ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Экспериментальные методы исследования из "Методы определения механических и адгезионных свойств полимерных покрытий" Между покрытием и поверхностью покрываемого изделия (подложкой) возникает адгезия. Полимерное покрытие, нанесенное на жесткую подложку и имеющее к ней достаточную адгезию, не может свободно сокращаться при испарении растворителя и поэтому оказывается растянутым против равновесного состояния. В покрытии возникают внутренние напряжения. Таким образом, процесс возникновения внутренних напряжений в полимерных покрытиях является одним из важных факторов, определяющих механизм их формирования. [c.6] Первой попыткой исследования внутренних напряжений в полимерных покрытиях, вероятно, следует считать работу Меньяже (1930 г.) [15]. Сущность предложенного им метода заключается в следующем. На зеркально отполированную металлическую поверхность наносится полимерное покрытие. Степень напряженности покрытия оценивается величиной двулучепреломления отраженного поляризованного луча. Однако в таком виде этот метод не получил дальнейшего приложения для исследования внутренних напряжений в полимерных покрытиях. Позже он был применен для исследования распределения напряжений в нагруженных деталях машин с использованием жестких полимерных покрытий [16]. [c.6] В 1940—1943 гг. Кениг опубликовал несколько работ [17—21], посвященных исследованию формирования лаковых покрытий и возникновению в них внутренних напряжений. Он использовал оптический метод исследования напряжений в покрытии. Свет пропускался через покрытие, поэтому метод мог применяться при исследовании только прозрачных покрытий. Кениг пришел к выводу, что при отверждении покрытие испытывает усадку, которая и является источником внутренних напряжений.. [c.6] Указанным методом определялись внутренние напряжения в нитроцеллюлозных, мочевино-формальдегидных (МФ) и крезоло-формальдегидных (КФ) лаковых покрытиях. Изучалось влияние температуры отверждения, природы растворителя и молекулярного веса на внутренние напряжения, а также релаксация внутренних напряжений при хранении покрытий. [c.7] Интересные данные получены при исследовании влияния температуры отверждения на величину внутренних напряжений, возникающих в лаковых покрытиях. Из рис. 3 видно, что в крезоло-формальдегидно-бутиральном лаке (КФБ) в процессе отверждения при 180° С возникают напряжения 30 кГ/см , а в покрытиях из лака МФ 18 кГ/см . В процессе последующего охлаждения покрытий до 20° С напряжения возрастают до 180 и 160 кГ см соответственно. Из этих данных следует, что в покрытиях, отвержденных при высоких температурах, внутренние напряжения в значительной степени являются термическими, причина возникновения которых заключается в разности коэффициентов термического расширения покрытия и подложки. [c.8] По изгибу фольги исслёдбвалйсь внутренние найрййгё-ния в покрытиях различной толщины из лака КФБ различного молекулярного веса. Результаты приведены на рис. 4. С увеличением молекулярного веса лака радиус кривизны фольги уменьшается при нанесении покрытий одинаковой толщины, что обусловлено увеличением внутренних напряжений в покрытии. [c.9] Данные по внутренним напряжениям, полученные на приборе Поляни и по изгибу медной фольги, качественно сопоставимы, однако количественное сравнение сделать не представляется возможным, так как при нанесении полимерного покрытия на металлическую фольгу напряжения оцениваются условной величиной — радиусом кривизны. [c.9] В 1956 г. американские ученые разработали оригинальный метод исследования внутренних напряжений наложением давления на полимерную пленку, нанесенную на жесткое кольцо [25, 26]. Хотя этот метод и не получил распространения в практике, мы тем не менее остановимся на нем подробно, так как полученные результаты в этих работах будут необходимы при последующем анализе. Схема прибора приведена на рис. 5. [c.9] Уравнение (5) является рабочей формулой прибора для определения внутренних напряжений в полимерных пленках. [c.11] По изложенной методике была получена желатиновая пленка из 5%-ного водного раствора, сформированная при 20—22° С и 50%-ной относительной влажности. Исследования показали, что внутренние напряжения в пленке составили 282—325 кГ/см . Затем на поверхности пленки были сделаны риски, и расстояние между ними замерено отсчетным микроскопом с точностью 2,5 мкм. После снятия пленки расстояние между рисками было измерено вновь. По изменению расстояния определено относительное сокращение пленки. Зная относительное сокращение пленки и напряжения в ней, рассчитывали модули упругости. Затем из этой же пленки были вырезаны полоски и на машине определены их модули упругости, значения которых в пределах точности измерения по двум методам хорошо совпали и оказались равными 37.10 -49-10 кГ см . [c.12] В 1959 г. Шрейнером и Зубовым [30] предложен оптический метод исследования внутренних напряжений в полимерных покрытиях, наносимых на прозрачные изотропные оптически чувствительные подложки. Сущность метода заключается в следующем. [c.13] Сила Р вызывает в подложке напряжения Оп, порождающие оптическую анизотропию стекла подложки, и в нем возникает двулучепреломление, которое определяется оптическим методом. Имея тарировочный график, легко перейти от двулучепреломления к напряжениям в подложке. В работе [30] установлено, что Оц изменяются по сечению призмы в направлении, перпендикулярном покрытию, как показано на рис. 9. [c.13] Авторы приняли максимальные значения напряжений в подложке у нленки Оц за меру напряженности полимерного покрытия и исследовали изменение Оо от различных факторов при отверждении различных покрытий. [c.13] Совершенно очевидно, что 0(,= /(Р). Так как Р =0в , то, следовательно, и (У =f o tlb). Таким образом, с изменением толщины покрытия будет изменяться Оц даже при постоянном значении а в- Связь между напряжениями в подложке и внутренними напряжениями в покрытии однозначна только при постоянной толщине покрытия. [c.13] Для количественного определения внутренних напряжений в полимерных покрытиях необходимо установить аналитическую зависимость между внутренними напряжениями в покрытии, напряжениями в подложке и толщиной покрытия. Тогда представится возможным по экспериментально найденным величинам напряжений в подложке при известной толщине покрытия рассчитать внутренние напряжения в покрытиях. К расчетам мы вернемся ниже. [c.14] В работах [30, 31] установлено, что между толщиной жестких покрытий и напряжениями в подложке имеется линейная зависимость исследована также кинетика нарастания внутренних напряжений в желатиновых покрытиях в процессе формирования и показано, что рост напряжений начинается только в конце процесса отверждения покрытий. В дальнейшем оптический метод был усовершенствован [32]. [c.14] Обзор методов определения внутренних напряжений в полимерных покрытиях позволяет сделать заключение, что для исследования внутренних напряжений в полимерных покрытиях использовались оптические и механические методы. [c.14] Оптические методы. Некоторые авторы пытались изучать внутренние напряжения в покрытиях методом фотоупругости, пропуская свет через само покрытие. В ряде работ указывается, что недостатком данного метода является то, что он не может использоваться для исследования непрозрачных покрытий. Метод фотоупругости не может использоваться для количественного определения внутренних напряжений, возникающих в полимерах, если в данном примере наблюдались пластические и высокоэластические деформации. [c.14] Применение оптического метода с пропусканием света через покрытие вполне оправдано для исследования распределения напряжений в деталях машин, потому что там используются совершенно жесткие хрупкие полимерные покрытия, которые при деформации подчиняются закону Гука вплоть до разрушения [16]. [c.15] Оптический метод определения внутренних напряжений в покрытиях, лишенный этих недостатков, предложен в работе [30]. Луч пропускается через подложку из стекла, которое является хорошим оптически чувствительным материалом, имеющим прямолинейную зависимость между напряжением и двулучепреломлением в широком интервале напряжений. [c.15] Вернуться к основной статье