Метод определения адгезии лакокрасочных покрытий способом сдвига

Наибольшее распространение получили два метода количественного определения адгезии (А): метод отслаивания подложки (ГОСТ 15140—69) от покрытия (Пк) и метод нормального отрыва.

Метод отслаивания имеет ряд недостатков. Основные из них:
- адгезия согласно ГОСТ 15140—69 определяется только к алюминиевой или медной фольге;
- условия формирования армированного стеклотканью Пк толщиной 70—100 мкм отличаются от условий формирования Пк на изделии;
- адгезия, определенная методом отслаивания, выражается в условных единицах.

Недостатком метода нормального отрыва является то, что в большинстве случаев отрыв имеет смешанный характер, т. е. происходит частично адгезионный, частично когезионный отрыв, а также отрыв Пк от клея. Причины такого характера разрушения объяснены в работе.

Применение сдвигового усилия для разрыва склеенных образцов дает возможность, как правило, осуществить адгезионный отрыв (когда когезионная прочность меньше адгезионной — когезионный отрыв). Способ сдвига используется для определения адгезии клеев.

При разработке метода определения А покрытий сдвигом решались такие вопросы, как выбор оборудования для осуществления усилия сдвига, а также клея, разработка способа регистрации усилия разрыва, выбор размера и формы образцов, разработка приспособления для их склеивания без перекосов, методика проведения эксперимента, определение точности метода.

Для создания разрывного усилия может быть использовано то же оборудование, что и при определении А методом нормального отрыва — разрывная машина (в этом случае осуществляется сдвиг при растяжении) или пресс (сдвиг при сжатии). В работе был применен учебный масляный поршневый пресс с ручным приводом, так как он дешевле и доступнее разрывной машины. У пресса были укорочены направляющие, чтобы платформа ближе подходила к верхней опорной плите.

Для замера давления использовали манометр с ценой деления 1 ат. Манометр был снабжен второй стрелкой, фиксирующей максимальное усилие разрыва образца. Чтобы стремительно выходящее из манометра масло не сбивало эту стрелку, в трубку, соединяющую манометр с прессом, была вставлена шайба с отверстием 0,3 мм, что уменьшило скорость истечения масла.

Замер разрывного усилия может осуществляться и с помощью датчика ДДМ-150, соединенного с самописцем БВ-662. В связи с тем, что для создания разрывного усилия применяли пресс, была выбрана форма двусрезных образцов, не требующая специальных приспособлений при испытании на сжатие. Размер образцов близок к размеру, рекомендуемому в работе для испытания армированных пластиков (рис. 1).

Рис. 2. Кассета для склеивания образцов

Образцы по 20 шт склеивают в кассете (рис. 2). При этом их выравнивают с помощью подвижной планки, которая прижимается двумя пружинами ко всему ряду образцов, и поджимают с торцов винтами. Чтобы образцы не выдавливались вверх, были сделаны дополнительные металлические вкладыши в виде пластинок с углублениями, в которые упираются боковые винты. Во избежание прилипания к кассете между ее стенками и образцами прокладывается фторопластовая лента. Был выбран клей естественной сушки, не содержащий растворителей и обладающий достаточной адгезионной и когезионной прочностью. Он имеет следующий состав вес час.:

Жизнеспособность клея около 10 мин. Его готовят следующим образом. Смолу прогревают при 80 °С 30 мин, затем в нее добавляют тиокол, смесь охлаждают до комнатной температуры (при перемешивании) и вводят последовательно ПЭПА, сухие кварцевую муку и цинковую пыль. Клей успешно был применен при испытаниях А алкидных и меламино-алкидных Пк.

Окрашенные и высушенные образцы-пластины слегка шлифуют шкуркой для создания шероховатой поверхности и снятия верхнего загрязненного слоя, очищают от пыли, обезжиривают этиловым спиртом и высушивают. Затем каждые две пластины склеивают с третьей, как показано на рис. 1. Средняя пластина должна быть предварительно опескоструена. Клей наносят стеклянной палочкой на обе стороны средней пластины, соединяют склеиваемые поверхности, притирают их и выравнивают вручную, подложив под торец средней пластины фторопластовый вкладыш. Для равномерного распределения клея образцы в течение 1 мин выдерживают под ручным прессом при давлении около 50 Н/см².

Рис. 1. Образец для определения адгезии методом сдвига при сжатии

Затем излишки клея удаляют скальпелем и образцы помещают в кассету на 24 ч, после чего производят окончательную зачистку излишков клея. Подготовленный к испытанию образец закладывают в оправку (чтобы пластины при разрыве не разлетались в стороны) и ставят на платформу пресса. Во избежание влияния возможных перекосов целесообразно сверху и снизу образцов поместить прокладки из вакуумной резины толщиной 2 мм. Затем поднимают давление (с помощью ручного привода) до разрыва образца.

Результаты исследования влияния на величину А толщин клея и самого Пк, способа удаления излишков клея, субъективных факторов изложены в работе. Оказалось, что все вышеперечисленные факторы можно считать незначительными. Точность оценки А составляет ±10-15% при 5 параллельных образцах.

Описанный метод позволяет исследовать зависимость А от способа обработки поверхности, вида материала, режима сушки Пк. Замеры можно производить как при комнатной, так и при других температурах. Для этого склеенные образцы перед испытаниями выдерживают 2 ч в термостате или холодильной камере, затем вынимают и прилагают сдвиговое усилие. По зачеканенной термопаре установили, что температура Пк за время испытания меняется очень мало. Так, после выдержки при —40 °С температура Пк повысилась менее чем на 1 °С. Зависимость А от температуры была снята в интервале 4-34 —60 °С; в этом интервале клей остается достаточно прочным.

Метод позволяет получить оценку адгезии в абсолютных единицах — Н/см² или кгс/см². Оценка адгезии описанным выше ме.тодом производится в НПО «Лакокраспокрытие» (г. Хотьково Моск. обл.).

Автор: Т. В. Смирнова