Исследование пленки

Категория:
Целлюлозные лаки


Исследование пленки

При исследовании высохшей племки химические методы исследования имеют меньшее значение, чем при исследовании жидкого материала. Применение химических методов для исследования высохшей Пленки не может дать результатов потому, что летучие части эмали во время ее высыхания испаряются и процесс пленкообразования сопровождается изменениями, которые осложняют химическое исследование составных частей эмали.

Химические методы исследования

В отдельных случаях исследование сухой пленки химическими методами может оказаться полезным для определения отдельных составных частей пленки, представляющих специальный интерес.

Химическими методами можно определить, например, состав пигментной части и наличие в пленкообразователе масел и смол. Эти вопросы можно решать обычными методами исследования. Присутствие некоторых составных частей в пленке можно точно установить специальными реакциями. К таким состав?шм частям относятся, например, хлор, азот, фосфорная кислота, а также (с несколько меньшей достоверностью) канифоль, производные канифоли, фталевая кислота и др.

Производные целлюлозы, если они присутствуют в эмали в небольших количествах, определяются с трудом. Определение производных целлюлозы в пленке производят, растворяя пленку, отделяя пигмент и осаждая производное целлюлозы из раствора каким-нибудь определенным растворителем. Подробно эти методы описаны в специальной литературе.

Большую помощь при исследованиии пленки часто может оказать микроскопическое исследование, особенно полезное при определении состава пигментов.

Физические методы исследования

Продолжительность высыхания. Методы определения продолжительности высыхания приведены здесь очень кратко, так как она имеет небольшое значение для целлюлозных лаков, высыхающих почти всегда быстро.

Следует упомянуть, что точно определить время, в течение которого пленка высыхает, очень трудно, так как само понятие «сухой» с достаточной точностью определить нельзя. В соответствии с трудностями определения продолжительности высыхания .число предложенных для этой цели методов, приборов и вспомогательных средств в настоящее время очень велико. Но даже при пользовании большинством этих аппаратов определение продолжительности высыхания производят все же на основании субъективных суждений.

Целлюлозные лаки почти всегда высыхают за два часа, а большинство из них даже за несколько минут. При сравнительных испытаниях или в спорных случаях могут понадобиться возможно более точные данные о продолжительности высыхания. Для таких случаев можно применять точный прибор, например прибор для измерения степени высыхания DRAGE, который дает возможность получить и исследовать кривую высыхания. Такой аппарат позволяет проследить процесс практического высыхания, полного высыхания и высыхания от пыли и установить неправильность, допущенную при составлении смеси растворителей. При пользовании этим аппаратом на стеклянную пластинку, покрытую исследуемым лаком, кладут стальной шарик. Своим весом шарик действует в течение 30 секунд на слой лака, а по истечении этого времени пластинку приподнимают с одного края до тех пор, пока шарик не скатится. Синус угла наклона пластинки во время скатывания шарика, умноженный на радиус шарика, и будет величиной трения, которую изображают графически. Этот прибор выпущен в продажу фирмой А. М. Erichsen (Гемер-Сундвиг). Для.этой же цели сконструирован еще и ряд других приборов, подробно здесь не описанных.

Применяемый с успехом железными дорогами Западной Германии простой метод определения продолжительности высыхания, заключающийся в насыпании на окрашенную поверхность препарированного тонкого песка, при исследовании целлюлозных лаков едва ли может быть использован вследствие быстроты процесса пленкообразования.

Толщина невысохшей пленки

Определение толщины невысохшей пленки быстросохнущих лаков имеет второстепенное значение. Оно может понадобиться только при исследовании целлюлозных лаков с большим содержанием пленкообразователей, высыхающих в результате химических процессов, так как процесс высыхания таких лаков продолжается много часов. Прибором для таких измерений является, например, измеритель толщины невысохших пленок тип 234 фирмы А. М. Erichsen (Гемер-Сундвиг). Этот прибор состоит из металлического диска с тремя кольцами; среднее кольцо отшлифовано эксцентрично. Скатываясь, среднее кольцо на определенном месте смачивается красочной пленкой. Толщину пленки на этом месте можно измерить.

Из большого числа других приборов такого типа следует указать на разработанный Е. Россманном прибор для измерения толщины слоя невысохшей пленки, состоящий из тройного диска и инструмента для измерения толщины невысохшей пленки, имеющего вид пилы.

На этом заканчивается описание методов, применяемых при исследовании перехода жидкого лакокрасочного материала в твердую высохшую пленку.

Общие замечания об испытании свойств красочной пленки

Всякое вещество за время своего существования проходит определенный путь развития, который начинается при образовании вещества из исходных материалов и заканчивается его распадением, т. е. переходом в другие вещества. Этой закономерности подчиняются и лакокрасочные материалы и образованные из них пленки. Время, протекающее между началом и концом этого пути, различно.

Есть вещества, существование которых ограничивается долями секунд (радиоактивные вещества), но есть и такие (например, металлы), продолжительность жизни которых весьма велика.

Продолжительность существования красочной пленки лежит в более узких пределах, а именно: между несколькими неделями и несколькими десятилетиями, за исключением случаев особого воздействия на пленку, как-то: разрушения пленки воздействием тепла, истирания и т. п.

Начало жизни пленки относится к моменту нанесения лакокрасочного покрытия на окрашиваемую поверхность, конец лежит в области, в которой явления разрушения пленки переходят в полное ее распадение.

Если предположить, что разрушение пленки происходит в результате взаимодействия между силами внутреннего сцепления— когезией и силой прилипания к поверхности—адгезией, то разрушение пленки означает, что силы когезии значительно меньше сил адгезии, хотя для отделения вещества пленки от поверхности в этом случае достаточно даже незначительного механического усилия.

Состояние, которое пленка проходит между началом и концом своей жизни, может быть различным, но изменение ее свойств протекает практически во всех случаях непрерывно и идет в направлении распадения пленки. Чтобы изобразить изменение свойств пленки графически, нужно по вертикальной оси системы координат нанести изменение консистенции от «жидкой» через «мягкую» и «твердую» к хрупкой, а по горизонтальной оси—время.

В качестве примера на диаграмме приведены три кривые, которые характеризуют различные изменения состояния пленки во времени.

Кривая I показывает, что лаковая пленка сравнительно быстро проходит область жидкого состояния, медленнее—область твердого состояния и еще медленнее—область хрупкого состояния.

Кривая II изображает прохождение- лаковой пленкой всех областей состояния с одинаковой скоростью, а кривая III— случай, когда пленка из жидкого состояния переходит в твердое в течение сравнительно продолжительного времени. Через твердое состояние эта пленка проходит быстрее; с еще большей скоростью она идет к состоянию хрупкости, т. е. к разрушению.

Кривая I представляет идеальное поведение лакокрасочного материала, а именно: быстрое высыхание, длительное пребывание в области хорошей стабильности и механических свойств и очень медленное разрушение. Кривая III изображает противоположный случай, а именно: длительное высыхание и довольно быстрое разрушение пленки. Практически кривая состояния пленки не вполне совпадает с кривой III, так как на ход кривых состояния пленки, обусловленный составом краски, оказывают определенное влияние и внешние воздействия. Эти воздействия происходят или в циклической последовательности (например, регулярное воздействие комнатного тепла и т. п.), или в нерегулярной последовательности (изменение места экспозиции, неравномерность сезонных влияний и т. п.). На изменение свойств пленки в том или ином направлении влияют также и некоторые вещества, например отходящие промышленные газы, материалы, применяемые для чистки пленки, и т. д.

Поэтому ход кривой состояния пленки определяется по существу двумя моментами: составом пленкообразующих компонентов и внешними воздействиями на пленку. Будет ли внешлее воздействие более сильным по сравнению с силами внутреннего строения пленки, зависит от типа лакокрасочного материала. Во всяком случае у пленок высокого качества внешние воздействия не очень сильны по сравнению с силами внутреннего строения. Если же внутреннее строение пленки неустойчиво, то на продолжительность ее жизни оказывают влияние уже довольно незначительные внешние воздействия.

Внутреннее строение пленки в большой мере зависит от прочности связи между отдельными ее составными частями. Прочная связь наблюдается преимущественно у лаков, высыхающих в результате химических процессов, потому что в этом случае имеются предпосылки для образования так называемой сетчатой структуры молекулы.

Пленки, высыхающие в результате физических процессов, также могут обладать большой прочностью в результате действия молекулярных сил между отдельными составными частями пленки, но внутреннее строение таких пленок в общем всегда менее устойчиво,’ чем у материалов с сетчатой структурой.

Это относится к большинству лаков на основе производных целлюлозы. Кривая состояния этих лаков, если не учитывать каких-либо особых внешних воздействий из-за быстрой потери летучих составных частей, очень быстро проходит область жидкого состояния, а высохшая пленка относительно быстро переходит в область хрупкости. Влияние внешних сил, как уже было указано (стр. 230), проявляется в том, что из-за недостаточности внутренней связи строение пленки может противостоять только сравнительно слабому воздействию внешних сил. Следовательно, целлюлозные лаки в большинстве случаев непригодны для наружных покрытий.

Только введением веществ, высыхающих в результате химических процессов, удается из целлюлозных лаков получить продукты, внутренняя прочность которых настолько велика, что они приобретают стойкость к внешним воздействиям. Такой прочностью обладают комбинированные нитроделлюлозные лаки и лаки аналогичных типов.

Ход кривой состояния пленок простых целлюлозных лаков, не скомбинированных с пленкообразователями сетчатой структуры, сильно зависит от влияния внешних воздействий, как-то: температуры, облучения, влажности и прежде всего резких колебаний этих воздействий.

Данные с б адгезии пленки, ее эластичности и других свойствах имеют смысл только в том случае, если они приводятся с учетом чарактера кривой состояния пленки.

Испытание высохшей пленки только через определенное время после ее нанесения нельзя считать достаточным; при таком испытании следует учитывать также и тип лака. Пленка лака, высыхающего в результате физических процессов, через 24 часа после нанесения имеет иную структуру, чем пленка лака, высыхающего преимущественно в результате химических процессов.

Данные о лучшей или худшей адгезии, эластичности, растяжимости и других аналогичных свойствах пленки не имеют абсолютного значения. Такие определения в каждом’ случае следует рассматривать только как приблизительные.

К ненадежности этих определений присоединяется еще то обстоятельство, что только очень небольшое количество физических методов испытания основано на точных, безупречных данных. Возможно, что процесс пленкообразования, исходя из других точек зрения, можно было бы исследовать методами измерения диэлектрической постоянной и т. д.

Большое влияние на продолжительность жизни пленки оказывает соотношение между силами когезии и адгезии. При наличии безупречных методов измерения изменение этих сил можно было бы изобразить кривыми. Эти кривые имели бы для различных типов лаков характерные отличительные черты, зависящие от соотношения величин сил когезии и адгезии, но это соотношение сильно колеблется. Конечное состояние пленки, т. е. ее распадение, может наступить различными путями в зависимости от качества пленки.

В начальной стадии жизни пленки силы адгезии велики, а когезии незначительны.

При старении пленки силы адгезии более или менее ослабевают и при отслаивании пленки падают до нуля. Силы когезии в большинстве случаев сначала увеличиваются и только к концу жизни пленки снова снижаются.

У пленки, отслаивающейся большими кусками, силы адгезии могут быть равными нулю, тогда как силы когезии в это время еще довольно значительны.

В противоположном случае пленка теряет свою внутреннюю прочность, становится матовой и на ней появляются трещины; в результате легкого трения такая пленка отслаивается. В этом случае силы когезии практически равны нулю, силы же адгезии имеют еще некоторое значение.

Полное распадение красочной системы наступает тогда, когда величина сил и когезии и адгезии становится равной нулю. В этом случае пленка не обладает ни внутренней прочностью, ни адгезией к подложке.

Таким образом, в каждый момент жизни пленки между силами адгезии и когезии существует определенное соотношение, характеризующее свойства пленки. Схематически это соотношение можно изобразить примерно следующим образом.

Из изложенного можно заключить, как трудно в действительности исследовать лакокрасочный материал и правильно его оценить. Недостаточно серьезное отношение к такому исследованию может повести к серьезным ошибочным заключениям.

Ниже приведено описание обычных физических методов исследования.

Адгезия

Обычно испытание адгезии производят методом решетки, который заключается в нанесении на поверхности пленки примерно двадцати крестообразных надрезов. Расстояние между надрезами равно примерно 1 мм. В зависимости от величины адгезии пленки образовавшиеся между надрезами квадраты выпадают или не выпадают.

Такие надрезы можно нанести точно при помощи специального прибора Петерса тип 242 (А. М. Erichsen, Гемер’-Сундвиг). Деформируя надрезанную поверхность на приборе Эриксена, можно определить процент выпавших квадратов и таким образом количественно определить и адгезию.

Более простое испытание адгезии заключается в царапании поверхности острым предметом.

Для определения адгезии применяется также проба, которая заключается в разрезании окрашенной жести на полоски. Такая проба дает отправные точки для суждения о величине адгезии.

Кроме того, разработано большое число аппаратов для измерения адгезии и в том числе аппарат Россманна.

Эластичность

Свойство пленки называемое обычно эластичностью, по своей природе так же сложно, как и адгезия. В литературе это свойство часто обозначают рядом других названий: гибкостью, растяжимостью, пластичностью и др., которые в большинстве случаев означают то же понятие. Строгое разграничение этих понятий при современном состоянии знаний и методов исследований невозможно.

Области состояния вещества можно схематически расположить определенным образом. Точных и надежных основ для разграничения отдельных областей состояния вещества не существует, но следующая схема все же может помочь их уяснению.

К формующимся обратимо веществам относятся:
1) каучуко-подобные вещества (неводные); 2) желатина и аналогичные ей вещества (водные).

К веществам, формующимся необратимо, относятся:
1) текучие вещества: смолы, асфальты (неводные), мед, некоторые смолы (водные), 2) нетекучие вещества: воска (неводные), тиксо-тропные дисперсии (водные).

Из изложенного следует, что термин консистенция полнее охватывает механические свойства пленки, чем обычно применяемые термины эластичность, гибкость и др.

Свойства эластичности и пластичности обычно приписывают веществам, которые при нормальной температуре находятся в более или менее легкоподвижном состоянии (каучуки, смолы, желатина и т. п.). Переносить эти понятия на состояние, обозначаемое как «твердое»,—не принято. Все же следует оговориться, что подобная характеристика может быть отнесена даже к таким веществам, которые при средних температурах находятся в неподвижном состоянии, например высохшая пленка.

К сожалению, до настоящего времени нет прямых методов и отправных точек для суждения, в какой мере консистенция вещества, кажущегося «твердым», например лаковой пленки, характеризуется эластичностью или пластичностью. Но несомненно, что внутреннюю структуру пленки следует характеризовать этими свойствами. Применяемые в настоящее время методы измерения эластичности не учитывают этого.

При исследовании высохшей пленки для определения этих свойств следует помнить, что полученные таким образом данные не являются абсолютными, так же как и данные определения ад-, гезии. Получение абсолютных данных при определениях эластичности невозможно.

Сравнительно мало известно, какие комбинации сырья придают пленке эластичность и пластичность. К применяемым обычно методам и аппаратам для определения эластичности относятся:

1. Проба снятием стружки Она заключается в снятии пленки с окрашиваемой поверхности лезвием бритвы или острым ножом. При этом получается стружка, характер которой зависит от характера лаковой пленки. Пленки очень хрупкие при этом отслаиваются лишь целыми слоями и распадаются на мелкие осколки (силы адгезии больше сил когезии). В этом случае эластичность практически равна нулю. Когда же стружку удается снять, эластичность пленки определяют по форме стружки, ее прочности при изгибании и растяжимости.

2. Проба изгибанием на стержне, которая заключается в том, что жесть, покрытую испытуемым лаком, изгибают вокруг стержня определенного диаметра. Чем тоньше металлический стержен’., тем сильнее изгиб жести и тем больше напряжение эластичности лаковой пленки. Это испытание очень точно осуществляется при помощи специального прибора.

По данным Россманна, между диаметром стержня и растяжением пленки существует следующая зависимость.

В качестве стандартного прибора для определения эластичности принят в настоящее время прибор системы Эриксена. С помощью этого точного прибора можно получить надежные данные о свойствах пленки. Для производства испытания жесть определенного качества и толщины, покрытую испытуемым материалом, подвергают вытяжке, т. е. выдавливают в ней углубление, которую измеряют точно в миллиметрах.

В соответствии с требованиями практики в настоящее время разработано большое число моделей этого прибора. Подробно описывать здесь все эти. модели нет возможности. На рис. 28 показана модель 222, которая на практике очень хорошо привилась для многих целей.

Очень большие удобства создают добавочные приспособления к различным моделям, например специальное электрическое приспособление для измерений глубины вытяжки. Большим преимуществом модели 222 для многих целей является возможность наклонять аппарат для производства измерений и наблюдать за пленкой при помощи насаженного на аппарат микроскопа.

Испытание эластичности на стержнях можно производить и при низких температурах, применяя для этого прибор, разработанный бывшим германским Исследовательским институтом воздушного сообщения. Очевидно, что добавочное испытание эластичности при низких температурах должно иметь большое значение для определения качества пленки.

За последние годы в-Европе привился разработанный в США метод испытания качества лакокрасочных пленок, заключающийся в быстрой смене температур. Этот так называемый метод контроля холодом (Cold-Check-Test) заключается в том, что систему окраски выдерживают один час при температуре —20°, а затем быстро переносят на один час в условия температуры +500. Такие циклы повторяют до тех пор, пока на окраске не появятся признаки разрушения. Этот метод предназначается прежде всего для испытания покрытий по дереву. Хорошая система покрытия выдерживает 25—28 таких циклов.

Описанные выше и еще некоторые другие методы основаны на испытании пленки, нанесенной на подложку. Очевидно, что более надежные данные об эластичности или растяжимости пленки можно получить, если испытанию подвергать свободную пленку, снятую с подложки.

Существуют различные способы получения свободной пленки. Один из способов заключается в том, что пленку наносят на желатиновую пленку, бумагу для декалькомании или стеклянную пластинку и затем высохшую пленку снимают с подложки. Чтобы снять пленку с подложки в большинстве случаев достаточно погрузить ее в воду. Другой способ получения свободной пленки заключается в нанесении лакокрасочного материала на амальгаму олова. Этот способ применяют в том случае, когда образовавшуюся пленку нельзя подвергать воздействию воды.

Свободную, пленку можно получить также при помощи так называемой линейки Вазаг. Линейка имеет длину 20 см, изготовляется из некорродирующего металла и имеет на каждом конце плоскошлифованную ножку. Такой линейкой лакокрасочный материал равномерно распределяют по подложке и таким обра зом получают пленку равномерной толщины.

По такому же принципу работает и прибор для отливки пленок. Свойства свободной пленки, снятой с подложки, могут быть исследованы различными методами.

Для испытания сопротивления свободной пленки на изгиб часть пленки зажимают в соответствующем зажиме, а свободную . часть изгибают много раз до появления излома. Число изгибов определяет качество пленки.

В аппарате Шоппера для определения прочности на измятие пленку механически изгибают до появления излома. Критерием для суждения о прочности пленки служит число двойных изги-• бов, которое выдерживает пленка. Этот метод применяют также для определения эластичности нитроцеллюлозы.

В аппарате Шеппера для определения прочности на разрыв пленка определенной величины и толщины натягивается между двумя зажимами и подвергеется измеряемому растяжению до наступления разрыва. Растяжение производится мотором, гидравлическим, способом или, наконец, вручную.

По аналогичному принципу работает и румпометр Цейдлер-Кейля. В этом приборе полоска испытуемой^ленки также растягивается в вертикальном направлении и постоянно увеличивающейся нагрузкой доводится до разрыва. Разрыв пленки может отмечаться автоматически. Получаемая при этом диаграмма растяжения очень показательна для качества пленки.

Такие измерения дают возможность сравнительно надежно установить качество пленки. Конечно, при измерении следует устранить все возможные источники ошибок и поэтому нужно тщательно следить за равномерной толщиной пленки, температурой и другими условиями.

Твердость

Твердость лаковой пленки находится в тесной зависимости от ее внутренней структуры. Различные виды консистенции^ эластичность и пластичность—могут, как было уже указано, оказывать влияние на твердость пленки.

Методы испытания, дающие возможность сделать вывод о твердости пленки, дают только относительные значения, если нельзя воспользоваться более точными методами испытаний. Ценные данные об определении твердости приведены в новых работах Д. Ваплера [146] и В. Кенига [63].

Надежные и сравнимые данные получаются, когда близкие по своей природе пленки испытываются и сравниваются в одинаковых условиях. Исходя из этого, следовало бы результаты определения твердости различных целлюлозных лаков сравнивать между собой, так как основные принципы построения таких лаков одинаковы.

Значительные трудности при определении поверхностной твердости пленки возникают из-за того, что красочная пленка может быть внутри значительно мягче, чем на поверхности, особенно в тех случаях, когда толщина пленки превосходит определенную величину.

Определение твердости пленки производят простыми, примитивными, но точными методами. В простейшем случае такое определение заключается в пробе царапанием, которую производят карандашом определенной твердости. При этом применяют серию карандашей возрастающей твердости. Твердость карандаша, которым удается процарапать пленку, является мерой ее твердости.

Субъективное давление руки при испытании твердости пленки карандашом можно заменить гирькой. Такой гирькой оборудован аппарат для определения твердости по Клемен-Кейлю. Для определения твердости этим аппаратом жесть с нанесенной на нее краской протягивают под режущим приспособлением, нагруженным гирей. Вес гири, достаточной, чтобы режущее приспособление прорезало пленку, является мерой твердости пленки.

Аппарат Клемена для испытания твердости пленки царапанием тип 239 (А. М. Erichsen, Гемер-Сундвиг) состоит из наклонно укрепленной линейки с делениями и направляющей детали с упруго вставленным в держатель резцом из твердого металла. При сдвигании резца по линейке сила царапания постепенно увеличивается и можно установить, при каком положении резца па линейке пленка царапается.

Прибор- для определения твердости Кемпфа работает по такому же принципу, а аппарат Россманна для испытания твердости царапанием дает данные об эластичной твердости. Он состоит кз испытательных палочек, у которых один конец заканчивается полушарием с диаметром 1 мм. Россманн делает различие между эластичной твердостью, определяемой царапанием, пластической твердостью, определяемой царапанием, пластической твердостью, определяемой давлением, и твердостью, определяемой царапанием шариком. Точное объяснение этих различных поыятий можно найти в специальной литературе.

Действие широко распространившегося за последние годы прибора для определения твердости по качанию тела основано на совершенно другом принципе. Преимущество этого прибора заключается в том, что пленка, твердость которой испытьнгается, при этом не разрушается. Испытание твердости этим прибором сводится к определению числа и амплитуды колебательных движений круглого тела, помещенного на испытуемую поверхность. При этом следует строго учитывать толщину слоя пленки и природу подложки. Прибор для определения твердости по качанию тела изготовляется фирмой А. М. Erichsen.

Для точного определения твердости применяют также предложенный в последнее время к США измеритель глубины вдавливания. В этом приборе сапфировый штифт пирамидальной формы давлением в несколько граммов вдавливается в течение 30 секунд в слой краски. Глубину проникновения сапфира в красочную пленку можно точно определить электрическим способом при помощи дифференциального конденсатора.

Твердость можно определять не только постепенным, но и внезапно возникающим давлением. Действие давления в обоих случаях совершенно различно, в чем можно убедиться соответствующими измерениями.

В США для определения твердости применяют преимущественно два прибора: прибор Пфунда и качающийся прибор Сварда.

Первый прибор измеряет вес, который нужен, чтобы кварцевым конусообразным штифтом диаметром 6,35 мм (1 /4”) выдавить в пленке углубление диаметром 0,076 мм (0,003”).

Прибор Сварда работает по принципу качающегося прибора. При его применении сравнивают число колебаний прибора на испытуемой пленке и гладкой пластине.

Мгновенное определение твердости можно производить прибором, определяющим прочность на удар (А. М. Erichsen, Гемер-Сундвиг).

Толщина слоя пленки

Определение толщины слоя пленки имеет значение не только потому, что от нее зависит защитное действие пленки, но и потому, что ее следует учитывать для получения сравнимых результатов при всяких других испытаниях пленки.

Следует различать толщину невысохшей жидкой пленки и высохшей. Толщина жидкой пленки для быстросохнущих лаков не имеет большого значения, толщина же высохшей пленки имеет существенное значение.

Толщиномер Пфунда состоит из линзы, которую кладут при измерении на жидкую пленку выпуклостью вниз. На поднятой затем линзе можно видеть, насколько ее выпуклость смочена лаком. Неточность показаний этого прибора зависит от того, что лак силами, действующими на границе смачивания, подымается вверх, вследствие чего получаются завышенные показания.

Определение толщины высохшей пленки можно легко произвести при помощи индикатора. У прибора для измерения толщины сухой пленки тип 233 (А. М. Erichsen, Гемер-Сундвиг) подвижный датчик, установленный на два острия, касается подложки на месте, очищенном от пленки, и непосредственно указывает толщину пленки.

Измерение толщины пленки без ее разрушения можно производить электрическим толщиномером типа 235 (А. М. Erichsen). Этот прибор, разработанный Бертольдом, можно применять для измерения толщины пленок, нанесенных на металлические подложки любого рода и формы. Прибор работает от электрической сети. Область измерения прибором от 0 до 5 мм с точностью до 2%. Бертольдом же был предложен магнитный толщиномер, являющийся видоизменением электрического. Принцип, на котором основано действие этого прибора, заключается в определении емкости, причем пленка играет роль диэлектрика. На этом же принципе работает и ряд других приборов.

Цвет

Определение цвета преследует две цели: определение как самого цвета, так и его прочности.

Прочность цвета зависит от большого числа различных факторов. Изготовить эмаль, цвет которой был бы абсолютно прочным, практически нев&можно. Прочность цвета частично зависит от условий, в которых находится эмаль, и от состава самой эмали. Стойкость цвета в большой мере зависит от сильных внешних воздействий, как-то: облучения, влажности, действия газов и жидкостей. Изменение цвета может наступить также и в результате изменений, происходящих в химическом строении пленки.

Для определения прочности цвета эмали и стойкости ее к пожелтению до настоящего времени нет ни общепризнанных, ни стандартизованных методов. Для таких определений пробную накраску подвергают облучению ультрафиолетовыми лучами. В этом случае полученные результаты в значительной мере зависят от рода и силы источника излучения, расстояния испытываемой пленки от него и угла падения лучей на пленку. Часто, по-видимому, на результаты такого испытания оказывает влияние также и движение воздуха над пленкой, т. е. воздействие на нее кислорода. Температура пленки во время испытания также может оказать влияние на результаты испытаний, но она не поддается точному измерению. Точное измерение степени пожелтения или изменения цвета составляет трудную задачу. Если речь идет только о черно-белых тонах, то за меру пожелтения можно принять величину потери яркости, но в большинстве случаев изменение цвета происходит у хроматических цветов. Прозрачные лаки приобретают желтоватый цвет, а у пигментированных грунтовочных лаков характеризовать изменение цвета потерей яркости нельзя. Изменение цвета можно определить, сравнивая визуально первоначальный цвет и изменившийся или применяя для определения цвета одну из известных цветовых систем (Оствальда, Баумана-Празе, Гиккетиера, набор цветов RAL). Получить при помощи этих цветовых систем удовлетворительные абсолютные данные нельзя, но для практических целей они вполне достаточны.

В некоторых случаях для этого можно пользоваться прибором для сравнения цветов. Этот прибор дает возможность сравнивать цвета непосредственно оптическим методом.

Цвет, образовавшийся через определенный промежуток времени после начала пожелтения, в большинстве случаев является не окончательным, а промежуточным и подвергается дальнейшим изменениям. Поэтому точное измерение пожелтения почти всегда не существенно.

Иначе обстоит дело, когда нужно измерить сам цвет. Для этой Цели раньше применяли в качестве основы систему Оствальда, пользуясь которой пытались, опираясь на понятия о ступенях серых тонов, прозрачных светлых и прозрачных темных рядов, о цветовом треугольнике и цветовом двойном конусе, определить Для каждого цвета место, обозначая его буквами и цифрами. Недостатки этой системы вызвали появление проекта DIN 5033 германского Комитета стандартов.

Другие цветовые системы, как-то Оствальдовское учение о цветах, также описаны в соответствующей литературе. Это же относится и к так называемому измерению цветов.

При измерении цвета нужно исключить влияние структуры поверхности и блеска. Главное внимание нужно уделить при этом освещению. Известно, что две одинакового цвета поверхности при изменении освещения могут приобрести разную окраску. Поэтому при определении цвета сравнением оба образца, кажущиеся одинаковой окраски, рассматривают в ультрафиолетовом свете. При этом часто выявляется значительная разница в цвете, поскольку эти образцы изготовлены на разной основе. Два образца, которые должны быть совершенно одинаковой окраски, должны иметь цвет одинаковый не только при дневном, но и при искусственном свете различного происхождения. Так как дневной свет также подвержен изменениям в зависимости от времени дня, времени года и погоды, то для точного сравнения цветов правильнее применять искусственный свет определенной характеристики. Такой искусственный свет делят на две группы: нормальный свет для колориметрии на основе международных соглашений и свет, получаемый от прочих искусственных источников, особо пригодный для характеристики эмалей. Существует соглашение о трех международных узаконенных колометрических стандартных типах света, обозначаемых через А, В и С. Эти типы света получают, в основном, при помощи светофильтров, которые пропускают только свет определенной области спектра.

Очень полезными оказались для этих целей также лампы с светосоставами, например лампы Osram тип 120, 200 и др.

В последнее время фирма Osram G. m. b. И. выпустила ксено-новые лампы высокого давления ХВО 162, хорошо зарекомендовавшие себя для определения цвета эмали в качестве искусственных источников света, аналогичного дневному свету.

Эти лампы удовлетворительно разрешают вопрос о безупречном источнике света, т. е. освещении испытуемого образца, и остается только выбрать наиболее пригодную систему измерений для сравнения красок или для обозначения цветовых тонов.

Пригодные для этой цели аппараты здесь подробно не описываются, так как о них в литературе имеются исчерпывающие сведения.

Особой проблемой является измерение цвета флуоресцирующих красок.

Упомянутые выше ксеноновые лампы высокого давления, по-видимому, более пригодны для таких измерений, чем другие искусственные источники света.

Яркость

Измерение яркости относится к области определения цвета. Ее можно измерять простым методом при помощи фотоэлементов. Этим способом яркость определяется непосредственно, но предпосылкой для правильного определения яркости должны быть указанные выше отправные точки, как-то: структура поверхности, блеск и однородность источника света.

Яркость цвета идентична содержанию белого. Для измерений яркости применяют фотометр Пульфриха, в котором глаз сравнением исследуемого образца с чисто белой поверхностью устанавливает содержание в испытуемом образце белого. Приборы для определения содержания белого при помощи фотоэлементов называют лейкометрами. Таким прибором является прибор доктора К- Гоффманна для определения белизны (Spindler и. Hoyer K.G., Геттннген).

Блеск

Блеск определяется как часть световых лучей, правильно отраженных от поверхности, причем угол падения равен углу отражения. В обычных приборах для определения блеска свет от источника падает на окрашенную поверхность под углом 45°. Правильно отраженные световые лучи падают на соответствующим образом установленный фотоэлемент. Величина возникшего фотоэлектрического тока определяет при помощи миллиамперметра количество отраженных лучей. Чем больше количество отраженного света, тем больше отклонение миллиамперметра и тем сильнее определяемый блеск поверхности.

В США измерения блеска уже давно производят при угле падения не только 45, но и 60°.

В последнее время разработан прибор, дающий возможность измерять блеск при любом устанавливаемом угле падения. Измерения блеска этим прибором показали, что некоторые лаки обладают максимальным блеском при определенном угле падения света. Максимальный блеск у каждого типа лака появляется при различном угле падения света. Определяемое таким образом количество отраженного света не следует непосредственно сопоставлять с понятием блеск, так как часто зеркальное отражение зависит не от тех факторов, которые вызывают блеск.

Прибором, предложенным Вольским для измерения блеска (Janke u. Kunkel, Кельн), можно одновременно измерять количество как неправильно, т. е. диффузно отраженного света, так и правильно отраженного света, причем можно определять и величину соотношения между диффузно и правильно отраженным светом.

Зеркальным блеском называют всю совокупность света, отраженного от поверхности, а название рассеянный блеск относится :к диффузно отраженному свету. Из многих обращающихся в про-.даже приборов для измерения блеска следует прежде всего ука-.зать на прибор фирмы Dr. В. Lange (Берлин-Целендорф).

Стойкость к явлению

Меление является частным случаем начинающегося разру-чпения пленки и связано с явлением распада структуры пленки. Лабораторное испытание стойкости к мелению можно производить прибором Кемпфа. Этим прибором определяется степень меления, для чего специальным штампом, имеющим форму резиновой пробки, к испытуемой поверхности прижимают засвеченную и проявленную фотобумагу с высоким глянцем. Сравнивая .затем эту бумагу с нормальной шкалой меления, можно результаты ^сравнения выразить количественно (А. М. Erichsen, Гемер-Сунд-виг).

Стойкость

Пленка должна обладать определенной стойкостью к действию механических сил, жидкостей, газов и облучения. Комбинированное воздействие этих факторов имеет место как при нормальном испытании на атмосферных станциях, так и при ускоренных испытаниях.

При этих испытаниях, так же как и при описанных выше, важно, чтобы испытуемая пленка к моменту испытания достигла •определенной прочности. В ранней стадии существования пленки от нее нельзя ожидать достаточной стойкости к различным воздействиям. Это относится, в первую очередь, к лакам с химическим пленкообразованием, но справедливо и по отношению к лакам, высыхающим в результате физических процессов (некоторые целлюлозные лаки удерживают медленно испаряющиеся растворители). Вследствие удержания пленкой растворителя создается впечатление кажущейся ее эластичности, которая после испарения остатков растворителя сменяется хрупкостью.

Поэтому испытание стойкости пленки следует по возможности производить только через 24 часа после ее нанесения. Эту выдержку можно сократить нагреванием пленки, которое обычно называют искусственным старением. Искусственное старение пленки следует производить с осторожностью, чтобы в пленке не наступили изменения, которые могли бы создать неправильное представление о ее стойкости. Наиболее благоприятным условием для искусственного старения пленки является 4—10-часовое иагревание ее при 60—80°.

Для определения стойкости пленки к механическим воздействиям создан ряд приборов, которые должны по возможности точнее воспроизводить ее естественный износ. Действие этих приборов заключается в истирании испытуемой пленки при различных условиях. Таким прибором является, например, аппарат:’ для испытания стойкости к истиранию песком. При применении этого прибора на окрашенную поверхность спускают 10 кг песка. Мерой стойкости пленки к истиранию служит выраженное в граммах количество песка, которое нужно, чтобы протереть пленку насквозь до подложки. Один из таких приборов работает с применением сжатого воздуха.

Действие так называемой истирающей колодки, принятой-бывшей химико-технической государственной комиссией, основано на испытании пленки трением. Действие этого прибора основано на возвратно-поступательном движении по окраске двукилограммовой колодки с шлифующей поверхностью 5×8 см до истирания пленки насквозь.

Один из приборов для определения стойкости пленки к истиранию состоит из основной плиты, под которой установлен мотор-Мотор приводите поступательно возвратное движение по испытуемой пленке салазки с истирающим материалом. Нагрузка на салазки может в зависимости от надобности меняться. Число движений салазок автоматически регистрируется. Этот прибор снабжен специальным приспособлением для смачивания испытуемой поверхности, например раствором мыла или другими жидкостями (А. М. Erichsen, Гемер-Сундвиг).

Стойкость к действию жидкостей. Наибольшее значение имеет стойкость пленки к действию воды. Для наиболее простого испытания стойкости пленки к действию воды испытуемый материал наносят на стеклянную пластинку, окантовывают парафином края пластинки, после чего ее погружают наполовину в воду. Окантовка должна предупредить проникновение воды между пленкой и пластинкой. Для получения сравнимых результатов воду нужно брать чистую и определенной температуры. Для таких определений можно применять дестиллированную воду или следует указывать состав воды.

Такой простой метод испытания (при сравнении большого числа лаков можно применять и водопроводную воду) не может обеспечить достаточной точности и научной обоснованности испытаний.

По Шайбер-Гербиг-Мюльбергу действие воды на пленку или водопроницаемость пленки измеряется электрическим методом. При работе по этому методу исследуемый лак наносится на электроды^ включенные в гальваническую цепь. Прохождение тока в такой цепи зависит от водопроницаемости пленки. Этот метод имеет много разновидностей. Его можно рассматривать как надежный метод испытания лакокрасочных пленок.

Стойкость лака к действию других жидкостей испытывается непосредственным погружением пленки испытуемого лака в соответствующую жидкость, если только нет специальных указаний о методах производства таких испытаний.

Таким образом испытывается стойкость пленки к действию таких неорганических жидкостей, как кислоты и щелочи, а также органических растворителей. При этих испытаниях следует поддерживать постоянные температуру и концентрацию жидкости и применять соответствующую подложку для пленки.

Прибор Шоппера для отливки пленок дает возможность изготовить свободную пленку соответствующей и равномерной толщины.

Стойкость к действию паров и газов. В этих испытаниях первое место занимает также вода в виде пара и влажности воздуха. Эти испытания можно производить при помощи шкафа для орошения. Такой шкаф представляет собой камеру, в которой ежечасно в течение нескольких минут распыляется вода. Данные, касающиеся этого аппарата, приведены в DIN 4853.

В приборе для испытания стойкости пленок бывш. Концерна IG Farbenindustrie испытание производится при помощи сосудика, установленного в резервуар, наполненный водой. Сосудик заполнен хлористым кальцием и закрыт испытуемой пленкой. Увеличение веса сосудика с хлористым кальцием показывает, что влага проникла через пленку в сосудик и поглощена хлористым кальцием. Таким способом можно получить сравнительно точные данные о паропроницаемости пленки.

В некоторых случаях пленку следует испытывать также на стойкость к действию других газообразных и парообразных веществ. В этих случаях речь идет о специальных проблемах, для решения которых должны быть приспособлены и специальные методы испытания.

Стойкость к действию облучения. Ультрафиолетовый свет, являющийся составной частью солнечного света и получаемый от искусственных источников, агрессивно действует на ряд веществ. Для человеческого глаза он невидим. Испытание лакокрасочных пленок на стойкость их к действию такого облучения можно производить при помощи имеющихся в продаже искусственных источников ультрафиолетового излучения. Особое внимание при таких испытаниях следует уделять правильному проведению испытания, а именно: соблюдению нужного расстояния от источника излучения до испытуемой пленки и возможно более перпендикулярному падению лучей на поверхность пленки. При испытании стойкости пленки к действию ультрафиолетовых лучей почти всегда имеют в виду определение стойкости ее к действию солнечного света. Это приводит часто к ошибочным заключениям, так как искусственные источники ультрафиолетового излучения дают свет не совсем аналогичный солнечному свету и свет от – искусственного источника облучения производит действие, отличное от действия солнечного света. Следует учесть, что на поверхности, облучаемой солнечным светом, атмосферные условия (содержание влаги, движение воздуха, температура) значительно отличаются от условий в испытательной камере.

Надежных сравнений между действием солнечного облучения и облучением искусственным источником света провести нельзя. Ультрафиолетовое облучение для испытания стойкости пленок не нормируется. Обязательных указаний, нормирующих источник искусственного света для облучения и сам процесс облучения, до сих пор не существует.

Точных сравнений солнечного облучения и облучения искусственным источником света нельзя провести уже потому, что солнечное облучение не всегда одинаково. В общем облучение ультрафиолетовыми лучами от искусственного источника интенсивнее и агрессивнее солнечного облучения. Поэтому к результатам, полученным при облучении искусственным источником, следует относиться критически.

Несмотря на очевидные трудности и недостатки этих методов испытания, облучение пленки искусственным источником ультрафиолетового света все же дает представление о поведении пленки ‘на практике. „

Для испытания стойкости пленки к действию ультрафиолетовых лучей существует ряд приборов. К числу таких приборов относится ртутно-кварцевая лампа, излучающая наряду с ультрафиолетовыми лучами также и видимые лучи, и лампы тихого разряда, изготовляемые в большинстве случаев с темной колбой из цветного стекла. Из ламп тихого рязряда предпочтение следует отдать лампам типа HQS 500 (Osram G. m. b. H.) и HPW 120 (Philips G. m. b. H.). Эти источники ультрафиолетового света нуждаются в добавочном сопротивлении в виде дроссельной катушки.

В последнее время фирмой Philips выпущена новая лампа ультрафиолетового света, включаемая в сеть непосредственно, без добавочного сопротивления. Эта лампа выпущена в продажу под маркой TUV6W тип 103314 для уничтожения бактерий, но мОжет быть использована и для испытания стойкости лакокрасочных пленок к действию ультрафиолетового света.

Таким образом, приходится придти к заключению, что определенных искусственных источников ультрафиолетового света, вполне пригодных для испытания лакокрасочной пленки, не существует. Исследователь должен сам выбрать пригодный для его работ источник ультрафиолетового излучения. При испытании стойкости лакокрасочных пленок к действию ультрафиолетового облучения следует учитывать:

1. Род лампы, точнее область спектра, в которой лежат излучаемые ею ультрафиолетовые лучи—длинно- или коротковолновые. Коротковолновые лучи значительно агрессивнее. Данные о характере излучаемых лампой лучей приводятся в соответствующих проспектах.

2. Условия действия лучей, а именно: расстояние от испытуемой пленки до лампы, угол падения лучей, а также температуру, влажность, движение воздуха и до.

3. Продолжительность облучения. Непрерывное облучение оказывает не такое действие, как прерываемое, даже если его общая продолжительность и была бы такая же, как и при непрерывном облучении. Интенсивность облучения лампой со временем подвергается изменению, так как изменяется область излучаемых лампой лучей (распределение волн различной длины).

Ускоренные испытания и испытания на атмосферной станции

Методы испытания, описанные в приведенных выше разделах, дают представления о стойкости пленки к какому-нибудь определенному воздействию. На практике же окраска подвергается одновременно большому числу различных воздействий. Вследствие этого возникает потребность перед применением лакокрасочного материала предварительно определить, как он будет вести себя при одновременном воздействии на него различных факторов. Такое испытание можно осуществить двумя методами.

Один метод заключается в экспозиции пробной накраски на атмосферной станции с периодическим осмотром образца.

Другой метод—очень интенсивное воздействие на окраску различных факторов, в результате чего общая нагрузка, которую пленка на практике воспринимает в течение многих лет, в данном случае воспринимается ею за несколько дней.

Первый из этих методов есть метод испытания образцов на атмосферной станции, второй—ускоренный метод испытания. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

До сих пор остается спорным вопрос, можно ли продолжительное, но слабое воздействие какого-нибудь фактора на пленку считать равноценным более кратковременному, но усиленному воздействию того же фактора. В положительном случае возникает затруднение из-за отсутствия данных для соответствующих пересчетов. Например, нет данных для определения, какой искусственный источник света может дать такой же эффект, какой дает солнечный свет в течение года. Если бы даже и удалось составить шкалу для такого пересчета, то она оказалась бы пригодной не для всех лаков.

Несмотря на эти очевидные трудности, за последнее время было сконструировано много аппаратов, в которых скомбинировано воздействие на пленку различных факторов, как-то: сухого тепла влажного тепла, холода, воды (чистой или раствора соли), облучения и орошения.

Эти факторы действуют на испытуемую окраску в определенной последовательности; цикл состоит из однократного воздействия на окраску каждого из них, причем время между воздействием отдельных факторов цикла можно в определенных границах регулировать. Аппараты для испытания лакокрасочных пленок большей частью имеют форму колеса диаметром 80—200 см. Колесо делает обычно один оборот в час или вращается с такой скоростью,, что продолжительность одного оборота совпадает с продолжи-тельностью одного цикла. По имени первого изобретателя этих приборов их обычно называют колесами Гарднера, хотя за это время разработано и описано огромное количество таких приборов, однако подробное их описание бесцельно, так как приобрести их в готовом виде в настоящее время невозможно. Лакокрасочники и исследовательские лаборатории, нуждающиеся в таких приборах, должны при заказе предлагать собственную конструкцию.

Из изложенного можно лишь сделать вывод, что различные приборы такого типа между собой несравнимы и что нельзя также сравнивать результаты, полученные на разных приборах. Наиболее известным в Германии прибором такого типа является прибор Цейдлер-Кейля.

В последнее время нашел широкое применение для ускоренных испытаний лакокрасочных материалов так называемый аппарат искусственной погоды, или везерометр. Полученные на везе-рометре данные позволяют сделать вывод, что создаваемые в этом, аппарате условия искусственной погоды очень сходны, по крайней мере по многим показателям, с условиями атмосферных воздействий.

В общем существует мнение, что ускоренное испытание в течение 21 дня можно приравнять к атмосферным воздействиям в течение 18 месяцев; однако эти цифры спорны. Испытание образца в везерометре в течение 2—3 месяцев соответствует атмосферному воздействию в течение 18—24 месяцев. Вообще ускоренное испытание, протекающее более продолжительное время, например 2—3 месяца, дает, по-видимому более надежные результаты, чем испытания в течение 1—2 недель.

Ускоренные испытания лакокрасочного покрытия по так называемому методу КТА основаны на совершенно других принципах. По этому методу, применяемому Kenneth Tator Associates (Кораополис, США) краску наносят на жесть с различного рода изъянами, как-то: острыми углами, царапинами, углублениями и бороздками.

Окрашенную жесть подвергают ускоренным испытаниям и наблюдают, на каком месте начнется разрушение пленки. При таком методе испытания определяется в первую очередь стойкость к коррозии.

Особо ценные данные для заключений о стойкости лакокрасочных материалов к атмосферным воздействиям дает испытание в камере с искусственным климатом, предложенной Д’Ансом в Техническом университете в Берлине. В этом аппарате отдельные факторы климата могут быть установлены в любых соотношениях.

Получаемые при помощи этого аппарата данные имеют очень большое значение для исследования лаков.

Камеры искусственного климата, пригодные для испытания .лакокрасочных материалов, изготовляются фирмой Brabender (Дуйсбург).

Основные вопросы ускоренных испытаний изложены в соответствующей литературе.

Метод испытания различных материалов в разных климатических условиях изложен в стандарте DIN 50010.

Испытания лакокрасочных материалов на атмосферной станции дают результаты, значительно более близкие к результатам, полученным при нахождении пленки в естественных условиях, чем ускоренные испытания. Но и на атмосферной станции не удается получить безупречные и во всяком случае совпадающие данные. Это происходит прежде всего потому, что неизвестно, каким воздействиям будет подвергаться окраска. На атмосферной станции должны были бы существовать такие же условия, как условия, в которых будет работать пленка. Исключительное влияние на устойчивость покраски оказывают географическое положение места ее нахождения, расстояние ее от поверхности земли, атмосферные и местные условия.

Поэтому при широко поставленных испытаниях эти обстоятельства приходится учитывать и опытные накраски нужно экспонировать параллельно в гористой местности, в сельской местности, в атмосфере промышленного района и в условиях морского климата. Получаемые при этом средние значения стойкости покраски являются лучшими данными для суждения о качестве покрытий. Этот метод испытания не только очень длителен, но и настолько сложен и дорог, что он едва ли может найти широкое применение.

Поэтому при испытании накрасок на атмосферных станциях приходится ограничиваться экспозицией образцов на стеллажах, установленных или на крыше предприятия, или на расстоянии 1 м от поверхности земли. Если полученные в этих условиях данные и не соответствуют практическим данным, то все же они дают отправные точки для суждения о прочности покрытия. Стеллажи следует устанавливать под углом 45° к горизонту и так, чтобы испытуемые образцы были обращены на юг. В последнее время появилось много статей, посвященных атмосферным станциям.

Надежные результаты экспозиций на атмосферной станции можно ожидать только в том случае, если испытуемая накраска находилась на станции хотя бы один раз в течение всех четырех времен года.

Если нужно получить надежное заключение о стойкости лакокрасочного материала, то следует пользоваться данными не только испытаний на атмосферных станциях, но и ускоренных испытаний, причем следует соблюдать все указанные выше условия.

Для правильного суждения о лакокрасочном материале нужны не только обширные испытания его на атмосферной станции или ускоренными методами, включая сюда и физические методы испытания пленки, но и опыт искушенного специалиста, чтобы правильно оценить отдельные данные и составить на их основе общую характеристику лакокрасочного материала.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум