Структура и технология нанокомпозиционных покрытий автомобильных агрегатов

Предотвращают потеки и наплывы, улучшают процесс  окраски.

• Смачиватели

Улучшают  гомогенизацию прочих составных  частей

• Диспергаторы

Уменьшают образование комков и сгустков в  краске.

• Антиседиментаторы

Предотвращают выпадение пигмента в осадок.

• Эмульгаторы

Улучшают  процесс смешивания составных частей краски.

 

Сиккативами называют соединения металлов (в основном свинца, марганца, кобальта, кальция, железа) с органическими кислотами. Сиккативы применяют для ускорения высыхания лакокрасочных материалов, т.е. для сокращения продолжительности пленкообразования. В зависимости от типа сиккатива процесс пленкообразования начинается либо с формирования поверхностной пленки (кобальтовые сиккативы), либо у подложки, а затем распространяется по всей толщине пленки (марганцевые и свинцовые сиккативы). Введение сиккатива в избытке может привести к преждевременному старению покрытий.

 

 

Технология и режимы приготовления лакокрасочных композиций

 

В качестве примера рассматривается технология приготовления и нанесения композиции, на основе эмали ЭП-1267.

Перед применением  основа тщательно перемешивается до однородного состояния. Для приготовления композиции отвердитель смешивается с основой и тщательно перемешивается не менее, чем в течении 10 минут. При необходимости после введения отвердителя эмаль разбавляют растворителями Р-5, Р-5А, Р-4 или толуолом в количестве не более 50% по массе в зависимости от способа нанесения. Подготовленную эмаль наносят на поверхность защищаемого металла кистью, валиком или пневмораспылителем при температуре окружающего воздуха от 5°C до 30°C.

Эмаль наносят  в несколько слоев, с межслойной сушкой 10-15 минут, при температуре 20±2°C. Рекомендуемое количество слоев: 2-3.

 После смешения компонентов эмаль необходимо использовать в течение  72 часов при условии хранения эмали при температуре не выше 200С. Хранение полуфабриката эмали  и отвердителя №1 необходимо осуществлять  при температуре не ниже  50°С в плотно закрытой таре в помещении, исключающим попадание на нее прямых солнечных лучей и влаги.       

 

 

 

Глава 4. Методическая часть

 

Объект исследования и  материалы

В данной курсовой работе, за прототип    выбран ЛКМ на эмаль основе эмали ЭП-1267 (ТУ 2312-122-00209711-02) российского производства, которая представляет собой двухкомпонентную систему, состоящую из полуфабриката эмали  и отвердителя. Полуфабрикат эмали  - суспензия антикоррозионных пигментов, инертных наполнителей, антикоррозионных добавок (хроматы стронция и хрома, фосфаты  хрома и цинка), тиксотропирующих добавок в перхлорвинилово-эпоксидном  связующем. В качестве отвердителя применяются - №1или полиэтиленполиамин(ПЭПА) или триэтилентетрамин (ТЭТА) ( на 100 г  эмали – 1 г отвердителя №1 или 1,3 г  ПЭПА или ТЭТА).

В ходе испытаний, в эмаль вводились такие добавки, как кремень и трепел в разных процентных соотношениях по массе и определялось  их влияние на свойства  покрытия.

Трепел - природный минерал, (Трепел (нем. Tripel, от названия города Tripoli), тонкопористая опаловая осадочная горная порода, состоящая в основном из аморфного кремнезёма.[17]

Сложен преимущественно мелкими  сферическими опаловыми, иногда халцедоновыми тельцами (глобулами) размером 0,01—0,02 мм. Обычно в небольшом количестве содержит глинистое вещество, зёрна глауконита, кварца, полевых шпатов. Цвет от белого и сероватого до бурого, красного и чёрного. Плотность трепела 2000—3000 кг/м³; пористость 60,2—64%; твёрдость 1—3. Содержание SiO₂ в трепелах составляет 60-75 %, обычно трепелы содержат также 3-10 % Al₂O₃, примеси карбонатов и 6-8 % химически связанной воды. [18].

Кремень - это тонкозернистые скрытокристаллические концентрации кремнезёма сложного состава, характерные для осадочных, преимущественно известковых пород и состоящие из микроскопических зерен кварца, халцедона, кристобалита и тп. Обычно содержат примеси гётита, гематита, пирита, придающие им всевозможные расцветки. Широко распространён в природе в виде линз и пластов, залегающих согласно среди известняков и меловых отложений либо секущих напластований. [18]

Определение условной вязкости

Для оценки вязкости применяется вискозиметор  ВЗ-246, с диаметром сопла 4мм. Замеряется время непрерывного истечения в секундах определенного объема материала через сопло. Измерения проводятся не менее трех раз, по  результатам которых находят среднее значение вязкости композиции.

Определение прочности на удар

Для определения прочности и  стойкости покрытия к ударным  нагрузкам, используется прибор У-1 с техническими характеристиками: масса груза , диаметр шарика бойка 8 мм, внутренний диаметр наковальни . Суть метода определения прочности покрытия при ударе заключается в  том, что груз падает с высоты 50 см на боек, который передает удар на пластину, лежащую на наковальне. Если при падении груз не вызывает видимых механических повреждений на поверхности пластинки, то покрытие считается выдержавшим испытание. Если это условие не выполняется, то изменяется высота груза до тех пор, пока покрытие не перестанет разрушаться от действия удара.

Определение адгезии (метод  решетчатых надрезов - ГОСТ 15140-70)

Согласно методике, описанной в ГОСТе, адгезию определяется не менее чем на трех участках поверхности испытуемого образца. На испытуемом участке поверхности образца делается не менее шести параллельных надрезов бритвенным лезвием или канцелярским ножом по линейке на расстоянии 1 мм друг от друга и столько же аналогичных надрезов, перпендикулярных первым. В результате на покрытии  образуется решетка из квадратов одинакового размера.

Поверхность покрытия,  после нанесения  надрезов очищается кистью от отслоившихся кусочков и оценивается степень адгезии по четырех бальной системе:

1 балл – края  надрезов должны  быть гладкими и не должно  быть отслоившихся кусочков покрытия.

2 балл –  незначительное отслаивание  покрытия в виде точек вдоль  линии надрезов или в местах  из пересечения (до 5 % поверхности  с каждой решетки)

3 балл – отслаивание покрытия  вдоль линии надрезов или полос  (до 35% поверхности с каждой решетки)

4 балл – полное или частичное  отслаивание покрытия полосами  или квадратами вдоль линии  надрезов (более 35% поверхности с  каждой решетки).

 

Определение коррозионной стойкости

 

Оценка покрытий на коррозионную стойкость определяется согласна ГОСТ 9.402 – 2004 « Единая система защиты от коррозии и старения».[19] Проверка проводится в нейтральном соляном тумане. Для этого используется  камера тепла и соляного тумана, с автоматическим поддерживанием температуры режима. Приготавливается соляной раствор, в соотношении: на 1 л дистиллированной воды, добавляется 10 гр соли. Все это тщательно перемешивается и заливается в стеклянный сосуд. Над раствором подвешиваются окрашенные образцы. Сосуд помещается в предварительно нагретую до камеру.  Испытания проводятся при постоянной температуре. Продолжительность испытания устанавливается в программе испытаний в соответствии с требованиями, предъявленными к образцам. Рекомендуемая продолжительность испытаний 2, 6, 24, 48, 96 240 часов и т.д.

 

Определение степени перетира

Степень перетира краски определяется по градуированной шкале. Определение  производят по стандартной шкале  при определённых условиях испытания. Измеряется глубина канавки шкалы, на которой отдельные твёрдые  частицы краски легко различимы.

Определение укрывистости (кроющей способности)

Укрывистость красок светлых тонов можно определить простым методом с точностью ± 10 %. Пленки различной толщины наносят на отпечатанную и покрытую лаком диаграмму так, чтобы получился ряд чередующихся черных и белых областей. После сушки поверхность освещают (1000-4000 люкс) и проверяют визуально. Толщина слоя (в мкм), при которой контраст между черной и белой областями уже не заметен, представляет собой величину укрывистости. Укрывистость  измеряется рефлектометром.

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 5. Экспериментальная часть

 

По результатам изученного патентного и литературного обзоров, а также методической части, в качестве наполнителей  эмали ЭП-1267, были выбраны  минеральные  добавки:  кремень и трепел,  в разных процентных соотношениях массы.   Было определено их влияние  на свойства  покрытия по следующим исследованиям:

1. Определение условной вязкости композиции на основе ЭП-1267.

На основании  метода, описанного в методической части курсовой работы, были получены результаты, которые занесены в таблицу 1, а также построены графики зависимости процентных соотношений наполнителя от времени истечения композиции.

                                                                                                 Таблица 1

Эмаль ЭП-1267		Условная вязкость, сек
Исход композиция		91
Кремень, в %	0.5	90
	1	89.6
	1.5	88.7
	2	88
	2.5	87
	3	88
Трепел, в %	0.5	87
	1	88
	1.5	89
	2	90
	2.5	91
	3	92

 

 

 

Вывод: Как  видно из графика, с дабавлением кремния от 0,5 до 3%,   наблюдается уменьшение вязкости композиции, а при введении трепела --увеличение. Это обусловлено внутренней структурой  наполнителей.

2. Определение прочности и стойкости покрытия к ударным нагрузкам

Используя прибор У1 для определения прочности пленки при ударе, описанный в методической части, была определена стойкость данных композиций к разрушению от ударных нагрузок. Прошедшими испытание считаются те образцы , на которых после  действия ударной нагрузки не произошло коробление или отслаивание защитного покрытия.

 В ходе испытаний, образцы  как с исходной композицией,  так и с различными процентными  соотношениями наполнителей, выдержали  ударную нагрузку  с высоты 50 см, что наглядно представленна на рисунке 3. 

                      

     Кремень 2%                                          Трепел 2%

Рис.3. Вид  покрытий после испытаний на прочность к ударным нагрузкам

 

3. Определение адгезии (метод решетчатых надрезов)

 

Проверяем на адгезию покрытия с разной толщиной. Данные приведены в таблицах.

                             

 

 

                                                                                                             Таблица 2

Состав композиции		Ср. толщина покрытия мкм. сторона А	Ср. толщина покрытия мкм. сторона Б	балл адгезии сторона А	балл адгезии сторона Б
Исходная эмаль ЭП-1267		16-18	26-28	2	1
+0,5	% кремень	18-19	27-29	2	1
+1		16-18	20-22	2	1
+1,5		15-18	24	2	1
+2		14-17	21-24	2	2
+2,5		17-20	18-20	3	2
+3		15-17	22-24	2	2

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 3

Состав композиции		Ср. толщина покрытия мкм. сторона А	Ср. толщина покрытия мкм. сторона Б	балл адгезии сторона А	балл адгезии сторона Б
Исходная эмаль		16-18	26-28	1	1
+0,5	% трепел	23-26	28-30	1	1
+1		24-27	30-34	1	1
+1,5		24-26	32-35	1	1
+2		29-33	36-41	1	1
+2,5		19-23	41-48	1	1
+3		28-34	37-40	1	1