ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Определение толщины лакокрасочной пленки прибором ИТП из "Лабораторный практикум по испытанию лакокрасочных материалов и покрытий " Широкое применение высокомолекулярных веществ в лакокрасочной промышленности определяется в первую очередь их механическими свойствами, а именно, способностью к большим обратимым деформациям в сочетании с высокой прочностью. [c.95] В отличие от низкомолекулярных веществ полимеры могут находиться лишь в двух агрегатных (твердом и жидком) и двух фазовых (кристаллическом и аморфном) состояниях [1]. [c.95] В лакокрасочных материалах, как правило, используются аморфные полимеры, которым присущи три физических состояния стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее, для каждого из которых характерен определенный комплекс физико-механических свойств. Возможность реализации определенного состояния зависит от химического строения и физической структуры макромолекул формы, размера и плотности упаковки. Условия перехода из одного состояния в другое в свою очередь определяются внешними факторами температурой, величиной и продолжительностью воздействия нагрузки, скоростью деформирования и др. Варьируя этими факторами, можно перевести полимер из одного физического состояния в другое, придавая ему требуемые механические свойства. [c.95] Трем физическим состояниям полимера соответствуют три типа деформаций упругая, подчиняющаяся закону Гука, высокоэластическая и пластическая [1 2]. [c.95] Деформация полимеров, т. е. переход кинетических структурных единиц (звеньев, сегментов, всей макромолекулы, различных морфологических форм надмолекулярных образований) в новое равновесное состояние под действием механических сил, описывается не одним, а целым набором времен релаксации, или спект-, ром релаксации. Тип и величина деформации зависят от соотношения времени релаксационных переходов и времени воздействия внешнего механического поля. [c.97] Согласно этой теории [3], общая деформация е полимерных тел является суммой трех деформаций мгновенно-упругой еу, высокоэластической бв и пластической бп, что отражает специфический характер строения полимеров. [c.98] Следовательно, механические свойства полимерных пленок зависят от проявления подвижности элементов структуры макроцепей, а также от условий внешнего воздействия температуры, скорости деформации и продолжительности действия нагрузки. Деформационные свойства полимеров при строго эквивалентных условиях механического воздействия определяются не только химическим строением материала, но и характером надмолекулярных структур. Морфология, размеры и плотность упаковки элементов надмолекулярных структур играют большую роль в формировании комплекса механических свойств покрытий. [c.98] Большинство современных лакокрасочных материалов базируется на использовании аморфных полимеров, эксплуатирующихся в стеклообразном состоянии [4]. [c.98] Таким образом, характер деформирования полимерных пленок определяется соотношением молекулярного и надмолекулярного механизлхов деформаций, проявляющихся в зависимости от условий механического воздействия и структуры полимера. [c.99] Лакокрасочные покрытия, эксплуатирующиеся в стеклообразном состоянии, могут испытывать упругие, вынужденно-эластические деформации и деформации упругого последействия. [c.99] Отличительной чертой вынужденно-эластическои деформации является то, что она проявляется лишь при действии больших напряжений и исчезает полностью только при температурах выше температуры стеклования. [c.101] В области действия малых напряжений возникают деформации, занимающие по скорости протекания промежуточное положение между упругой и вынужденно-эластической это деформации упругого последействия. Деформация упругого последействия в отличие от Гуковской деформации обусловлена протекающими во времени обратимыми перегруппировками кинетических элементов структуры. Эта деформация с практической точки зрения играет существенную роль, так как большинство полимерных материалов, особенно лакокрасочные покрытия, испытывает при эксплуатации малые напряжения. [c.101] Таким образом, лакокрасочные пленки, находясь в стеклообразном состоянии, в зависимости от внешнего воздействия могут проявлять свойства от хрупких до упруго-эластических. Одной из основных характеристик механических свойств лакокрасочных материалов является их прочность. [c.101] Механическая прочность — способность тел противостоять разрушению под действием механических сил. Разрушение лакокрасочных покрытий происходит не только под действием механической нагрузки, но также под влиянием солнечной радиации, температуры, влажности и других агрессивных сред, приводящих к потере защитных свойств покрытий [6 7]. Однако, несмотря на существование различных факторов разрушения, доминирующим являются механические напряжения, как внешние, так и внутренние, которые в силу структурной неоднородности полимера неравномерно распределяются по межструктурным связям и в местах локализации вызывают нарушение целостности полимерного тела. [c.101] Первый вклад в создании учения о прочности твердых тел внесла теория Гриффитса о критическом разрывном напряжении [8]. По мнению Гриффитса, в реальных телах имеются дефекты в виде полых микротрещин эллиптической формы, у вершины которых создаются локальные перенапряжения. Когда величина одного из них достигнет критического значения, трещина начинает расти со скоростью звука, разрушая тело. [c.101] Александров и С. Н. Журков создали статистическую теорию хрупкой прочности, согласно которой разрыв начинается с самого опасного очага и протекает во времени. Согласно этой теории, дефекты, снижающие прочность, распределены по объему тела случайным образом и различаются по степени опасности, причем наиболее опасные дефекты находятся на поверхности. Уменьшение размера тела приводит к увеличению прочности (масштабный эффект). [c.102] Исследования показали, что идеально хрупких тел нет, разрушению предшествуют пластические деформации и наиболее существенной чертой процесса разрушения всех твердых тел является развитие его во времени [9—11]. Разрушение рассматривается как процесс зарождения и развития трещины, состоящий из двух стадий медленная стадия — возникновение и рост трещин до появления у вершины одной из них напряжения, близкого к критическому, и быстрая стадия — рост трещин по механизму Гриффитса. [c.102] Наиболее общепринятой теорией прочности твердых тел является кинетическая концепция термофлуктуационного разрушения, разработанная С. Н. Журковым с сотрудниками. Разрушение представляет собой кинетический процесс разрыва химических связей тепловыми флуктуациями. Повышение температуры и напряжения приводит к ускорению этого процесса, л-ак как в этом случае понижается потенциальный энергетический барьер разрушения связей. [c.102] Жесткоцепные и сильно ориентированные полимеры в процессе разрушения подчиняются общим закономерностям разрушения твердых тел. Поверхность разрушения таких полимеров имеет, как правило, три четко выраженные зоны, соответствующие трем стадиям разрыва I зона — гладкая, зеркальная, отражает медленный этап разрушения возникновение зародышевых трещин и развитие их со скоростью 0,1 —1 см/с П1 зона — шероховатая соответствует быстрому развитию разрывной трещины с звуковой скоростью порядка 3-10 см/с. И зона (промежуточная) —отражает процесс слияния микротрещин и увеличение скорости развития трещин от 1 до 3-10 см/с. [c.102] Если в процессе разрушения полимерных материалов реализуется высокоэластическая и вынужденно-эластическая деформации, то проявляется иной механизм разрушения, сопровождающийся релаксационными процессами в вершине трещины. В, этом случае наблюдается аномалия температурных характеристик прочности, и зависимость долговечности от температуры будет иметь вид тр = бст , где В — константа, зависящая от температуры, а п — константа, не зависящая от температуры. [c.102] Вернуться к основной статье