CC BY
14
УДК 674.684.047 Доц. Л.А. Яремчук, канд. техн. наук -
НЛТУ Украти, м. Львiв
ДOСЛIДЖЕHHЯ ТOBЩИHИ ЛАKOФАPБOBИX n^IBOK ЗАЛЕЖHO BIД ТЕXHOЛOГIЧHOГO ПPOЦЕСУ ФOPМУBАHHЯ ПOKPИТТIB
Товщина лакофаpбових покpиттiв - один iß важливих показниюв, який впливае на експлуатацшш властивосп виpобiв. Товщина плГвки залежить вщ молекyляpноï 6удови i виду плiвкоyтвоpювача, сухого залишкy композицГï кшькосп модифiкатоpiв та витpати матеpiалy на одиницю площГ OxpÍM цього, е ще один важливий факг^, який впливае на товщину покpиття - це поpядок виконання технолопчних опеpацiй.
Дослщжено змшу товщини лакофаpбового по^итта на деpевинi залежно в1д технолопчних pежимiв фоpмyвання лаково'1' плГвки. За pезyльтатами дослГджень зап-pопоновано pекомендацГï для виpобникiв деpевообpобноï галузГ.
Kлючoвi слова: лакофаpбове покpиття, деpевина, плГвка, опоpядження, товщина, плiвкоyтвоpювач, лак, ^уш^вка, витpата, шлГфування.
Актyaльнicть. Товщина лаково1 плГвки - важливий технолопчний по-казник, який хаpактеpизye захисш властивостi покpиття, твеpдiсть, а також piвномipний pозподiл лакофаpбового матеpiалy по пеpиметpy всieï пiдкладки. ПГд час оцшювання низки властивостей покpиттiв - технолопчних, фГзико-механiчних, експлyатацiйних - товщина сyвоpо pегламентyeться. Лакофаpбо-вГ покpиття мають багато особливостей. Вони хаpактеpизyються певними гpаницями товщини, пеpеважно вГд 1G-3GG мкм. Чеpез невелику товщину по^ится мають високу питому повеpхню, яка знаходиться у межах вГд 1G до 1GGG см2/см3.
ПлГвковий стан покpиттiв зумовлюе своepiдне фоpмyвання 1х властивостей: чим тонша плГвка, тим бГльшою мipою пpоявляeться pоль ïï повеpхнi. Висока питома повеpхня ствоpюe не с^иятам! умови для експлyатацiï матеpi-ашв. Лакофаpбовi покpиття мають двГ piзних повеpхнi: одну - з зовшшшм се-pедовищем (з газовим сеpедовищем), дpyгy - з твеpдим тшом (з пГдкладкою). Вплив зовнГшнього сеpедовища i пГдкладки пpоявляeться у хГмГчному склад! та стpyктypi матеpiалy, якГ контактують мГж собою i з плГвкою. Тому лакофаpбовi покpиття тpеба pозглядати як фГзично i хГмГчно неодноpiднi системи.
У лакофаpбовiй плГвщ можна видГлити тpи шаpи, як мають непеpеp-внГ межГ: веpхнiй - повiтpяний, пpомiжковий або сеpеднiй i нижнГй або адге-зшний. Веpхнiй шаp мае безпосеpедню дотичшсть у пpоцесi фоpмyвання плГвки до повпря, яке найбГльше впливае на ïï властивостГ. Окислювальна дестpyкцiя й шшГ хГмГчнГ pеакцiï, якГ вщбуваються пГд дГею кисню i вологи повпря, найбГльше впливають на повеpхневий шаp. Пpоникнення вологи i кисню значно зменшуеться в сеpедньомy шаpi та пpактично вГдсутне в нижньому - адгезшному. ПГдкладка, особливо ïï хГмГчний склад, також мае важливий вплив на фоpмyвання покpиттiв i товщину плГвки. Фшсащя плГвки на деpевиннiй пГдкладцГ i дГя на ^ï енеpгетики твеpдоï повеpхнi Гстотно впливають i на фГзичнГ ^оцеси в адгезГйному шаpi: усадку, склування, оpieнтацiйнi ефекти i т. ш. В адгезГйному шаpi молекули плiвкоyтвоpювача знаходяться у площиннГй оpieнтацiï, ^и цьому yтвоpюeться менш удоскона-лена стpyктypа, нГж в масГ полiмеpноï плГвки. Стpyктypна неодноpiднiсть
особливо помггна у покритлв, створених iз кристашчних полiмерiв. Через ве-лику кшьюсть центрiв кристалiзащl i низьку рухомють макромолекул полiме-рiв, яка пов'язана з фшсащею на твердiй поверхш, виникають труднощi пiд час кристашзаци в адгезiйному шарi. Це явище не спостер^аеться в промiж-ковому i верхньому шарах: ступiнь кристалiзащl там, зазвичай, бiльша, нiж в агдезшному шарi.
З початковою кристашзащею певним чином корелюе i сферолггна. Максимальнi за об'емом сферолiти знаходяться у середнш частинi плiвки; у р^ приближення до перифери i до пiдкладки вони вироджуються i набува-ють iнших морфологiчних форм. Оскшьки сферолiти в адгезiйному шарi рос-туть тiльки в одному напрямку, вони набувають подовжено! (стовпоподiбноl) форми. При цьому можливе утворення граничного транскристашчного шару. Його довжина у рiзних полiмерiв, залежно вщ умов формування покриттiв, рiзна для лшшно! будови полiмерiв може досягати до 20 мкм.
Структуры вщмшност окремих шарiв проявляються в !х властивос-тях. Так, нижнiй шар плiвки, отриманий з аморфних полiмерiв мае пiдвищенi сорбцiйнi властивостi, а вщповщно - нижчу твердiсть порiвняно зi середнiм шаром. У монокомпонентних системах, до яких належить бшьшють покрит-тiв, неоднорiднiсть товщини може виникати внаслщок мiкро- i макророзша-рування плiвкоутворювачiв, випотiвання або кристашзаци пластифiкаторiв, всплиття (флотацiя), осiдання шгменлв або наповнювачiв у момент плiвкоут-ворення, вибiрковоl адсорбци компонентiв на поверхш шдкладки.
Утворення пошарово1 структури покритлв може бути запрограмова-ною самою рецептурою лакофарбово1 композицп, шляхом використання взаемно несумюних плiвкоутворювачiв. Неоднорщшсть сумiшей i структури, i як наслщок - анiзотропнi властивостi, як притаманнi лакофарбовим плiв-кам, не е негативним явищем, а навпаки може мати позитивний ефект, особливо шд час створення багатошарових покриттiв.
Формування покритлв на пiдкладцi пов'язано з виникненням явищами зсiдання. За вщсутност повно1 релаксаци усадка приводить до виникнення залишкових напружень. Бiльшiсть лакофарбових покритлв, особливо таких, якi отримаш на основi жорстких ланцюгових, аморфних або кристалiчних по-лiмерiв, створюють напруженi системи. Про це св^ить такий факт: унасль док нанесення покриття на тонку (паперову) шдкладку пiд час висихання ла-кофарбове покриття закручуе И на себе.
Зазначеш вище особливостi лакофарбових покритлв треба враховува-ти пiд час !х створення та експлуатаци. Насамперед, це стосуеться тонких плiвок, оскшьки тепер спостер^аеться загальна тенденцiя в опорядженш до створення тонкошарових покритлв. Аналiз лiтературних джерел пiдтвердив, що дослiдження товщини плiвки залежно вщ виду плiвкоутворювачiв, умов формування покритлв i виду пiдкладки е актуальним.
Мета роботи. Покращення експлуатацiйних властивостей тонкошарових покритлв на основi перетворюючих плiвкоутворювачiв.
Задачi дослiджень. Для досягнення мети необхщно провести експери-ментальнi дослiдження:
• визначення товщини покриття за одноразового i дворазового грунтування;
• визначення товщини покриття за одноразового грунтування i дворазового ла-кування;
• визначення товщини покриття за дворазового грунтування та одноразового лакування.
Методолопчне забезпечення проведення дослвджень. На основi поставлених вище задач i з урахуванням анашзу розглянутих наукових дже-рел i теоретичних посилань залежностей експлуатацiйних властивостей опо-ряджено1 деревини вiд виду формування покритлв установлена необхiднiсть експериментального вивчення деяких питань. За результатами експеримен-тальних дослiджень плануеться отримати залежност^ якi охарактеризують експлуатацiйнi властивост опоряджено1 деревини, залежно вiд технолопч-них режимiв нанесення лакофарбових матерiалiв, дасть змогу зменшити вит-рату матерiалiв i пiдвищити якiснi показники захисно-декоративно1 плiвки.
Пiд час виконання експериментальних дослiджень визначалася тов-щина лакофарбового покриття залежно вiд методiв формування плiвки i вит-рати лакофарбових матерiалiв.
Матерiали, якi використовувалися в експериментальних досль дженнях. Для проведення експерименлв використовували такi матерiали:
• заготовки зразк1в деревини з рiзних порiд деревини - дуб, бук, вшьха;
• лак полiуретановий "OPU77". (фiрма " Sirca ", Iталiя);
• грунт полiуретановий "FPU35" (Sirca, Iталiя);
• розчинник - ацетон (ГОСТ 2768-84);
• шкурка шлiфувальна на паперi № 280 i № 320 (ГОСТ 6456-82). Характеристика лакофарбових MamepiaÄie:
а) лак полiуретановий двокомпонентний, шовковисто-матовий, безттр-ний. Утворюе свгтлостшке покриття, стшке до стирання. Застосовуеться для опорядження деревини, забезпечуе рiвномiрне покриття. Може нано-ситися методом пневматичного розпилення або наливу. Висихае за тем-ператури 20 °С протягом однiеï години. Пiд час форсованого сушiння -60 °С за 20 хв. Витрата лакофарбового матерiалу за одне нанесення: 80130 г/м2.
б) Грунтовка полiуретанова двокомпонентна, безколiрна, мае добру iзоля-цiйну i заповнювальну здаттсть. Утворюе стiйке покриття, яке добре шлiфуеться i вирiвнюе поверхню. Застосовуеться для створення тдклад-кового шару на деревит пiд лаки. Може наноситися методом пневматичного розпилення або наливу. Висихае за температури 20±2 °С протягом 30 хв. Шд час форсованого сушiння 60 °С за 15 хв. Витрата грунтовки за одне нанесення: 80-130 г/м2. Кшьтстъ нанесень - 2. Висихання другого шару на 10-15 хв тривалше вщ попереднього.
Експериментальш пристро'1 та вимiрювальна апаратура. Шд час
виконання експеримешгв використовували таке обладнання:
• мшроскоп М1С-11 для визначення товщини ЛФП та глибини проникнення лакофарбового матерiалу в деревину;
• мшрометрична лупа для визначення дефектов на лаковiй плiвцi;
• вюкозиметр ВЗ-4 для контролю умовно1 в'язкост!;
• шафа сушильна, термометр, склят пластинки, рiзноважки, мiрнi цилшдри, колби.
Вишрювання товщини лакофарбового покриття оптичним методом за допомогою мжроскопа М1С-11. Мжроскоп М1С-11 мае масивну основу або полегшену пiдставку, на якш закрiплена колонка з рухомим кронштейном i кареткою. На каретцi встановленi тубус для спостерiгання з гвин-товим окулярним мiкрометром i проекцiйний тубус освiтлювача, оснащений дiафрагмовою щiлиною, зображення яко! фокусуеться на дослщжуванш по-верхнi. Несiвна каретка оснащена мехашзмом для грубо!, точно! наводки. У нижню частину тубуЫв вкручують змiннi об'ективи, вибiр яких проводять з врахуванням товщини покриття.
Принцип визначення товщини покриття за допомогою мжроскопа М1С-11 оснований на вимiрюваннi величини змiщення свiтлово!' смужки, яка проектуеться на покриття.
Дослщжуваний зразок розмщують на предметному столику мжроско-па i за допомогою механiзмiв наводки та окулярного мжрометра проводять фокусування до отримання на зразку рiзкого зображення двох свплових сму-жок, одна з яких е зображенням свгтлово! щiлини на поверхш покриття, а друга - на поверхш тдкладки. Свiтлова смужка на поверхш тдкладки, зав-дяки нерiвностям останньо!, звичайно бувае хвилястою.
Потiм за допомогою окулярного мшрометра встановлюють видиму в тубусi для спостер^ання горизонтальну нитку мiкрометра в середиш мiж виступами i впадинами свгтлово! смужки на пiдкладцi i проводять вiдлiк по барабанчику окулярного мжрометра. Пiсля цього, за допомогою барабанчика, нитку перемщують на нижню границю свiтлово! смужки на покритл, ра-хуючи кiлькiсть обер^в барабанчика i проводять другий вщшк. Рiзниця отри-маних вiдлiкiв - це величина змщення щiлини Ь, яка спостерiгаеться в оку-лярi мiкрометра.
Товщина лакофарбового покриття залежить вiд збiльшення мжроско-па, показника заломлення лаково! плiвки, рiзницi вщлжу по окуляр-мжромет-рi i визначаеться за формулою
И = 10 ■ Ь -£верт.- к , (1)
де: И - товщина покриття, мкм; Ь - рiзниця вщлтв по окуляр-мiкрометру в дшеннях барабанчика (цiна одно! подiлки 0,01); вверт. - масштаб збiльшення пристрою за висотою профшю; к - коефщент, який залежить вiд показника заломлення лакофарбово! плiвки.
к = у/ 2п2 -1, (2)
де п - показник заломлення лакофарбового матерiалу.
Проведення експериментальних дослвджень. На деревинш шдклад-ки наносився, з допомогою аплжатора, лакофарбовий матерiал з однаковою в,язкiстю i змiнною витратою. Пiсля нанесення зразки помiщались в сушиль-ну шафу. Час сушiння зразкiв визначався за технолопчними режимами для кожного з дослщжуваних плiвкоутворювачiв. Пiсля сушiння на зразках вимь рювали товщину покриття на М1С-11. Висушенi покриття шсля технолопч-но! витримки вирiвнювались методом шлiфування шлiфшкуркою №320 вруч-ну i на них знову вимiрювалась товщина покриття. На шлiфованi зразки на-
носився кшцевий шар лаку, який висушувався, шсля чого вимiрювали повторно товщину покриття.
Покриття для визначення товщини наносились за такими технолопч-ними схемами:
• грунтування - сушшня - шл1фування - нанесення лаку - суш1ння - шл1фу-вання - лакування - сушшня;
• грунтування - суш1ння - грунтування - сушшня - шл1фування - нанесення лаку - сушшня.
На основi одержаних даних побудоваш графiчнi залежностi товщини покриття вiд витрати лакофарбового матерiалу i схеми технолопчного процесу.
На рис. 1 представлен залежностi товщини отримано! плiвки вщ витрати лакофарбового матерiалу за технолопчною схемою одноразового гурту-вання i дворазового лакування деревинно! пiдкладки. На рис. 2 - графiчнi залежи осп отримано! товщини шпвки за технолопчною схемою дворазового грунтування { одноразового лакування деревинно! шдкладки.
1 -тоВщина пл1Вки гмсля 1-го нанесення псшуретаноВсп
грунгшбки (сухий залишок 6^-66%)
2 - тоВщина п/пбки гмсля шл1фування
3 - товщина п/нбки гмсля 2-х разового нанесення пол1уретанового
лаку {сухий залишок 55-60%)
Рис. 1. Формування покриття при одноразовому tрунтуванш
i дворазовому лакуванш
Як видно з отриманих дослщжень, у разi формування покриття за схемою дворазового грунтування, товщина покриття за однаково! витрати лакофарбового матерiалу бшьша, порiвняно з одноразовим грунтуванням. Це по-яснюеться тим, що пiсля одноразового грунтування товщина пшвки досить не значна, оскшьки близько половини нанесеного лакофарбового матерiалу про-никае в пори i заповнюе мiкронерiвностi рельефу шдкладки. Шсля шшфуван-ня такого покриття лакофарбовий шар пшвки практично повшстю зiшлiфо-вуеться. Крiм цього, шд час шлiфування тонкошарових плiвок сила притис-кання, яка дiе на абразивний шструмент, деформуе мiкроволокна деревини. При цьому шсля нанесення лаку товщина пшвки зменшуеться, а вщповщно, для досягнення необхiдного експлуатацiйного шару покриття, витрата повер-хневого опоряджувального матерiалу збiльшуеться.
BumpQmQ, г/м
20 1*0 60 ВО 100 120
1 - тоВщина плгВки гисля 2-х разового нанесення по/пуретаново"
грунпп&ки (сцхий эалишок SU-66%)
2 - тоВщина п/iíBku п1сля ишфубання
3 - тоВщина пл16ки теля 1-го нанесення пол1уретаноВого лаку
(сухий залишок 55-60%)
Рис. 2. Формування покриття при дворазовому грунтуванш i одноразовому лакувант
тобщина, мкм тобщина, мкм
Рис. 3. Дiаграма товщини плiвки, при формуванн покриття полiуретановою Грунтовкою i полiуретановим лаком: а) одноразове хрунтування i дворазове лакування; б) дворазове хрунтування i одноразове лакування
За дворазового грунтування товщина пшвки е бшьшою i пiсля шшфу-вання залишаеться значний шар загрунтованого покриття. Вщомо, що грунтовки мають вищий сухий залишок, нiж лаки, а вш впливае на товщину пшвки. Тому пiсля нанесення лаку на шдготовлену за схемою дворазового грунтування поверхню товщина плiвки буде бшьшою, шж у першому випадку, що було шдтверджено проведеними експериментальними дослiдженнями (рис. 2).
Висновки. Пщ час формування захисно-декоративних покриттiв на виробах iз деревини з метою економп лакофарбових матерiалiв i отримання плiвок експлуатацшно! товщини рекомендують дворазове нанесення грунтовки (шпакшвки) i одноразове нанесення лаку. Одержанi внаслщок експери-ментальних дослiджень данi шдтвердили теоретичнi передбачення щодо формування покритпв для створення плiвок необхщно! експлуатацшно! товщини. Дiаграму змши товщини покриття за послiдовнiстю технолопчних опера-цiй зображено на рис. 3.
Лггература
1. Яковлев А. Д. Химия и технология лакокрасочных покрытий / А. Д. Яковлев. - Л. : Изд-во "Химия",1989. - 369 с.
2. Карякина М.И. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий / М.И. Карякина. - М. : Изд-во "Химия", 1988. - 272 с.
3. Карякина М.И. Физико-химические основы процессов формирования и старения покрытий / М.И. Карякина. - М. : Изд-во "Химия", 1980. - 216 с.
4. Сухарева Л.А. Полиэфирные покрытия. Структура и свойства / Л. А. Сухарева. - М. : Изд-во "Химия", 1984. - 177 с.
Яремчук Л.А. Исследование толщины лакокрасочных пленок в зависимости от технологического процесса формирования покрытий
Толщина лакокрасочных плёнок - один из важных показателей защитно-декоративных покрытий, который обеспечивает эксплуатационные свойства изделий. Известно, что на толщину плёнки влияет молекулярная структура и свойства пленкооб-разователей, сухой остаток композиции, модификаторы и их содержание в составе, расход лакокрасочного материала на единицу площади и другие характеристики. Кроме названных, есть ещё один важный фактор, влияющий на толщину покрытия -это порядок и количество нанесений лакокрасочных материалов на подложку по технологическому процессу. Проведены исследования толщины лакокрасочных плёнок в зависимости от технологических операций формирования покрытий. По полученным результатам предложены рекомендации для производителей изделий из древесины и древесных материалов.
Ключевые слова: лакокрасочное покрытие, древесина, пленка, снаряжение, толщина, пленкообразователь, лак, грунтовка, затрата, шлифование
Yaremchuk L.A. Research thickness of the paint film provides on depending on the technological process of forming of coverages
The thickness of the paint film provides a very important indicator of protective and decorative coatings, which provide the operational properties of products. It is known that the film thickness affects the molecular structure and properties of the film-forming, solid residue composition, modifiers and their content in the composition, consumption of paint material per unit area and other characteristics. Besides the title, there is another important factor which affects the thickness of the coating - this is the order and the amount of paint application materials to the substrate on the technological process.
This article investigated the thickness of the paint films according to the technological operations of forming coatings. According to the results proposed recommendations for manufacturers of wood products and wood products.
Keywords: paint film provides, wood, tape, equipment, thickness, film-forming, varnish, prime coating, expense, polishing._
УДК 539.4.019.1:684.4 Директор С.М. Кульман, канд. техн. наук -
ПП "Компашя 1нтердизайн"; астр. Л.М. Бойко -Житомирський ДТУ
ДОСЛ1ДЖЕННЯ К1НЕТИКИ ПРОЦЕСУ ДЕСТРУКЦП ТА РУЙНУВАННЯ КУТОВИХ З'СДНАНЬ КОРПУСНИХ МЕБЛ1В
За допомогою енергетичного анатзу величин прироспв деформацш криво!' тривало'1 мщносп запропоновано метод, що дае змогу сформулювати критерiй, за допомогою якого можна прогнозувати розривний стан вщкрито'1 системи, на прикладi кутового меблевого з'еднання (КЗКМ), що виготовлений з ламшовано'1 деревостружково'1 пли-ти (ЛДСП) тд дiею постiйного навантаження.
Вступ. Процес руйнування твердих тш супроводить цший комплекс процеЫв, що вщбуваються у чаЫ. Таких як механолюмшюценщя, акустична та електронна ем^я i шшь Ц процеси, пов'язат з атомними перебудовами структури, несуть шформащю про те, що вщбуваеться у цей момент у сере-динi тша пiд час руйнування. I тому можуть служити шдикатором або дава-чем контролю процесу руйнування.
Найчастше таким iндикатором виступае процес акустично! емюп (АЕ). 1мпульс АЕ зумовлений видшенням пружноï енергiï внаслiдок локаль-ноï перебудови структури матерiалу. Для гетерогенних матерiалiв (гiрських порiд) було показано [1], що основним джерелом сигналiв АЕ в мехатчно навантажених прських породах е трiщини. Виходячи з цього, можна припус-тити, що дат для АЕ пов'язат саме з трщиноутворенням.
Оскiльки ^mi тривалоï мiцностi та нагромадженi акустичт емюп практично збiгаються [1], то можна поставити в пряму вщповщтсть час навантаження числу елементарних подш руйнування, тобто елементарних акпв розриву (ЕАР).
К^м цього, можна враховувати, що майже вс процеси, як можуть бути пов'язат з нагромадженням пошкоджень, якiсно подiбнi до процесу пов-зучостi [2]. Величина змши деформаци As[ (ЕАР) протягом часу Ati, пропор-цшна до величини змiни енерги деформаци AE(tt) [3, 4]:
AE(t)~ Afii. (1)
Мета. Сформулювати критерiй, за допомогою якого можна прогнозувати розривний стан вщкршш системи, на прикладi КЗКМ пiд дiею постшно-го навантаження. Зокрема для того, щоб проводити дiагностику i передбачати нестабшьний стан меблевих конструкцiй.
Основна частина. Розглянемо змiну величини прироспв деформаци КЗКМ упродовж часу. Asi = si+1-si, - величина, що характеризуе ОАР (об'еднаний акт розриву). Тобто це аналог кластерiв, як об'едналися.
х= t/tp, - концентращя ОАР,
