Способы нанесения лакокрасочных материалов на пластины

Для определения показателей свойств лакокрасочных материалов в твердом состоянии их наносят на пластины в один слой. Толщина высохшего слоя краски или лака должна быть 25...30 мкм при нанесении кистью и 20...25 мкм при нанесении краскораспылителем. Толщину слоя лакокрасочного материала определяют винтовыми микрометром или толщиномерами. При использовании микрометра толщину покрытия измеряют на пластине в 5...6 местах, отмеченных мягким графитовым карандашом. Затем лезвием бритвы или растворителем удаляют пленку материала и измеряют толщину пластины. Среднее значение разности измерений явится толщиной лакокрасочного покрытия. При определении толщины слоя лакокрасочного материала на ферромагнитной пластине используют толщиномеры типа ИТП-1, ИТП-5, МТА-2, принцип работы которых основан на зависимости силы притяжения магнита от толщины изолирующего слоя лакокрасочного материала. Для определения толщины покрытия на немагнитной пластине применяют толщиномеры типа ТПН-IV, ИДП-3, ИДП-5, ТПМ-Л2, ТПО-В, работа которых основана на принципе электромагнитной индукции.

Твердость лакокрасочного покрытия в большей мере характеризует его когезионную прочность, а также степень высыхания Сравнительно точные показатели твердости получают с помощью маятниковых приборов типа МЭ-3 и М-3 (рис. 10.8), принцип измерений на которых основан на вычислении отношения времени затухания колебаний маятника, установленного на поверхности лакокрасочного покрытия, ко времени затухания колебаний маятника, установленного на стеклянной пластине без покрытия. Маятниковый прибор МЭ-3 используют для измерения твердости лакокрасочного покрытия при 20...200 °С. На стреле маятника крепится подвижный груз, передви­гая который изменяют центр тяжести маятника и соответственно амплитуду его качания. Маятник жестко закрепляется на стойках в стеклянном футляре, а верхняя часть маятника с двумя опорными полушариями помещена в термоизолирую­щую коробку. Маятниковый прибор М-3 не имеет электротермостатиро-вания и предназначен для измерения твердости лакокрасочного покрытия при (20±1) °С. Масса маятника с деталями в собранном виде (120± 1) г, длина от точки опоры до конца стрелки (500±1) мм. Двумя опорами маятника служат стальные шарики диаметром 8 мм. Перед проведением испытания устанавливают время затухания колебаний маятника от 5 до 2 °, когда точки опоры находятся на пластине из фотостекла размером 90´ 120 мм. Этот показатель, получивший название «стеклянного числа» прибора, должен равняться (440±6) с. В противном случае, перемещая груз вдоль маятника, производят регулировку прибора.

Изгиб является важным механическим свойством лакокрасочного покрытия, косвенно характеризующим эластичность. Сущность испытания на изгиб состоит в определении мини­мального диаметра стержня, при изгибании на котором металлической пластины с лакокрасочным покрытием не происходит его разрушения. Соответствующий прибор (шкала гибкости ШГ) представляет собой панель, на которой закрепляются 12 стальных стержней, причем девять из них закреплены неподвижно, а три в верхнем ряду являются съемными (рис. 10.9). Четыре стержня имеют плоскую форму с закруглениями в верхней части диаметрами 1, 2, 3 и 4 мм. Восемь стержней имеют цилиндрическую форму с диаметрами 5, 6, 8, 10, 12, 15, 16 и 20 мм. Три стержня в верхнем ряду могут заменяться другими, большего диаметра: 25, 30, 35, 40, 45 и 55 мм.

Ударная прочность также является важной характеристикой лакокрасочного материала. Особенно необходим этот показатель для лакокрасочных покрытий, эксплуатируемых при сравнительно низких температурах. Принцип определения прочности пленки лакокрасочного покрытия при ударе связан с измерением максимальной высоты (в см), падая с которой груз массой в 1 кг не вызывает разрушения покрытия. Прибор У-1А (рис. 10.10) состоит из станины, запрессованной в станину наковальни с внутренним диаметром 15 мм, направляющей трубы со свободно падающим грузом массой 1 кг, с шариком 8 мм, двух стоек, скрепленных траверсой, приспособления для удержания и сбрасывания груза, шкалы для отсчета высоты установки груза. Реже используют прибор У-2 аналогичной конструкции, но имеющий шарик диаметром 15 мм и диаметр рабочей части наковальни 26 мм.

Адгезия является многофакторным показателем, зависящим от природы связующего (пленкообразующего) подложки, условий формирования покрытия. Адгезионная прочность покрытия зависит от характера и плотности адгезионных связей и непосредственно влияет на другие механические и защитные свойства лакокрасочной пленки. В соответствии с требованиями стандарта для определения адгезии применяют один из трех методов.

Метод решетчатых надрезов основан на оценке состояния ячеек решетки, полученной с помощью бритвы или скальпеля на лакокрасочном покрытии.

Метод параллельных надрезов с применением липкой ленты основан на оценке состояния полос лакокрасочного покрытия после попытки их отрыва подложки с помощью упомянутой ленты.

Количественный метод отслаивания основан на измерении усилия, необходимого для отслаивания гибкой подложки от лакокрасочной пленки, армированной стеклотканью. В качестве гибкой подложки применяют алюминиевую, медную или оловянную фольгу, которую натягивают на стеклянной пластине и обезжиривают ацетоном. На гибкую подложку наносят слой лакокрасочного материала, высушивают и наносят второй слой, на который накладывают, плотно прижимая, стеклоткань толщиной 0, 04...0, 06 мм. В свою очередь, на стеклоткань наносят кистью испытуемый материал и высушивают. После сушки образец снимают со стеклянной пластины и разрезают вдоль на 10 полос размером 10´ 60 мм. На восьми полосах (кроме двух крайних) вручную отслаивают фольгу от пленки со стеклотканью на длину около 35 мм и отгибают ее на 180 °. Толщина пленки покрытия со стеклотканью должна быть равна 70...100 мкм. Усилие, затрачиваемое на отслаивание подложки от пленки, определяют с помощью разрывной машины.

Образцы лакокрасочных материалов на подложках, подготовленные к испытанию, должны быть выдержаны после холодной сушки в течение 48 ч, а после горячей сушки - не менее 3 ч. При замере толщины лакокрасочного покрытия не менее чем на двух участках поверхности испытуемого образца расхождение результатов не должно превышать 5 мкм.

Материалы: образцы, подготовленные к определению вязкости, укрывистости и степени высыхания; олифа, растворители; этиловый спирт; глицерин; бумажный диск диаметром 26 мм; резиновый диск диаметром 22 мм; образцы лакокрасочных материалов на подложках, подготов­ленные к определению их твердости, изгиба, прочности при ударе, адгезии; полосы липкой полиэтиленовой ленты размером 10´ 100 мм.

Основное оборудование, приборы: вискозиметр ВЗ-4 или ВЗ-1, шариковый вискозиметр; краскораспылитель, кисти; приспособления для создания нагрузки на покрытие с грузом массой 5, 7 кг; стеклянные пластины для определения укрывистости; «шахматная доска»; маятниковый прибор типа М-3, МЭ-3; прибор (устройство) для испытания лакокрасочного покрытия на изгиб; прибор типа У-1А; разрывная машина со шкалой нагрузок 29, 4 Н и специальным приспособлением к зажимам; скальпель или лезвие бритвы; стальная пластина - шаблон размером 6´ 15´ 3 мм; увеличительное стекло; секундомер.

Проведение испытаний. Перед определением условной вязкости лакокрасочного материала на вискозиметре ВЗ-4 или ВЗ-1 резервуар прибора тщательно промывают растворителем (применяемым для растворения испытуемого материала), высушивают и ополаскивают этиловым спиртом. Испытуемый материал тщательно перемешивают и оставляют в покое на 5...10 мин, чтобы успели выйти пузырьки воздуха. Температура материала должна быть (20±0, 5) °С.

Вискозиметр ВЗ-4 устанавливают в горизонтальном положении и подставляют под него сосуд емкостью не менее 110 мл. Отверстие сопла закрывают и заполняют вискозиметр испытуемым материалом объемом 100 мл вровень с краями. Затем открывают отверстие сопла и одновременно с появлением жидкости включают секундомер и останавливают его в момент появления прерывающейся струи испытуемого материала. Значение условной вязкости (по времени истечения лакокрасочного материала) принимают как среднее из трех измерений.

Установку вискозиметра ВЗ-1 производят с помощью установочных винтов штатива, добиваясь, чтобы острия штифтов были расположены в горизонтальной плоскости. Сопло прибора закрывают стержнем и во внутренний резервуар наливают испытуемый лакокрасочный материал до уровня остриев штифтов. В ванну прибора наливают воду с температурой (например, 20 °С) и доводят температуру материала до необходимого уровня. Под сопло вискозиметра подставляют стеклянный стакан, градуированный на 50 мл. Открывают отверстие сопла и фиксируют с помощью секундомера время истечения 50 мл испытуемого материала. Допускается расхождение между двумя параллельными определениями не более 5%.

При определении условной вязкости сравнительно густого прозрачного лакокрасочного материала его наливают в стеклянную трубку шарикового вискозиметра на 1...2 см выше верхней метки. Если определяют условную вязкость густого непрозрачного пигментированного материала, то сначала в трубку прибора до нижней метки наливают глицерин, затем испытуемый материал до верхней метки и вновь глицерин на 1...2 см выше верхней метки. Трубку прибора помещают в водяную баню. Подогревая или охлаждая воду, добиваются температуры испытуемого материала обычно 20 °С. После этого по центру стеклянной трубки с испытуемым материалом опускают стальной шарик. Секундомер включают и выключают при прохождении шарика соответственно через верхнюю и нижнюю метки (расстояние 25 см). Допускаемое расхождение между результатами двух параллельных определений не более 5%.

При определении укрывистости пигмента густотертых масляных красок нередко используют упомянутую выше стеклянную пластину, на одну из сторон которой нанесены три цветные (черные и белая) полосы. Пластину взвешивают и на лицевую сторону (противоположную той, на которую нанесены три цветные полосы) кистью в продольном и поперечном направлениях наносят краску малярной консистенции. Краску наносят до тех пор, пока на пластине, расположенной на листе белой бумаги, станут невидимыми цветные полосы

Укрывистость (г/м²) в расчете на малярную консистенцию

У = (т₁- т) 10 000/F (10.15)

где т₁ и т - масса стеклянной пластины соответственно после и до покраски, г; F- площадь пластины, покрываемой краской, см²

При использовании «шахматной доски» учитывают вид краски. Испытывая алкидные и масляные краски, их наносят краскораспылителем или кистью на предварительно взвешенную стеклянную пластину размером 200´ 200 мм, толщиной 1, 5 мм. Под пластиной располагают «шахматную доску». Краску перестают наносить, когда прекращается просвечивание черных и белых квадратов на «шахматной доске» сквозь слой невысохшей краски, и вновь взвешивают пластину.

Укрывистость (г/м²) в расчете на густотертую краску (У) и краску малярной консистенции (У')

У =(т₁- т)(100 -т₂) 10000 /100F (10.16)

У' =(т₁- т) 10 000/F(10 17)

где т₁, т - масса стеклянной пластины соответственно с нанесенным слоем краски малярной консистенции и до покраски, г; т₂ - отношение массы олифы, израсходованной на доведение густотертой краски до малярной консистенции, к массе краски малярной консистенции, %; F - укрываемая площадь стеклянной пластины, см².

При испытании водоэмульсионных, эмалевых и других красок их доводят до рабочей вязкости (растворителем или разбавителем) и затем краскораспылителем наносят на предварительно взвешенную стеклянную пластину первый слой краски. Пластину в горизонтальном положении помещают в сушильный шкаф и высушивают покрытие. После высыхания первого слоя и охлаждения пластины краскораспылителем наносят второй слой краски и подкладывают под пластину «шахматную доску». Испытание прекращают, если через стеклянную пластину не просвечивают квадраты «шахматной доски». В противном случае наносят третий и последующий слои краски. Затем взвешивают пластину с необходимым количеством красочного покрытия.

Укрывистость (г/м²) при расчете на сухую пленку У_с, на неразбавленную краску У _н и на разбавленную краску У_р вычисляют по следующим формулам^-

У_с =(т₁ - т) 10 000/F (10.18)

У_H = (m₁ - m) 10 000 / (F 0, 01 m ₂) (10.19)

Уp= (m₁ - m) 10 000 k/ (F 0, 01 m ₂) (10.20)

где m₁, т - масса стеклянной пластины соответственно с высохшей пленкой краски и до покрытия, г; m₂ - содержание связующего (пленкообразующего) %; k - коэффициент пересчета разбавленной краски на неразбавленную (отношение масс разбавленной и неразбавленной краски); F - площадь стеклянной пластины, см².

Допустимое расхождение между двумя параллельными определениями не более 5 %.

Методические особенности определения степени высыхания также связаны с видом лакокрасочного материала.

При определении высыхания до степени 1 масляных и масляно-смоляных материалов их наносят на пластину и выдерживают в помещении в горизонтальном положении при (20±2) °С и относительной влажностью воздуха (65±5) °С. Слои лакокрасочного материала в процессе выдержки предохраняются от попадания прямых солнечных лучей и от пыли. Периодически в процессе высыхания дышат на слой лакокрасочного масляного или масляно-смоляного материала, держа пластину на расстоянии около 10 см от рта. Временем высыхания «от пыли» считают время от начала высыхания до появления матового пятна от конденсации влаги.

При определении высыхания до степени 1 остальных лакокрасочных материалов их наносят на пластины и выдерживают в аналогичных условиях, но до момента отсутствия липкости при легком прикосновении пальцев к слою лакокрасочного покрытия. Затем на горизонтально лежащую пластину наносят тонким слоем с высоты 10...13 см около 0, 5 г стеклянных микрошариков диаметром 100...180 мкм. Через (60±2) с пластину наклоняют под углом 20 ° и сметают микрошарики мягкой кистью. Степень 1 высыхания определяют по времени от начала до полного и легкого удаления стеклянных микрошариков с поверхности лакокрасочного слоя.

При определении высыхания до степеней 2, 3, 4, 5, 6 и 7 лакокрасочный материал естественной сушки наносят на пластину и выдерживают в условиях, аналогичных указанным выше. Слой лакокрасочного материала горячей сушки выдерживают при температуре и времени, указанных в стандарте или ТУ, а затем выдерживают еще 3 ч при температуре (20±2)°С. Затем на подготовленную пластину накладывают бумажный диск диаметром 26 мм, а на него резиновый диск диаметром 22 мм и толщиной 4...6 мм. На середину резинового диска устанавливают гирю массой 20 г, 200 г или 2 кг соответственно при определении высыхании до степеней 2, 3 или 4, 5. Специальное приспособление используют, как правило, при создании нагрузки в 200 Н до степеней высыхания 6 и 7, для чего на бумажный и резиновый диски опускают стержень прибора с помощью рычага. К последнему подвешивают груз массой 5, 7 кг. После выдержки в течение (60±2) с пластину освобождают от нагрузки и снимают резиновый диск. Затем пластину с бумажным диском на лакокрасочном покрытии бросают ребром на деревянную поверхность с высоты 2...3 см.

Высыхание до степеней 2, 3, 5 и 7 фиксируют по времени от начала высыхания до момента, когда бумажный диск легко отделяется от слоя лакокрасочного покрытия, не оставляя следа. При высыхании до степеней 4 и 6 допускается след от бумажного диска на площади нагрузки.

При определении твердости лакокрасочного покрытия стеклянную пластину укладывают пленкой вверх на плиту маятникового прибора под стальные шарики. При этом конец маятника должен находиться около шкалы прибора. После установки маятника точно в нулевое положение (с помощью пускового приспособления) его осторожно отводят влево до деления шкалы 5°, следя, чтобы шарики не двигались с места. Затем освобождают маятник и дают ему свободно качаться. Одновременно включают секундомер и выключают его, когда амплитуда колебаний маят­ника достигнет 2°.

Твердость лакокрасочного покрытия

T = t/t₁ (10.21)

где t, t₁ - время затухания колебаний маятника от 5 до 2°, точки опоры которого лежат соответственно на испытуемом лакокрасочном покрытии и на стеклянной пластине, с.

Разница между результатами двух параллельных определений (каждый раз на новом месте приложения шариков прибора) не должна превышать 3 %. Окончательный результат вычисляют как среднее арифметическое двух определений.

Оценивая изгиб, металлическую пластину с лакокрасочным покрытием (пленкой вверх) плотно прижимают к стержню известного диаметра, предусмотренного ГОСТом на испытуемую краску (лак). Если изгиб не нормируют, испытание начинают со стержня наибольшего диаметра. Пластину плавно изгибают вокруг стержня на 180° в течение 1...2 с. Пользуясь увеличительным стеклом (4´), осматривают лакокрасочное покрытие после изгиба, фиксируя возможные повреждения (трещины, отслаивания), отстоящие от края на 3...5 мм. За изгиб лакокрасочного покрытия принимают значение минимального диаметра стержня (в мм), на котором после изгиба покрытие остается неповрежденным.

При определении прочности лакокрасочного покрытия при ударе металлическую пластину окрашенной поверхностью вверх располагают на наковальне прибора под боек. Пластина должна плотно прилегать к поверхности наковальни. С помощью стопорного винта и шкалы прибора груз устанавливают на заданной высоте. Нажимая кнопку на стопорном винте, освобождают груз, который свободно падает на боек прибора. Шарик бойка передает ударное усилие на поверхность металлической пластины. Затем груз поднимают, вынимают пластину и с помощью увеличительного стекла оценивают состояние лакокрасочного покрытия. При отсутствии повреждений покрытия (трещины, отслаивания, вмятины) испытания продолжают, постепенно увеличивая высоту падения груза (на 1...10 см и до 50 см). Прочность лакокрасочного покрытия при ударе выражают максимальной высотой (в см), с которой свободно падает груз массой 1 кг, не вызывая разрушения покрытия. Расхождение между двумя параллельными определениями не должно превышать ±10 мм. За окончательный результат принимают среднее арифметическое двух определений.

При определении адгезии лакокрасочного покрытия методом решетчатых надрезов скальпелем или бритвой делают по линейке не менее пяти горизонтальных и перпендикулярных или вертикальных надрезов на покрытии до подложки (металлической пластины). Расстояние между линиями надрезов 1 мм - для покрытия толщиной менее 60 мкм и 2 мм - для покрытий большей толщины. Для нарезания на покрытии решеток из 25 квадратов с расстоянием между линиями надрезов 1, 2 и 3 мм применяют стальную пластину-шаблон размером 6´ 15´ 3 мм со сквозными прорезями. После нанесения надрезов решетчатую поверхность лакокрасочного покрытия очищают кистью и оценивают состояние поверхности по четырехбалльной шкале. Адгезия получает высшую оценку - 1 балл при гладких краях надрезов и отсутствии отслоившихся кусочков покрытия. Оценка 2, 3 и 4 балла - при отслаивании покрытия соответственно до 5, 35 и свыше 35 % поверхности с каждой решетки.

Применяя метод параллельных надрезов с использованием липкой ленты на испытуемом покрытии делают не менее пяти параллельных надрезов скальпелем или лезвием бритвы до подложки на расстоянии 1 мм друг от друга. Липкую полиэтиленовую ленту размером 10´ 100 мм накладывают перпендикулярно надрезам, оставляя один конец неприклеенным. Затем быстро отрывают ленту от покрытия и оценивают состояние его поверхности. Если края надрезов остаются гладкими, адгезия оценивается баллом 1, при незначительном отслаивании покрытия (не более 0, 5)- баллом 2, при отслаивании покрытия целыми полосами - баллом 3.

При определении адгезии количественным методом отслаивания полученную полоску пленки со стекло­тканью закрепляют на разрывной машине. Пленку лакокрасочного покрытия со стеклотканью закрепляют в верхнем зажиме разрывной машины, а фольгу - в зажиме приспособления для сохранения постоянного угла расслаивания. Нерасслоенная часть образца должна быть прижата к направляющей пленке. Максимальная нагрузка разрывной машины 30 Н, скорость движения зажимов приспособления 6, 5...7 см/мин. Отсчет усилия записывают на шкале разрывной машины. Величину адгезии (гс/см) вычисляют как среднее арифметическое из восьми определений.

Полученные результаты испытаний сравнивают с требованиями соответствующих ГОСТов.

10.2. Эстетические свойства лакокрасочных строительных материалов