Способ определения адгезионной способности полимерных покрытий и клеев на металле

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ И КЛЕЕВ НА МЕТАЛЛЕ, заключающийся в измерении прочности сцепления, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения надежности и упрощения определения, измеряют диэлектрическую проницаемость адгезированной и свободной пленок в диапазоне у (. частот 10 - 10 Гц, по разности которых определяют искомый параметр. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (111

3(511 G О1 11 27/2>

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3485015/18-25 (22) 13.08.82 (46) 15.04.84. Бюл. Р 14 (72) И.С.Шварцман, Е.А.Андрющенко и Ф.М. Смехов (53) 551.508.7(088.8) (56) I. ГОСТ 15140-78. Материалы лакокрасочные. Методы определения адгезии. M., "Стандарты", 1977.

2. Якубович С.В.Испытания лакокрасочных материалов и покрытий.

М-Л., Госхимиздат, 1952, с.480, 3. Dietz A.G. et. al ° The measure

ment of olynamic modulus in adhesive

joints at ultrasonic frigvencies.

ASTM proceed, 1950, v.50, р,14141427 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИОННОИ СПОСОБНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЬ1ТИИ

И КЛЕЕВ НА МЕТАЛЛЕ, заключающийся в измерении прочности сцепления, отличающийся тем, что, с целью повьпдения надежности и упрощения определения, измеряют диэлектрическую проницаемость адгезированнойи свободной пленок в диапазоне частот 10 — 10 Гц, по разности ко6 торых определяют искомый параметр.!

086380

Изобретение относится к области испытаний полимерных материалов, а именно к способу оценки адгезионной способности полимерных покрытий и клеев на металле.

Известен способ определения адгезионной способности полимерных покрытий, заключающийся в том, что режущим инструментом делают ряд параллельных проникающих до подложки надрезов в пленке покрытия, Надрезы второго ряда проводят перпендикуляр но первым так, чтобы образовалась решетка. При хорошей адгезии квадратики покрытия не отслаиваются. Чем ниже адгеэионная прочность, тем больше квадратиков отслаивается от подложки t! ).

Известно также определение адге" эионной способности по максимально допустимой глубине вытяжки металлической подложки на прессе Эриксена до начала . отслаивания лепестков крестообразно надрезанной пленки покрытия. При хорошей адгеэии лепестки не отслаиваются даже при глубокой вытяжке металла. Чем ниже адгезионная прочность, тем при меньшей

còåïåíH вытяжки наступает отслаивание (23.

Недостатками известных способов, являются ограниченная область применения и сложность изготовления обраэцов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения адгезион ной способности полимерных покрытий и клеев на металле, заключающийся в измерении прочности сцепления.

При этом первоначально определяют динамический модуль металлического стержня, затем модуль двух частей

t стержня из того же металла, соединенных исследуемым полимерным адгеэиv вом, После этого определяют адгеэионную прочность этого соединения при отрыве. При различных внешних

Воздействях,например при термостарении, находят соотношение между динамическим модулем и адгеэионной прочностью данного полимерного материала. Представив найденное соотношение, например, в виде калибровочной кривой, можно по величине динамического модуля определить прочность сцепления полимерного покрытия с металлом.

Недостатком способа является слож ность приготовления образцов, так как необходимо достижение соосности двух частей стержня, соединенных испытываемым адгезивом. Кроме того, для каждого полимерного материала необходимо построение калибровочной кривой, что обусловливает значительную трудоемкость оценки адгезионной способности полимера °

Цель изобретения — повышение на10 дежности и упрощение определения адгеэионной способности полимерных покрытий и клеев на металле.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определе15 ния адгезионной способности полимерных покрытий и клеев на металле измеряют диэлектрическую проницаемость адгеэированной и свободной пленок в диапазоне частот 10 - IO Гц, по

20 разности которой определяют искомый параметр.

Для определения диэлектрической проницаемости измеряют емкость плоского конденсатора, диэлектриком

25 которого служит исследуемый полимер, а обкладками — металлическая пластина и электрод иэ оловянно-свинцовой или алюминиевой фольги.

Свободные пленки предпочтительно получать на подложках из того же металла, что и адгеэированные покрытия.

Свободные пленки и покрытия должны иметь толщину 20-250 мкм с разбросом значений толщины по каждой пленке не выше +10 .

У образцов не должно быть сквозных пор, пузырьков воздуха, посто ронних включений и других дефектов.

Способ осуществляется следующим образом, С помощью моста переменного тока или измерителя добротности сначала измеряют емкость (С1 конденсатора на основе пленки, адгеэированной на металле, т.е. покрытия, а потом— на основе свободной пленки.

Электроды притирают к поверхности пленок, используя чистое осушенное ваэелиновое масло, На предварительно очищенные и высушенные пластины из углеродистой стали, алюминия и стекла наносят лакокрасочные материалы или клей.

Формирование образцов осуществляется в соответствии с нормативно-технической документацией на эти материалы. Полученные свободные и адгезированные пленки выдерживают при

3 10863

22+ 2 С в вакуумной камере с остаточным давлением = 670 Па до достижения постоянства значений Я .

Для проведения диэлектрических измерений используют измеритель доб- 5 .ротности типа Е 94 или Е 4-4 ни двухэлектродное устройство. При испытании одной из обкладок конденсатора служила стальная или алюминиевая пластина размером 50х50 мм, а дру- 10 гой — круглый электрод из оловянносвинцовой фольги диаметром 10-0,1 мм толщиной 20 мкм.

Измерения проводят при комнатной температуре на частотах, напри- 15 мер, 60, 160 и 600 кГц. Определяют емкость образцов. Зная толщину каждого образца и диаметр меньшего.элек трода, рассчитывают значения относительной диэлектрической проницае- 20 мости пленки

Е =См!Св где С вЂ” емкость конденсатора, диэлектриком которого служит данный материал; 25

СЗ вЂ” емкость того же конденсатора, между обкладками которого находится сухой воздух.

В этом случае

См

0,06954P)z/Ь) где D — диаметр меньшего фольгоного электрода, см;

h — толщина пленки, см; 3S

С вЂ” измеренная емкость, пФ.

Об адгезионной способности покрытий или клеев судят по величине разност

4 = покрытия с нободной пденки 1 свидетельствующей об изменении поляр- 40 ности полимерной пленки за счет адгезионного взаимодействия с поверхностью металла.

Для сравнения адгезионную прочность определяют согласно ГОСТ

15140-78 методом решетчатых надрезов (А), методом решетчатых надрезов с обратным ударом (@) методом решетчато-лучевых надрезов (1), мето дом отслаивания фольги под углом 50

180 (бо „), а также по величине вытяжки металлической подложки на прессе Эркксена до начала отслаивания покрытия (S) .

В табл.1-4 приведены примеры использования предлагаемого способа для определения адгезионной способности некоторых растнорных лакокра80

4 сочных материалов, порошковой полимерной краски и клея.

Все испытания проводят при комнатной температуре.

Как видно иэ табл.1, для покрытий на основе лака Ас-245 4Е во всем частотном диапазоне не превышает 0 2; аналогичная картина наблюдается и для.покрытий грунтовкой ЭП-0156 сформированных при невысоких температурах.(см.табл. 2 1, т.е. в этих случаях достигается низкое адгезионное взаимодействие с поверхностью стали. С помощью разрушающих способов установлено, что покрытия на основе этих систем обладают малой адгезионной прочностью.

В табл.3 сопоставлены диэлектрические и адгезконные показатели .лаковых покрытий на основе сополимерон винилхлорида с нкнилацетатом. В состан второго сополкмера входит малеиноная кислота (17. ). Образцы отверждают при 60 С в течение 6 ч, Так как способ решетчатых надрезов в обычном исполнении не выявляет различия н адгезконной прочности(1-балл) то используют способ решетчатых надрезон с обратным ударом, Как видно из табл.3 покрытия на основе второго сополимера, имеющего свободные карбокскльные группы, характеризуются большими значениями Д и показателей адгезкон( ной прочности

В табл.4 представлены показатели пленок на основе полимерных композиций, не содержащих растворителей (в том числе клея) .

Адгезкрованные пленки получают на с1алк к алюминии, неадгеэкрованные — на алюминии.

Как видно из табл.4, уровень адгезконной прочности системь1 полимерметалл коррелирует с величиной изменения диэлектрической проницаемости полимера прк переходе от свободной пленки к адгезиронанной на поверхности металла.

Предлагаемый способ может быть использован для испытания различных полимерных покрытий и клеен на основе пленкообразуюь;кх разной химической природы, как ненаполненных, так и наполненных, к имею JHx различные толщины.

Преимуществамк предлагаемого способа по сравнению с известными не1086380 женность определения и снижает его трудоемкость. разрушающими способами является ceo универсальность и простота проведения эксперимента, что повышает наТаблица 1

Лаковые покрытия на основе пленкообраэующих различной химической природы

f=f60 кГц

Ю=60 кгц

Состояние пленки

E (. .д Е д1=

30-35 Адгеэирован- 3,0 ная

3,1

ПФ-020 22+ 2

0,6

0,6

Неадгезированная 2,4

2,5

25-30 Адгезированная

НЦ-243N 22 2

3,2

1,2

3,15

1,25

Неадгезированная

1,9

2,0

25-30 Адгеэированная

БМК-2 22 1: 2

2,4

2,35

0,45

0,45

Неадгеэирован1,9!,95 ная

AC-245 +lá0

0,5 25-30 Адгеэированная

2,3

2,3

0,2

0,1

Неадгезиро.вання

2,2

2,1

Продолжение табл.!.

600 кГц

Адгезиоиная прочность

А балл дЕ

ПФ-020 2,9

>10

380

0,5

Ш1-2 43И 3, 1

)10

450

1,0

?,!

Марка лака

Марка лака

Температура суш ки, С

Продол" жительность сушки,ч

Толщина пленки, мкм

1( мм

ММ отел

Н/м

1086380

Продолжение табл.1

600 кГц

Адгезионная прочность

>10

370

БМК-5 2,4

0,4

2,0

120

АС-245 2,3

0,15

2,15

П р и и е ч а н и е: Адгезированные пленки получены на стали, неадгеэированные — на стекле.

Т а б л и t(а 2

Покрытия на основе грунтовки ЗП-0156

=160 кГц

Адгезионная прочность

Ф вЂ” — — — — — — — — т — — —-1

Покрытие мм мм

4,6

0 >10

Адгезирсванная 3,8

О,1 о

22+2 С Неадгезииован3,7 ная

10 сут

Марка лака

Режим сушки

130 С

2 ч

75 С, 1 ч

Состояние пленки

Лдгезированная

Неадгезированная

А балл

А балл отсл

Н/м

)О

1086380

=160 кГц, Адгезионная

Покрытие Толщина плен- Состояние пленки мкм ки

I прочность

Дж, уд 1 мм S мм

Ацгезированная 3,7

l,8 15 2

60-70

0,,1

С )10

5,0

60-70

0.6

Неадгезированная 3,6

П р и м е ч а н и е. Образцы отверждают при 60 С в течение 6 ч, Т а б л и ц а 4

Образцы на основе композиций без растворителей

160 кГц

Адгезионная прочность

Состояние пленки

Материал

- а.

Е л . Ьа, сд,н/ M

Адгезированная 5,0

А

0,9

600

200 С

Неадгезированная

4„1

1,0 ч

Адгезнрованная"

0,5 ч

170-180

Неадгезированная

0,8

560

0,.8

4,5

4,0

4,6

0,5

HeapãåçèðîâaHная

6 ч

415

4,0 0,6 Пленки, полученные на стали; Пленки, полученные на алюминии.

Порошковая эпоксидная краска

П-ЭП-534

Т а б л и ц а 3 . аковые покрытия на основе сополимеров типа А-15

Неадгезированная 3,6

Адгезированная 4,2

Режим от- Толщина верждения пленки, мкм

Неадгезированная 4,1

120-130 Адгезированная" 5,1

А- i

Адгезированная

Неадгезированная

90-100 Адгезированная

Неадгезированная

80 С l40-150 Адгезированная

ВНИИПО Заказ 2237/43. Тираж 823 По п; сно..!

Патент x,Ужгород, ул,Проектная, 4