Файл: Чеботаревский, В. В. Лаки и краски - что это такое.pdf

Если стальную пластинку, окрашенную только с одной стороны в серебристый цвет, поместить над газовой горел­ кой и нагреть до 600° С, то она станет темно-красного цве­ та. Через несколько часов нагревания погасим горелку. Одна сторона пластинки, охлаждаясь, вновь станет сереб­ ристой, другая же сторона побуреет, покроется окислами железа. Произошла так называемая гачзовая коррозия металла. Неужели тонкое полимерное покрытие, толщи­ ной всего 30—40 мкм, может противостоять такой высокой температуре и более того, предохранять металл от окис­ ления. Да, это не фантазия; термостойкие лакокрасочные материалы применяют в самых различных отраслях народ­ ного хозяйства, причем они не только защищают изделия от коррозионных разрушений, по одновременно придают им декоративные, электроизоляционные и другие свойст­ ва. Ими защищают выхлопные трубы и цилиндры двига­ телей, нагревающихся до 400°С. Обшивка самолета ТУ-144 в полете нагревается до 130° С, однако покрытие остается белым и сохраняет свои защитные свойства. Электриче­ ские провода статоров и роторов двигателей покрывают термостойкими электроизоляционными лаками, которые в течение многих тысяч часов, несмотря на высокие тем­ пературы. сохраняют электроизоляционные и защитные

104 свойства. Обшивку космических кораблей, нагревающую-

Почему это произошло? Подготовка поверхности прово­ дилась одинаково, лакокрасочный материал был из одной партии, наносили его краскораспылителем. Когда лакокра­ сочную пленку исследовали иод микроскопом, обнаружили, что на пленке, покрывавшей прокорродировавшие участ­ ки, имеются микроскопические трещины. Измерили толщи­ ну: оказалось, что толщина растрескавшейся пленки 65 мкм, а нерастрескавшейся — около 30 мкм. Результат несколько неожиданный, так как, казалось бы, более тол­ стые слои должны давать лучший защитный эффект.

Возникло предположение, что образование трещин свя­ зано с возникновением внутренних напряжений. Исследо­ вания подтвердили это предположение; они показали, что толстые хрупкие покрытия растрескиваются скорее тон­ ких. Более того, через некоторое время растрескавшаяся пленка шелушится и отслаивается от поверхности метал­ ла. Здесь же вероятно сказалась и недостаточная адгезия покрытия.

Таким образом, выявился еще один важный фактор,

ловом воздействии и способные вызвать разрушение покрытия.

На термостойкость покрытий решающим образом вли­ яют природа пигментов и наполнителей. Это ярко иллю­ стрирует следующий пример.

Два стальных кожуха двигателя были окрсйиены дву­ мя эмалями на одинаковом пленкообразующем — полйлмтилфенилсилоксановой смоле. Пигментная же ча-сть у них была различна; в эмаль А кроме зеленой окиси хрома была введена слюда (наполнитель), в эмали Б слюды не было. Кожух двигателя при работе нагревался до 500° С.

Через полгода эксплуатации под покрытием эмалью Б 107

появились следы коррозии, что свидетельствовало о его несплошности. Покрытие эмалью А полностью сохранило свои защитные свойства.

Было установлено, что в пленке эмали Б, не содержа­ щей наполнителя, внутренние напряжения в несколько раз больше, чем в пленке эмали А. Следовательно, при­ чиной появления следов коррозии явилось образование микротрещин в пленке эмали. Визуально эти микротре­ щины были незаметны, но влага проникла через них и вызвала коррозию металла.

Для подтверждения этого предположения было прове­ рено омическое сопротивление пленки эмали Б; оказа­ лось, что после теплового старения и охлаждения от 500 до —60° С оно резко снизилось. Таким образом, наполни­ тель — слюда благоприятно влияет на термостойкость покрытия, уменьшая внутренние напряжения в пленке.

Было замечено, что резкое ухудшение защитных свойств наступило именно в момент охлаждения покры­ тия. Вероятно, были две причины: первая — разница в температурных коэффициентах линейного расширения металла и полимера и вторая — снижение эластичности покрытия в результате перехода полимера в стеклообраз­ ное состояние.

При сравнении коэффициентов линейного расширения лакокрасочной пленки и стали выяснилось, что металл имеет меньший коэффициент. Следовательно, когда поли­ мер при охлаждении сжимается, в покрытии возникают еще и дополнительные напряжения.

Само по себе наличие внутренних напряжений не опас­ но, но до известного предела. И этот предел — разрушаю­ щее напряжение при растяжении. Если внутренние напря­ жения превысят его, то пленка разрушится. А что будет

108 с пленкой, если силы внутренних напряжений пусть не­

большие, но действуют постоянно? Пленка будет посте­ пенно «уставать» и ее прочность будет снижаться. Заставьте человека держать на вытянутой руке гирю массой 5 кг. Через некоторое время рука опустится, мыш­ ца устала.

Возьмем лакокрасочпую пленку, разрушающее напря­ жение которой при растяжении 20 МПа ( — 200 кгс/см2) . Нагрузим ее гирей 1 кН (— 100 кгс), затем снимем груз и проверим прочность пленки. Разрушающее напряжение снизилось до 12 МПа ( —120 кгс/см2). Снова нагрузим

Внутренние напряжения — тот же груз, который непре­ рывно растягивает покрытие. Под влиянием постоянной нагрузки, связи между отдельными макромолекулами по­ степенно нарушаются; соответственно снижается и проч­ ность.

Но почему же покрытие разрушается при тепловом ста­ рении? По двум причинам. При термоокислительной дест­ рукции нарушаются адсорбционные и химические связи между макромолекулами, следовательно прочность пленки снижается; с другой стороны протекает процесс сшива­ ния, макромолекулы делаются менее подвижными, а покрытие более хрупким. Находясь в таком состоянии покрытие более чувствительно к дополнительным нагруз­ кам. Вот почему охлаждение, вызывающее термические напряжения, иногда вызывает растрескивание лакокрасоч­ ного покрытия.

• Термостойкость, как мы видели, зависит от природы по­ лимера, состава лакокрасочного покрытия и его толщины.

создания адгезионного подслоя, как бы мостика между по­ верхностью металла и покрытием. Толщина таких подслоев ничтожна, достаточно создать прослойку всего в несколько десятых нанометра, для того, чтобы слой лакокрасоч­ ного покрытия имел хорошую адгезию к поверхности металла.

При нанесении лакокрасочных материалов та изделия,' эксплуатируемые при повышенных температурах, необ­ ходимо знать термостойкость материалов.

На заводе красили автоклав, который в процессе рабо­ ты должен был нагреваться до 130° С. Для этой цели была рекомендована алкидная эмаль. Однако эмали не хватило, и часть поверхности автоклава покрасили перхлорвиниловой эмалью того же цвета. Автоклав начали эксплуатировать, и через короткое время та часть авто­ клава, которая была окрашена перхлорвиниловой эмалью, начала корродировать. Что же произошло? При нагрева­ нии автоклава в перхлорвиниловом покрытии в результате деструкции образовался хлористый водород, который и вызвал интенсивную коррозию стали. Если бы на заводе знали, что перхлорвиниловая смола начинает разлагаться