Тюмень - 1999 год

 

 

3.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Изучение студентами основных видов лакокрасочных материалов и их составляющих. Освоение современных методов испытания пигментов, связующих и покрытий. Оценка возможности применения последних в составе красок (по применению, назначению).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Лакокрасочными материалами называют составы, наносимые на окрашиваемую поверхность в жидком виде тонким слоем (или несколькими слоями) и образующие после высыхания прочную пленку. Их применяют для наружней и внутренней отделки, защиты металлических и других конструкций от коррозии, древесины от загнивания и возгорания, а также для получения химически стойких и специальных покрытий, повышающих долговечность и улучшающих внешний вид зданий, конструкций и отдельных деталей.

В состав лакокрасочных материалов входят связующие вещества, пигменты, наполнители и специальные добавки (или вспомогательные вещества).

Пигменты представляют собой минеральные или органические тонкодисперсные вещества, нерастворимые в воде, так и в связующих (маслах, лаках, смолах и пр.), но способные при тщательном смешивании давать суспензии, которые называют красочными составами. Последние, затвердевая, образуют цветные защитные и декоративные покрытия.

Связующие или пленкообразующие вещества представляют собой жидкие или доведенные до жидкого состояния материалы, спообные после высыхания (отвердевания) связывать между собой частицы пигмента и образовывать тонкую пленку, прочно сцепляющуюся с окрашиваемой поверхностью.

Наполнители нерастворимые минеральные вещества, добавляемые в лакокрасочные материалы для экономии пигментов, придания особых свойств краскам и покрытиям (атмосферо-, термостойкости и др.).

Вспомогательные материалы - это шпатлевки, грунтовки, замазки, а также растворители, разбавители, сиккативы, смывки.

Лакокрасочные покрытия обычно состоят из нескольких тонких слоев:

1) грунтовочного слоя, который наносят на поверхность для того, чтобы последующие слои окраски лучше сцеплялись с основанием. Грунтовка должна обладать высокой адгезией к основанию и легко заполнять капилляры основания, что уменьшает его отсасывающую способность и делает его более однородным; при этом поверхность основания приобретает свойства одинаково смачиваться водой или маслами;

 

4.

2) шпатлевочного слоя, выравнивающего поверхность, заполняющего крупные углубления и трещины; шпатлевка улучшает внешний вид окраски, но уменьшает прочность и стойкость;

3) одного или нескольких красочных слоев, окрашивающих поверхность и дающих тонкую гладкую пленку требуемого цвета (матовую или блестящую);

4) покровного слоя, который защищает красочные слои от влияния среды или придает окраске особую гладкость и блеск (например, слой лака). Он должен характеризоваться малой водопроницаемостью, малой истираемостью, высокой стойкостью по отношению к воздействиям окружающей среды.

Технология окраски поверхностей включает следующие этапы:

1. Приготовление лакокрасочных составов.

2. Подготовка основания.

3. Нанесение лакокрасочных составов.

4. Сушка покрытия. Формирование пленки.

 

 

Лабораторная работа № 1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВНОЙ ВЯЗКОСТИ

ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

I. Теоретическая часть.

За условную вязкость лакокрасочных материалов принимают время непрерывного истечения в секундах определенного объема испытуемого материала (100мл) через калиброванное сопло вискозиметра типа ВЗ-4 (ВЗ-1).

За условную вязкость лакокрасочных материалов густой консистенции, определяемую шариковым вискозиметром, принимают время прохождения в секундах стального шарика между двумя метками вертикально установленной стеклянной трубки вискозиметра, наполненной испытуемым материалом.

II. Приборы и материалы:

Вискозиметр типа ВЗ-1 с диаметром сопла 5,4 мм для Л.М. с условной вязкостью по этому вискозиметру не менее 5 с., а с диаметром сопла 2,5мм - от 12 до 150с.

Вискозиметр типа ВЗ-4 с диаметром сопла 4мм предназначен для лакокрасочных материалов с условной вязкостью по этому вискозиметру от 12 до 200с.

III. Методика проведения опыта.

Устанавливают вискозиметр в строго горизонтальное положение, под сопло вискозиметра ставят сосуд вместимостью не менее 110мл. Отверстие сопла снизу закрывают пальцем, в вискозиметр с избытком наливают испытуемый материал, чтобы

 

6.

образовался выпуклый мениск над верхним краем вискозиметра. Избыток материала и образовавшиеся пузырьки воздуха удаляют при помощи стеклянной пластинки или палочки, сдвигаемых по верхнему краю вискозиметра в горизонтальном направлении. Затем открывают отверстие сопла и одновременно с появлением испытуемого материала из сопла, включают секундомер.

В момент первого прерывания струи испытуемого материала секундомер останавливают и отсчитывают время истечения с погрешностью не более 0,2с.

IV. Лабораторный журнал.

№ опыта	Время, сек.	Вязкость, сек.	Примечание (вид вяжущего)
1.
2.
3.

 

V. Расчет.

За величину условной вязкости в секундах, определенной по вискозиметру ВЗ-4, принимают среднее арифметическое значение трех параллельных определений времени истечения испытуемого материала и вычисляют по формуле:

 

n = t ^. k

 

где t - среднее арифметическое значение времени истечения испытуемого материала,

сек.

k - постоянный коэффициент вискозиметра. Необходимо определять чтобы знать,

какую насадку нужно использовать для краскопульта, т.к. она калибруется по

вязкости связующего.

VI. Заключение.

 

7.

Лабораторная работа № 2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ВЫСЫХАНИЯ

ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

 

I. Теоретическая часть.

Скорость высыхания характеризует скорость образования пленки покрытия в стандартных условиях (определенных). Различают высыхание “от пыли” и высыхание полное.

Высыханием “от пыли” считают такое состояние окрашенной поверхности, на тончайшей пленке которой не задерживаются пылевидные частицы, а при легком нажатии ватным тампоном не прилипают волокна ваты.

Полное высыхание характеризуется образованием на окрашенной поверхности прочной эластичной пленки, способной сопротивляться (противостоять) механическим

воздействиям.

II. Материалы и оборудование:

Олифа или испытуемая краска, специальный шкаф, стеклянная пластинка, пипетка, прибор ВИ-4, деревянная пластинка площадью 1см², груз 200г, ватный тампон или копировальная бумага.

III. Методика проведения опыта.

На поверхность стеклянной пластинки размером 60 х 90мм и толщиной 2-3мм пипеткой наносят 2-3 капли исследуемого материала и распределяют его ровным слоем. Для удаления избытка материала с поверхности пластинки, ее ставят под углом 45⁰ на 30мин, затем помещают в специальный шкаф в горизонтальном положении и выдерживают при постоянной температуре 20 + 2⁰ С.

Через 3-4 часа после нанесения материала на пластинку,ее вынимают из шкафа и, держа на расстоянии 1000мм от рта, дышат на пленку. Появление матового пятна в результате конденсации влаги свидетельствует об образовании на поверхности тонкой пленочки, что служит показателем степени высыхания.

Промежуток времени с момента нанесения материала на пластинку до появления матового пятна от дыхания, является временем высыхания от пыли.

Время высыхания можно определить прибором ВИ-4. На покрытую составом пластинку накладывают полоску копировальной бумаги. Сверху кладут прибор, через 0,5мин прибор убирают, снимают полосску копировальной бумаги и определяют тепень выыхания пленки. Такие испытания ведут через определенные промежутки времени до тех пор, пока на пленке не будет отссутствовать отпечаток от копировальной бумаги. Степень высыхания представлена в таблице.

 

8.

Для определения полного высыхания на пластинку с нанесением покрытием накладывают пластинку копировальной бумаги или ватный тампон, поверх которого ставят приибор ВИ-4, через 30 сек прибор, тампон или бумагу убирают и при помощи лупы тщательно осматривают поверхность пленки.

Таблица

СТЕПЕНЬ ВЫСЫХАНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Степень высыхания	Тип испытания	Характеристика степени высыхания
I-я     2-я   3-я   4-я   5-я   6-я   7-я	Нанесение около 0,5г стеклянных шариков с высоты 10...13см. Нагрузка 0,2 Н   Нагрузка 2 Н   Нагрузка 20 Н   Нагрузка 20 Н   Нагрузка 200 Н   Нагрузка 200 Н	Шарики полностью удаляются магкой кистью без повреждения окрашенной поверхности.   Бумажный диск не прилипает к покрытию и не ос- тавляет следа на площади нагрузки. Бумажный диск не прилипает к покрытию и не ос- тавляет следа на площади нагрузки. Бумажный диск не прилипает к покрытию, но ос- тавляет след на площади нагрузки. Бумажный диск не прилипает к покрытию и не ос- тавляет леда на площади нагрузки. Бумажный диск не прилипает к покрытию, но ос- тавляет след на площади нагрузки. Бумажный диск не прилипает к покрытию и не ос- тавляет следа на площади нагрузки.

 

 

При отсутствии прибора ВИ-4 для определения полного высыхания пленки покрытия на поверхность пленки кладут ватный тампон, поверх которого устанавливают деревянную пластинку площадью 1см² с грузом 200 Н (200г), через 30сек груз, пластину и тампон удаляют и тщательно осматривают поверхность пленки.

Время с начала окраски до момента, когда на пленке не будет оставаться отпечаток от волокон ваты или копировальной бумаги при прикладывании груза 200 Н в течение 30сек, читают временем полного высыхания лакокрасочного покрытия.

Полученные результаты заносят в таблицу.

	Время, мин.
	нанесения на пластинку	появления матового пятна	полного высыхания

 

Вывод.

 

 

9.

Лабораторная работа № 3.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛАСТИЧНОСТИ ЛАКОКРАСОЧНОГО

МАТЕРИАЛА.

 

I. Теоретическая часть.

Эластичность пленки (красочной или лаковой) характеризуетя ее способностью не разрушаться при изгибании на сстержне определенного диаметра в различные сроки высыхания.

Пленку испытывают на эластичность при помощи шкалы эластичности (гибкости), представляющей собой набор стальных стержней различного диаметра, укрепленных на одной станице. Стержни применяют диаметром в 20,15, 10мм круглого сечения и прямоугольные диаметром 5,3,1мм.

II. Материалы и оборудование:

Шкала пластичности, тонкая металлическая пластинка размером 70 х 100мм, кисточка, сушильный шкаф.

III. Методика проведения опыта.

Металлическую пластинку покрывают испытуемым лакокрасочным составом и ставят на 15мин под углом 45⁰ С, чтобы стек избыток краски или лака, затем пластинку помещают на строго горизонтальную поверхность в шкафу, в котором поддерживается постоянная температура (20 + 2⁰С). После высыхания покрытия пластинку разрезают на полоски шириной 20мм и сгибают их (пленкой вверх) вокруг стержней шкалы пластичности, начиная с самого толстого (диаметром 20мм), затем в другом месте

полоски на стержнях диаметром 15мм, 10мм и т.д., до тех пор пока на изгибе не появятся трещины или отслоения пленки.

Пластичность выражают толщиной того последнего стержня, при изгибании на котором пленка не разрушается. Различные лакокрасочные материалы испытывают после различных сроков высыхания через 24, 48, 72, 96, 120 часов.

IV. Лабораторный журнал.

№п/п	Ширина пластинки	Срок высыхания	Диаметры стержней, мм
			20 15 10 5 3 1

 

V. Элатичность выражают размером диаметра того стержня на котором при изгибе пленка не разрушается.

VI. Заключение.

 

 

10.

Лабораторная работа № 4.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АДГЕЗИИ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ.

 

Адгезия - способность лакокрасочного покрытия к “прилипанию” или прочному сцеплению с окрашиваемой поверхностью. От величины адгезии зависят механические и защитные свойства покрытий.

ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ.

Испытуемое покрытие наносят на металлическую пластинну. Перед определением адгезии покрытие, подготовленное в соответствии со стандартом или техническими условиями на испытуемый лакокрасочный материал, должно быть выдержано после холодной сушки в течение 48 часов, а после горячей сушки - не менее 3 часов. Расхождение в тощине пленки не должно превышать 5 мкм при замере толщины не менее чем на двух участках поверхности испытуемого образца.

Для определения адгезии существует три стандартных метода:

метод решетчатых надрезов, метод параллельных надрезов с применением липкой ленты и количественный метод отслаивания.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.

МЕТОД РЕШЕТЧАТЫХ НАДРЕЗОВ.

На подготовленном к испытанию покрытии при помощи бритвы или скальпеля по линейке на расстоянии 1-2 мм друг от друга делают не менее 5 параллельных и 5 перпендикулярных им надрезов до подложки. При этом образуется решетка из квадратов одинакового размера: 1 х 1 мм - для покрытий толщиной менее 60 мкм и

2 х 2 мм - для покрытий с большей толщиной. Для нарезания на испытуемом покрытии решетки из 25 квадратов с расстоянием 1, 2, 3 мм между линиями разреза применяют специальное приспосболение - шаблон в комплекте со скальпелем в (футляре). Шаблоном служит стальная пластина размером 6 х 15 х 3 мм со сквозными прорезями. После нанесения решетки поверхность покрытия очищают кистью от отслоившихся кусочков пленки и оценивают адгезию в четырехбальной шкале. Высшая оценка - 1 балл - при гладких краях надрезов и отсутствии отслоившихся кусочков покрытия; 2, 3 и 4 балла - при отслаивании покрытия соответственно до 5, 35 и свыше 35% поверхности с каждой решетки. Обычно адгезию считают нормальной, если после получения решетки покрытие не крошится и не отслаивается.

 

 

11.

МЕТОД ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ НАДРЕЗОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛИПКОЙ ЛЕНТЫ.

На испытуемом покрытии скальпелем или бритвенным лезвием делают не менее 5 параллельных надрезов до подложки на расстоянии 1 мм друг от друга. Перпендикулярно надрезам накладывают полоску липкой ленты размером 10 х 100 мм, один конец которой оставляют неприклеенным. Быстро отрывают ленту от покрытия и оценивают адгезию: баллом 1, если края надрезов гладкие, баллом 2 - при незначительном отслаивании покрытия (не более 0,5 мм) и баллом 3 - при отслаивании покрытия целыми полосами. Этод метод позволяет более точно оценить адгезию покрытия к основанию.

 

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ МЕТОД ОТСЛАИВАНИЯ.

Для определения адгезии в качестве гибкой подложки применяют алюминиевую, медную или оловянную фольгу, которую натягивают на стеклянной пластинке и обезжиривают ацетоном. На фольгу наносят слой испытуемого лакокрасочного материала, а после его высушивания - второй слой, на который накладывают ткань из стеклянного волокна толщиной 0,64 - 0,06 мм, плотно прижимая ее к фольге. Затем на стеклоткани наносят кистью лакокрасочный материал, высушивают, снимают высушенный образец со стеклянной пластинки и разрезают вдоль на 10 полосок размером 10 х 60 мм каждый. На полосках (кроме двух крайних) вручную отслаивают фольгу от пленки со стеклотканью на длину около 35 мм и отгибают ее на 180⁰. Полученную полоску пленки со стеклотканью (толщиной 70 - 100 мкм) закрепляют на разрывной машине с максимальной нагрузкой 3 кг таким образом, чтобы пленка со стеклотканью была зажата в верхнем зажиме машины, а фольга - в зажиме приспособления для сохранения постоянного угла расслаивания. Нерасслоенная часть образца должна быть прижата к направляющей планке. Ее расслаивают при скорости

движения зажима приспособления 6,5 - 7 см/мин и угла расслаивания 180, при этом записывается отсчет усилия на шкале разрывной машины. За результат принимают величину адгезии г/см, вычисленную как среднее арифметическое из восьми определений.

 

 

12.

Лабораторный журнал.

№ опыта	Ширина в м, В, М	Усилие отрыва N, Н	Среднее усилие N, Н	Адгезия А=Nср/в	Статическая обработка результатов испытания

 

РАСЧЕТ:

1. Вычисляют среднее значение из измерений

х = 1/nS х,

2. Находят погрешности отдельных измерений

х_i = х - х_i,

3. Вычисляют квадраты погрешностей отдельных измерений

(х_i)² = (х - х_i)²,

4. Вычисляют среднее квадратичное отклонение отдельного измерения

S_k = ÖS (х-х_i)²/n-1,

5. Находят относительную погрешность результата серии измерений

e = х / х ^. 100%.

 

16.