятия «пленки» и «покрытия» порой бывает затруднительно. Пленками обычно называют тонкие слои материа­лов, применяемых для различных целей: упаковки, изоляции, при­дания декоративного вида и т. д. Покрытиями — тонкие слои, на­пример краски или металла, нанесенные на основу с целью прида­ния определенных свойств или изоляции ее от окружающей среды. Подобные функции в некоторых случаях могут выполнять и пленки. Так, пленки, образованные из высокодисперсных твердых частиц, могут выполнять роль смазочного слоя или сообщать поверхности электрические и другие свойства. Поэтому для сокращения в даль­нейшем вместо термина «пленки и покрытия» будем применять какой-либо один термин: «пленки» или «покрытия».

С точки зрения адгезионного взаимодействия пленки, как пра­вило, формируются в результате соприкосновения с твердой поверх­ностью. Кроме того, они могут существовать до взаимодействия с твердым телом, но в результате адгезии они приобретают новые свойства. Пленки могут быть, например, хрупкими, но при контакте с твердой поверхностью за счет адгезии это отрицательное свойство пленок исчезает и пленки могут приобретать другие положительные качества.

Прилипшие к твердой поверхности пленки называют адгезивом, а саму поверхность — субстратом или подложкой. Пленки обычно наносят на твердую поверхность для того, чтобы экранировать вострят. Такое экранирование нужно с целью предупреждения кор­розии, придания поверхности смазочных, декоративных и других Свойств. Так, тонкие пленки, образованные из порошкообразных материалов, сообщают поверхности необходимые электрические свойства, что используется в печатных схемах приемопередающих устройств. Тонкие металлические пленки, наносимые на изоляторы, обусловливают поверхностную электрическую проводимость. Пленки придают кинолентам необходимые эластичные и другие свойства.

Пленки могут образовываться в результате некоторых техноло­гических процессов, например в результате отложения частиц пара­фина при движении нефти по трубопроводам.

В отдельных случаях может иметь место адгезия двух и более пленок, изготовленных из различных материалов. Например, для получения упаковочного материала используют комбинированную пленку, сочетающую положительные свойства ее составляющих. Пленка полиэтилена в результате адгезии с пленкой полиэтилен-терефталата образует эластичный упаковочный материал, облада­ющий высокой прочностью, паро- и газонепроницаемостью, стой­костью к повышенной влажности воздуха.

 

 

Рис. 1,1. Способ образования пленок:

Причины адгезии пленок в газовой и жидких средах

Таблица 1

Взаимодействие	Связь	Среда
Между молекулами или атома­ми	Межмолекулярная. Химическая: донорно-акцептор­ная, ионная, ковалентная	Газовая и жидкая
Электрическое	Электрическая под действием кулоновских сил	Газовая
За счет расклинивающего давления	Межмолекулярная, химическая, электрическая	Жидкая

В настоящее е время развита микрореологическая теория адгезии. Суть этой теории заключается в том, что в процессе формиро­вания пленки из расплава происходит заполнение выемов шероховатой поверхности субстрата, увеличивается площадь фактического контакта, а следовательно, и число связей между адгезивом и суб­стратом, что приводит к росту адгезии и адгезионной прочности. Рост адгезионной прочности доказан прямыми опытами. Помимо этого микрореологическая теория рассматривает адгезионную прочность с общих позиций, основа которых заложена в соотношении (1).

Настоящая методика распространяется на лакокрасочные мате­риалы и устанавливает методы определения адгезии лакокрасочных покрытий к металлическим поверхностям:

1 — метод отслаивания;

2 — метод решетчатых надрезов;

3 — метод решетчатых надрезов с обратным ударом;

Классификация

Все лакокрасочные материалы разделены на группы в за­висимости от входящих в их состав основных пленкообразователей. Для условных обозначений каждой группы использована система принятая в ГОСТ 9825—73 (см. табл. 2).

Таблица 2.

Группа	Услов­ное обозна­чение	Группа	Услов­ное обозна­чение
Глифталевые	ГФ	Алкидно- и масляностирольные	МС
Пентафталевые	ПФ	Полиэфирные ненасыщен­ные	ПЭ
Меламинные	МЛ	Полиуретановые	УР
Мочевинные	МЧ	Полиакриловые	АК
Фенольные	ФЛ	Сополимерно-акриловые	АС
Фенолоалкидные	ФА	Нитроцеллюлозные	НЦ
Эпоксидные	ЭП	Этилцеллюлозные	ЭЦ
Эпоксиэфирные	ЭФ	Перхлорвиниловые	ХВ
Сополимерно-винилхло-ридные	ХС	Фторопластовые	ФП
Кремнийорганические	КО	Поливинилацетальные	ВЛ
Дивинилацетиленовые	ВН	Битумные	БТ
Каучуковые	КЧ	Канифольные	КФ
Полиамидные	АД	Масляные	МА

 

Внутри групп лакокрасочные материалы расположены по признаку преимущественного назначения материала в соответствии с ГОСТ 9825—73 (табл. 3).

Таблица 3.

Группа	Условное обозначение
Атмосферостойкие
Ограниченно атмосферостойкие (под навесом и внутри помещения)
Водостойкие
Специальные (покрытия, обладающие специфическими свойствами)
Маслобензостойкие	е
Химически, стойкие
Термостойкие
Электроизоляционные
Грунтовки
Шпатлевки

Марка лакокрасочного материала слагается из буквенных обо­значений группы (табл. 1) и нескольких цифр, из которых первая указывает назначение материала (табл. 2), а остальные составляют порядковый номер регистрации материала.

Например: эмаль ХВ-16 — перхлорвиниловая эмаль (ХВ), атмосферостойкая (1), регистрационный номер 6;

грунтовка ГФ-031 — глифталевая (ГФ) грунтовка (0), регистра­ционный номер 31;

шпатлевка ЭП-0010 —эпоксидная (ЭП) шпатлевка (00), реги­страционный номер 10.

Марки некоторых лакокрасочных материалов, пригодных для работы в условиях тропического климата, обозначены буквой Т, на­пример, грунтовка ЭП-09Т.

 

Лабораторная работа №1

МЕТОД РЕШЕТЧАТЫХ НАДРЕЗОВ

 

А. Сущность метода.

Сущность метода заключается в нанесении на готовое лакокра­сочное покрытие решетчатых надрезов и визуальной оценке состоя­ния покрытия по четырехбалльнрй системе.

 

Аппаратура и материалы.

Пластины из листовой стали марки 08 кп размером не менее 60x150 мм и толщиной (0,9±0,1) мм по ГОСТ 16523—89 или из других металлов, если это предусмотрено в нормативно-технической доку­ментации на лакокрасочный материал.

Режущий инструмент: лезвие бритвенное в держателе любого типа; одно- или многолезвиевый нож с углом заточки режущей части 20—30⁰ и кромкой лезвия толщиной 0,05—0,10 мм.

Устройство для нанесения надрезов типа АД-3 по ТУ 6—23—9— 89, включающее шаблон для нанесения надрезов и режущий инстру­мент.

Линейка металлическая или шаблон с пазами, расположенными на расстоянии 1, 2 или 3 мм друг от друга. Кисть волосяная, плоская, мягкая, шириной не менее 10 мм; длина волос не менее 15 мм.

Прибор для измерения толщины покрытий с погрешностью из­мерения не более 10 %.

Лупа с 2,5—4 ^х увеличением.

 

Подготовка к испытанию.

1.2.1. Для проведения испытания готовят два образца. Пластины для нанесения лакокрасочного материала подготавливают по ГОСТ 8832—76. Вид металла испытуемых пластин, обработку их поверхнос­ти перед нанесением лакокрасочного материала, вязкость испытуе­мого лакокрасочного материала, метод нанесения, количество слоев, возможность использования системы лакокрасочного покрытия, режим сушки и толщину пленки указывают в нормативно-техничес­кой документации на испытуемый лакокрасочный материал.

1.2.2. На подготовленные пластины наносят лакокрасочный ма­териал и после сушки определяют толщину покрытия не менее, чем на трех участках поверхности испытуемого образца, при этом разли­чие в толщине покрытия по длине образца не должно превышать 10 %.

Адгезию определяют после выдержки пленки по п. 1.2.

1.2.3. Перед проведением испытания бритвенное лезвие заменя­ют на новое, а качество режущей кромки ножа проверяют при помощи лупы. При наличии мелких зазубрин и затупления нож затачивается. При разногласиях в оценке адгезии нож затачивают, а лезвие заменяют на новое.

 

Проведение испытания.

1.3.1. Испытания проводят на двух образцах и не менее, чем на трех участках поверхности каждого образца при условиях, указанных в п. 1.3, если в нормативно-технической документации на испытуе­мый лакокрасочный материал нет других указаний.

1.3.2. На каждом испытуемом участке поверхности образца на расстоянии от края не менее 10 мм делают режущим инструментом по линейке или шаблону или с помощью устройства АД-3 не менее шести параллельных надрезов до металла длиной не менее 20 мм на расстоянии 1, 2 или 3 мм друг от друга. Режущий инструмент держат перпендикулярно поверхности образца. Скорость резания должна быть от 20 до 40 мм/с. Аналогичным образом делают надрезы в перпендикулярном направлении. В результате на покрытии образу­ется решетка из квадратов одинакового размера.

Расстояние между соседними решетками должно быть не менее 20 мм.

Размер единичного квадрата решетки должен быть указан в нор­мативно-технической документации на испытуемый лакокрасочный материал. При отсутствии таких указаний на покрытия толщиной менее 60 мкм наносят решетку с единичным квадратом размером 1x1 мм, на покрытия толщиной от 60 до 120 мкм — 2x2 мм, на покрытия толщиной от 120 до 200'мкм — 3x3 мм.

Контроль прорезания покрытия до металла осуществляется при помощи лупы.

Обработка результатов.

После нанесения надрезов для удаления отслоившихся кусочков покрытия проводят мягкой кистью по поверхности решетки в диаго­нальном направлении по пять раз в прямом и обратном направлении.

Адгезию оценивают в соответствии с табл.4, используя при необ­ходимости лупу.

Таблица 4.

Балл	Описание поверхности лакокрасочного покрытия после нанесения надрезов в виде решетки	Внешний вид покрытия
	Края надрезов полностью гладкие, нет признаков отслаивания ни в одном квад­рате решетки
	Незначительное отслаивание покры­тия в виде мелких чешуек в местах пересеченна линий решетки. Нарушение наблюдается не более, чем на 5 % по­верхности решетки
	Частичное или полное отслаивание покрытия вдоль линий надрезов решетки или в местах их пересечения. Нарушение наблюдается не менее, чем на 5 % и не более, чем на 35 % поверхности решетки
	Полное отслаивание покрытия или частичное, превышающее 35 % поверх­ности решетки

 

Перевод четырехбалльной шкалы в шестибалльную шкалу для оценки адгезии методом решетчатых надрезов приведен в приложе­нии.

За результат испытания принимают значение адгезив бал­лах, соответствующее большинству совпадающих значении, оп­ределенных на всех испытуемых участках поверхности двух об­разцов; при этом расхождение между значениями не должно превышать 1 балл.

При расхождении значений адгезии, превышающем 1 балл, испы­тание повторяют на том же количестве образцов и принимают среднее округленное значение, полученное по четырем образцам, за окончательный результат.

При равной повторяемости двух значений адгезию оценивают по большему значению.

Вывод: в ходе лабораторной работы мы проверяли образец составом ПФ 115 цвет «сурик» светоотражающий по методу решетчатых надрезов. Образец ПФ 115 соответствует 1 баллу.

Лабораторная работа №2

МЕТОД ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ НАДРЕЗОВ

 

А. Сущность метода.

Сущность метода заключается в нанесении на готовое лакокра­сочное покрытие параллельных надрезов и визуальной оценке состо­яния покрытия по трехбалльной системе.

 

Аппаратура и материалы.

Лента липкая на полиэтилентерефталатной основе. Аппаратура и материалы — по п.2.1.

 

 

Подготовка к испытанию.

Подготовка пластинок и нанесение испытуемого лакокрасочного материала на подготовленные пластинки проводят по п.2.2.

 

Проведение испытания.

Адгезию с применением липкой ленты определяют на двух параллельных образцах и не менее чем на трех участках каждого образца. На каждом участке поверхности образца на расстоянии от края пластины не менее 10 мм делают не менее пяти парал­лельных надрезов длиной не менее 20 мм до металла на рассто­янии 1, 2 или 3 мм друг от друга с помощью режущего инстру­мента по п.2.1.

Перпендикулярно надрезам накладывают полоску липкой ленты размером 10x100 мм и плотно ее прижимают, оставляя один конец полоски неприклеенным.

Быстрым движением ленту отрывают перпендикулярно от покры­тия. Адгезию по методу параллельных надрезов оценивают по трех­балльной шкале (табл.5).

 

Таблица 5.

Балл	Описание поверхности лакокрасочного покрытия после нанесения надрезов и снятия липкой ленты	Внешний вид покрытия
11	Края надрезов гладкие
21	Незначительное отслаивание пленки по ширине полосы вдоль надрезов (не более 0,5 мм)
31	Отслаивание покрытия полосами

Вывод: в ходе лабораторной работы мы проверяли образец составом ПФ 115 белого цвета, образец соответствует 1 баллу.

 

Лабораторная работа № 3.

 

Измерение величины адгезии лакокрасочных покрытий на

металлической подложке с помощью механического адгезиметра

«Константа-А».

 

Назначение.

1.1.1 Прибор предназначен для контроля величины адгезии (силы сцепления) лакокрасочных покрытий с основанием.

1.1.2 Прибор предназначен для эксплуатации в климатических условиях УХЛ категории размещения по ГОСТ 15150.

Технические характеристики.

1.2.1. Усилие отрыва кг, не более 100.

1.2.2. Предел допускаемой погрешности задания усилия отрыва кг, не более ±10.

1.2.3. Рабочий диапазон температур, °С 10+35.

1.2.4. Диаметр основания приклеиваемого грибка, мм 11,3.

1.2.5. Удельное усилие отрыва Fу кг/см 2100.

1.2.6. Габаритные размеры, мм, не более 140*80^х50.

1.2.7. Масса прибора, кг, не более 0,25.

1.2.8. Цена деления, кг 10.

Устройство и работа.

В основу работы прибора положен принцип измерения усилия отрыва грибка, приклеиваемого к контролируемому покрытию. Усилие отрыва создается поворотным механизмом, состоящим из пары винт-гайка и взводящим пружинный механизм, связанный с грибком. Величина усилия отрыва считывается по положению стрелки прибора относительно шкалы.

 

Комплектность прибора.

2.1. Адгезиметр механический "Константа А"-1.

2.2. Упорная насадка -1

2.3. Грибок- 3.

2.4. Балеринка для вырезания участка контроля-1.

2.5. Клей эпоксидный двухкомпонентный -1.

2.6. Футляр-1.

2.7. Паспорт-1.

 

Использование прибора.

3.2.1. Для работы прибора следует:

1 - полностью отпустить захватный механизм (стрелка прибора должна занять нижнее положение в зоне её движения см. рис. 3);

 

Рис.3.

2 - установить на грибок выточкой вниз упорную насадку из прилагаемого комплекта;

3 - произвести захват грибка захватным механизмом и прижать прибор к упорной насадке таким образом, чтобы он находился симметрично относительно упорной насадки, длинная сторона насадки была направлена к шкале прибора;

4 - произвести (при необходимости) установку нуля прибора, для чего:

4.1. - плавным вращением поворотного механизма производить взвод пружины до момента, когда ив винта возникнет нагрузка, что соответствуют окончанию холостого хода винта и пружины;

5 – в случае если стрелка не будет на нуле шкалы, отвернуть фиксирующий стрелку винт, установить стрелку на нуль шкалы и завернуть фиксирующий винт;

6 - плавно взвести пружину поворотным механизмом, при этом «стрелка будет указывать усилие отрыва, приложенное к грибку;

7 - установить требуемое по методике испытаний усилив отрыва и выдерживать его заданное время;

8 - в случае, если не произошло отрыва грибка, отпустить пружинный механизм и снять прибор и упорную насадку с грибка;

9 - сбить грибок с покрытия с помощью долота и молотка, произведя удар с боковой грани по слою клея;

10 - очистить поверхность грибка от следов клея и краски смывкой или шкуркой.

По результатам испытаний, в соответствии с методикой испытаний принимается решение о целесообразности применения испытуемого покрытия.

 

Рис.4. Схема расположения на подложке.

 

Образец №1:адгезионно-когезионный, предел прочности при вертикальном одноосном отрыве 60 кг.

 

 

Образец №2: адгезионно-когезионный, предел прочности при вертикальном одноосном отрыве 60 кг.

 

Образец №3: адгезионно-когезионный, предел прочности при вертикальном одноосном отрыве 60 кг.

Вывод: в ходе лабораторной работы мы выяснили, что все образцы являются адгезионно-когезионными.

 

Особенности и классификация адгезионного взаимодействия пленок.

Основные определения и понятия.

Следует считать, что адгезия — это связь или взаимодействие между поверхностями двух разнород­ных контактирующих тел. Для нарушения этой связи необходимо внешнее воздействие определенной величины. Адгезия является синонимом русского слова «прилипание». Иногда под термином «прилипание» подразумевают процесс, ведущий к сближению тел и установлению между ними связи.

Только в этом смысле в дальнейшем будет применяться термин прилипание. Кроме того, для определения состояния пленки в процессе адгезии будет применяться понятие «прилипшая пленка».

Различают адгезию частиц и жидкости к твердым поверх­ностям, а также адгезию пленок и покрытий. Адгезия пленок и по­крытий — явление, которое возникает при контакте твердых поверх­ностей с пленками, находящимися на этих поверхностях.

Разграничить понятия «пленки» и «покрытия» порой бывает затруднительно. Пленками обычно называют тонкие слои материа­лов, применяемых для различных целей: упаковки, изоляции, при­дания декоративного вида и т. д. Покрытиями — тонкие слои, на­пример краски или металла, нанесенные на основу с целью прида­ния определенных свойств или изоляции ее от окружающей среды. Подобные функции в некоторых случаях могут выполнять и пленки. Так, пленки, образованные из высокодисперсных твердых частиц, могут выполнять роль смазочного слоя или сообщать поверхности электрические и другие свойства. Поэтому для сокращения в даль­нейшем вместо термина «пленки и покрытия» будем применять какой-либо один термин: «пленки» или «покрытия».

С точки зрения адгезионного взаимодействия пленки, как пра­вило, формируются в результате соприкосновения с твердой поверх­ностью. Кроме того, они могут существовать до взаимодействия с твердым телом, но в результате адгезии они приобретают новые свойства. Пленки могут быть, например, хрупкими, но при контакте с твердой поверхностью за счет адгезии это отрицательное свойство пленок исчезает и пленки могут приобретать другие положительные качества.

Прилипшие к твердой поверхности пленки называют адгезивом, а саму поверхность — субстратом или подложкой. Пленки обычно наносят на твердую поверхность для того, чтобы экранировать вострят. Такое экранирование нужно с целью предупреждения кор­розии, придания поверхности смазочных, декоративных и других Свойств. Так, тонкие пленки, образованные из порошкообразных материалов, сообщают поверхности необходимые электрические свойства, что используется в печатных схемах приемопередающих устройств. Тонкие металлические пленки, наносимые на изоляторы, обусловливают поверхностную электрическую проводимость. Пленки придают кинолентам необходимые эластичные и другие свойства.

Пленки могут образовываться в результате некоторых техноло­гических процессов, например в результате отложения частиц пара­фина при движении нефти по трубопроводам.

В отдельных случаях может иметь место адгезия двух и более пленок, изготовленных из различных материалов. Например, для получения упаковочного материала используют комбинированную пленку, сочетающую положительные свойства ее составляющих. Пленка полиэтилена в результате адгезии с пленкой полиэтилен-терефталата образует эластичный упаковочный материал, облада­ющий высокой прочностью, паро- и газонепроницаемостью, стой­костью к повышенной влажности воздуха.

 

 

Рис. 1,1. Способ образования пленок: