К вопросу оценки адгезии лакокрасочных покрытий на древесине и древесных материалах методом решетчатых надрезов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 539.61

К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ АДГЕЗИИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ДРЕВЕСИНЕ И ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛАХ МЕТОДОМ РЕШЕТЧАТЫХ

НАДРЕЗОВ

Чиркова Дарья Олеговна, магистрант, Рыбин Борис Матвеевич, доктор технических наук, профессор, Мытищинский филиал Московского государственного технического университета

им. Н.Э. Баумана, Мытищи, РФ

В работе рассматриваются вопросы оценки адгезии лакокрасочных покрытий на древесине и древесных материалах методомрешетчатых надрезов. В качестве оценки адгезии используем образцы с нитроцеллюлозным, меламиновым, полиэфирным, полиуретановым покрытием. Для определения адгезии методом решетчатых надрезов используем прибор «Адгезиметр РН». Для определения адгезии методом решетчатых надрезов используем прибор «Адгезиметр РН». Режущий инструмент имеет шесть режущих кромок, расположенных на расстоянии 1, 2 и 3 мм друг от друга. Режущая часть инструмента делает разрез V- образной формы через всю толщину покрытия. Результаты испытания сравниваем с рисунками, которые приведены в таблице по стандарту.

Ключевые слова: адгезия; лакокрасочные покрытия; метод решетчатых надрезов; древесные материалы.

ON THE ISSUE OF ASSESSING THE ADHESION OF COATINGS ON WOOD AND WOOD MATERIALS BY LATTICE INCISIONS

Chirkova Darya Olegovna, undergraduate, Rybin Boris Matveevich, PhD (Doc. Tech. Sci.), professor, BMSTU, Mytishchi, Russia

The paper deals with the assessment of adhesion of paint coatings on wood and wood materials by lattice incisions. As an assessment of adhesion, we use samples with nitrocellulose, melamine, polyester, polyurethane coating.

To determine the adhesion method of lattice cuts, we use the device «AlgesimeterPH». To determine the adhesion method of lattice cuts, we use the device «Algesimeter PH». The cutting tool has six cutting edges spaced 1, 2 and 3 mm apart. The cutting part of the tool makes a V-shape cut through the entire thickness of the coating. The test results are compared with the figures shown in the table according to the standard.

Keywords: adhesion; coatings; the method of lattice cuts; wood materials.

Для цитирования: Чиркова Д.О., Рыбин Б.М. К вопросу оценки адгезии лакокрасочных покрытий на древесине и древесных материалах методом решетчатых надрезов // Наука без границ. 2019. № 5(33). С. 79-83.

Адгезия - свойство лакокрасочных покрытий, представляющие собой поверхностное физико-химическое явление, возникающее при взаимодействии между двумя разнородными контактирующими

телами, одним из которых является лакокрасочное покрытие, другим - поверхность древесины или древесного материала.

Существует значительное количество

наука без границ • № 5 (33) • 2019

технические науки

методов определения адгезии: неравномерного отрыва, равномерного отрыва, сдвига, динамические методы, прочие косвенные, к которым относят метод решетчатых надрезов и др.

Методы неравномерного отрыва позволяют выявить величину адгезии на отдельных участках испытуемого образца. Они дают хорошую воспроизводимость результатов и отличаются простотой.

Метод равномерного отрыва измеряет величину усилия, необходимого для отделения адгезива от субстрата одновременно по всей площади контакта [1]. При этом усилие прикладывается перпендикулярно плоскости адгезионного соединения, а величина адгезии характеризуется силой, отнесенной к единице площади контакта.

Метод сдвига определяет касательные напряжения в адгезионных соединениях, которые создаются растяжением или сжатием. При увеличении длины образца разрушающая нагрузка стремится к постоянной величине. Причина заключается в концентрации напряжений на концах образца, вызванной разностью деформаций склеенных элементов и их изгибов [1].

Динамические методы определяют работоспособность изделий, характеризуется числом деформаций до разрушения. Если разрушения добиться не удается, то после приложения некоторого числа ци-

клов деформации определяется адгезия принятым статическим методом. Динамические методы испытания соединений проводят при сдвиге, неравномерном и равномерном отрывах. Для проведения испытаний применяют испытательные машины, обеспечивающие воздействующие напряжения с частотой 500-3000 циклов в минуту.

Метод решетчатых надрезов устанавливает оценку адгезии покрытия при прорезании его насквозь до подложки многолезвенным инструментом (рис. 1) с расстоянием между лезвиями 1 мм, 2 мм и 3 мм. Чем тоньше покрытие, тем меньше расстояние между лезвиями. В основе метода лежит воздействие касательной силы, сдвигающей торцевую поверхность разрушенной кромки, вдоль границы раздела покрытие-подложка.

Методика осуществления решетчатых надрезов предусматривает, что торец режущего инструмента располагается нормально к поверхности образца с покрытием. Давление на режущий инструмент должно быть постоянным, без резких движений. Надрез производится до поверхности подложки строго прямолинейно в выбранном направлении. Надрез повторяется под углом 90 ° к первому надрезу так, чтобы образовался решетчатый рисунок.

30* IV

А

ША

V

\\ I 2

Рис. 1. Ручной многолезвийный инструмент

Оценка результатов измерений прово- На рис. 2 приведена схема внедрения рез-дится по шкале, которая представлена в ца многолезвийного инструмента в лакокра-приложении. сочное покрытие при получении надреза.

Рис. 2. Схема внедрения резца в лакокрасочное покрытие 1 - резец; 2 - лакокрасочное покрытие; 3 - древесина

Исходя из приведенной схемы, ширину где Н - высота покрытия, мкм разрушения верхней границы покрытия а - угол заточки режущей кромки

(Х) можно определить по следующей фор- фрезы, град.

муле: На рис. 3 приведен график зависимости

Я ширины разрушения верхней границы от

^ (1) толщины покрытия.

Х= 2Н

Рис. 3. График зависимости ширины разрушения верхней границы

от толщины покрытия

По графику видно, что при увеличении нительные определения ширины разру-

толщины покрытия, увеличивается шири- шенной верхней границы покрытия по

на разрушения верхней границы. значениям, полученным по графику и экс-

В исследовании приводились срав- периментальным путем. Для этого исполь-

наука без границ • № 5 (33) • 2019

технические науки

зуется методика по ГОСТ 13639-20131. В поле зрения микроскопа наблюдается Ширина полосы разрушения контроли- полоса разрушения, которую легко опре-

ровалась с помощью микроскопа МПБ - 2. делить. Данные приведены в табл.1

Таблица 1

_Ширина разрушенной верхней границы для различных покрытий_

Покрытия на основе лака Толщина покрытия по ГОСТ 13639-2013, мкм Ширина разрушенной верхней границы на покрытии, мкм

По графику По микроскопу

Полиэфирного (ПЭ) 45 45 75

Нитроцеллюлозного(НЦ) 40 40 25

Полиуретанового (УР) 55 50 25

Меламинового (МЛ) 60 55 25

Как видно значения ширины разрушения верхней границы по графику отличается от значений определенных по микроскопу. Это объясняется возникновением хрупких и пластических явлений, возникающих при разрушении, особенно верхнего слоя покрытия. Так полиэфирное покрытие в процессе отверждения приобретает стеклообразное состояние, поэтому при его резании в верхнем слое происходит непроизвольное разрушение в виде

появление осколков произвольной формы. Это приводит к увеличению ширины разрушенной верхней границы покрытия.

Три других покрытия в процессе отверждения сохраняют пластические свойства, что приводит в процессе резания смятия верхнего слоя, поэтому по микроскопу измеренные расстояния меньше, чем по графику.

На рис. 4 представлена схема силовых характеристик при разрушении покрытия методом решетчатых надрезов2.

Рис. 4. Схема силовых характеристик при разрушении покрытия клиновым резцом

адгезиметра

1 - резец; 2 - лакокрасочное покрытие; 3 - древесина

1 ГОСТ 13639-13 Детали и изделия из древесины и древесных материалов. Метод определения толщины прозрачных лаковых покрытий.

2 ГОСТ 31149-14 Материалы лакокрасочные. Определение адгезии методом решетчатого надреза.

При подстановке значений Р = 15 кг и а = 30о в формулу (4) получим значения силы F3 = 32,25 Н.

Определим касательные напряжения из расчета площади отрыва покрытия при получении решетчатого надреза. При расположении резцов на расстоянии 1; 2 и 3 мм площадь отрыва соответственно будет 1; 4 и 9 мм2.

Учитывая касательную силу разрушения F3 = 32,25 Н, касательные напряжения при различной шкале расположенных резцов соответственно будут равны 32,25; 8,06; 3,58 МПа.

Адгезионная прочность покрытия, при использовании разрушающих методов, должна соответствовать величине не более 2МПа. Полученные значения перекрывают этот диапазон [2].

Отсюда предлагаемый способ оценки адгезии покрытий может быть использован с применением количественной характеристики помимо качественной оценки в баллах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Берлин А.А. Основы адгезии полимеров. Учебное пособие / А.А. Берлин, В.Е. Басин // Москва: Издательство «Химия», 1969. - 318 с.

2. Зотов А.А. Управление физико-механическими свойствами покрытий древесины. Учебное пособи / А.А. Зотов, В.Г. Крисанов, В.Г. Санаев, Е.Е. Овчаренко // Москва: Издательство «Московский Государственный Университет Леса», 1998. - 218 с.

3. Разрушающие методы определения адгезионной прочности [Электронный ресурс] // POZNAYKA.ORG. 2016. Режим доступа: https://poznayka.org/s94125t1.html (дата обращения: 11.04.2019).

REFERENCES

1. Berlin A.A., Basin УЕ. Osnovy adgezii polimerov. Uchebnoe posobie [Polymer adhesion bases]. Moscow, Izdatel'stvo «Himiya», 1969, 318 p.

2. Zotov A.A., Krisanov V.G., Sanaev V.G., Ovcharenko Е.Е. Upravlenie fiziko-mekhanicheskimi svojstvami pokrytij drevesiny. Uchebnoe posobi [Control of physical and mechanical properties of wood coatings]. Moscow, Izdatel'stvo «Moskovskij Gosudarstvennyj Universitet Lesa», 1998, 218 p.

3. Razrushayushchie metody opredeleniya adgezionnoj prochnosti [Destructive methods for determining adhesive strength]. POZNAYYKA.ORG. 2016. Available at: https://poznayka.org/ s94125t1.html (accessed 11 April 2019).

Материал поступил в редакцию 28.04.2019 © Чиркова Д.О., Рыбин Б.М., 2019

Главное усилие Р, прикладываемое на резец в процессе резания по условиям эксперимента не может быть более 15 кг. Перенесем главное усилие Р в т.D по правилу уравновешивания нагрузки ± Р. В tD возникает сила Р направленная вниз на покрытие и момент созданный переносом силы. Раскладываем силу Р, направленную вниз, на составляющие по правилу параллелограмма и находим силу обозначенную F2 по следующей формуле:

F2 = Р X sin-

г (2)

Затем разложим силу F2 на две составляющие F3 и F4. Сила F3, являющая касательной к поверхности покрытия, находим как:

(3)

Учитывая формулу (2) найдем значения силы F3 по следующей формуле:

(4)