Внутренние термические напряжения в покрытиях

В отвержденных покрытиях при изменении температуры возникают внутренние термические напряжения ВТ, которые являются следствием различия в значениях термических коэффициентов линейного расширения подложки и покрытия. [c.7]

В первой части главы рассмотрен механизм возникновения внутренних усадочных напряжений в покрытиях, получаемых из растворов полимеров и олигомеров, а во второй — изложены закономерности возникновения и изменения внутренних термических напряжений в отвержденных покрытиях. [c.7]

Внутренние термические напряжения исследовали в покрытиях из термопластичных (перхлорвиниловая смола, полиэтилен, нитрат целлюлозы) ц термореактивных (эпоксидная, полиэфирная и полиуретановая смолы) полимеров [16—22]. Исследования внутренних напряжений проводили консольным методом на металлических подложках. [c.48]

Рис. 1.35. Зависимость внутренних термических напряжений Яв, г от температуры окружающей среды Т е в покрытиях из нитрата целлюлозы 0), перхлорвиниловой смолы (2, 3), эпоксидной смолы ЭД-20 (4) и полиэфирного лака ПЭ-29 (5) е — расчетная кривая.

Если охлаждение или нагрев покрытия производятся очень медленно, т. е. Ат—>-сю, то в покрытиях из линейных полимеров ( 1 — аг)АГ ез, а поэтому Овт = О, как это следует из уравнения (1.11). В покрытиях из трехмерных полимеров внутренние термические напряжения в этом случае определяются уравнением [c.50]

Уравнение (1.14) определяет изменение предельных внутренних термических напряжений. Поскольку нагрев покрытий всегда идет с конечной скоростью, то действительные внутренние напряжения будут почти всегда меньше предельных, кроме застеклован-ных полимеров, в которых релаксационные процессы практически не развиваются, [c.50]

В полимерных покрытиях, нанесенных на металлические подложки, следует ожидать значительного роста внутренних термических напряжений в области [c.54]

Рис. 1.38. Зависимость внутренних термических напряжений сГв.т в полиэфирных (1) и перхлорвиниловых (2) покрытиях от температуры окружающей среды Т е-

Рис. 1.39. Зависимость-Внутренних термических напряжений сГв, т в покрытиях из линейных полимеров от температуры окружающей среды Т е

Рис. 1.40. Зависимость внутренних термических напряжений <Тв, т в покрытиях из термореактивных полимеров от температуры окружающей среды Тс-

Таким образом, в покрытиях из жестких термопластичных полимеров при изменении температуры внутренние термические напряжения изменяются обратимо. [c.56]

Внутренние напряжения в покрытиях, формирующихся при повышенных температурах. Если покрытие формируется при высокой температуре, а затем охлаждается до комнатной, то возникающие в нем внутренние напряжения будут складываться из напряжений усадки вследствие испарения растворителя при реакций полимеризации и внутренних термических напряжений, возникающих при охлаждении покрытия. [c.56]

В Процессе отверждения эпоксидных покрытий при 110°С возникают внутренние термические напряжения, равные 0,8—1,0 МПа, которые возрастают при охлаждении до 7—8 МПа. В покрытиях из лака ПЭ-29 при отверждении возникают внутренние напряжения, равные 0,3 МПа, а при последующем охлаждении они увеличиваются до 2 МПа. [c.57]

Несмотря на большую глубину полимеризации и усадку в процессе отверждения покрытий при высоких температурах, в них возникают внутренние термические напряжения малой величины. [c.58]

При охлаждении отвержденных покрытий они переходят в стеклообразное состояние. Эго приводит к резкому росту мгновенного модуля упругости полимера и торможению релаксационных процессов, что обусловливает существенный рост внутренних термических напряжений. [c.58]

Для исследования внутренних термических напряжений в, покрытиях образцы, приведенные на рис. 4.17, а, использоваться не могут, так как внутренние напряжения, возникшие в самих образцах, вызывают изменение зазора к. В этом случае применяют образцы другой конструкции (рис. 4.17,6). К базовой [c.159]

Рис. 4.18. Схема прибора для определения внутренних термических напряжений в полимерных покрытиях

Рис. 19. Прибор для исследования внутренних термических напряжений в полимерных покрытиях при низких температурах

Изменение внутренних термических напряжений в полимерных покрытиях при изменении температуры на величину АТ за время Ат по аналогии с (29) запишется уравнением [c.34]

В табл. 1 приведены экспериментально определенные зависимости от температуры модуля упругости Ех, коэффициента теплового расширения а , экспериментальных внутренних термических напряжений Ов, и внутренних напряжений ай, т, рассчитанных по 1 и а1 с помощью уравнения (36). Коэффициент Пуассона на основе работы [36] нами принят равным 0,35. Из данных таблицы следует, что совпадение величин внутренних напряжений, полученных расчетом и прямым экспериментом, вполне удовлетворительное. В наполненных покрытиях внутренние напряжения оказались несколько больше, чем в нена-полненных. [c.36]

Интенсивность снижения х меньше интенсивности роста Ех- Произведение ах х растет, и внутренние термические напряжения в покрытии при его наполнении возрастают. Этот случай реализован в работе [43, 44] при наполнении эпоксидных смол. [c.37]

В силу ряда причин на действующих трубопроводах наблюдается изменение температуры транспортируемого продукта, что приводит к появлению в покрытии внутренних напряжений. Появление их связано с тем, что коэффициенты термического расширения покрытия и трубной стали имеют различные значения, а также с наличием адгезионной связи с поверхностью трубы. [c.99]

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]

Наряду с химической стойкостью полимерного материала и отсутствием пористости покрытия высокая адгезия полимеров к металлической поверхности способствует предохранению металлических деталей от коррозии. Основными причинами снижения адгезии покрытий являются внутренние напряжений в пленке и подложке вследствие усадки и возникающих в связи с этим касательных напряжений, величина которых увеличивается с повышением толщины покрытия термические напряжения, возни- [c.150]

Влияние коэффициента термического расширения полимера. В процессе отверждения полимерных покрытий в связи с большой разницей коэффициентов термического расширения покрытия и металла могут возникать внутренние напряжения, снижающие срок службы покрытия. Эти напряжения, достигая критического "значения, вызывают разрушение покрытия. [c.178]

Наполнители- оказывают влияние на внутренние напряжения покрытий. Это влияние носит сложный характер. С одной стороны, наполнители снижают внутренние напряжения за счет уменьшения коэффициента термического расширения материала плёнки, с другой — увеличивают их, поскольку тормозят релаксационные процессы (модуль упругости возрастает) и повышают температуру стеклования. Результирующая этих процессов в случае аморфных полимеров обычно оказывается положительной величиной, в случае кристаллических — отрицательной [100, 123]. [c.60]

Данные о кинетике нарастания внутренних напряжений сопоставляли с кинетикой сушки покрытий. Из анализа кривых кинетики сушки покрытий при 80 °С следует, что процесс сушки заканчивается практически через 15—30 мин прогрева в зависимости от концентрации ПАВ, при этом небольшое количество ОС-20 (до 1%) способствует ускорению процесса сушки, а при концентрации, равной 5%, процесс замедляется. Кривые сушки покрытий при 20 °С свидетельствуют о том, что в этих условиях формирования сушка заканчивается через 1,5—2 ч (в зависимости от концентрации ПАВ). Повышение концентрации ОС-20 до 5% также приводит к замедлению процесса сушки. Из сопоставления кинетики сушки и изменения внутренних напряжений следует, что внутренние напряжения при формировании покрытий нарастают до предельного значения после достижения системой равновесного влагосодержания. При термическом отверждении покрытий скорость нарастания внутренних напряжений значительно отстает от скорости удаления влаги. При формировании покрытий при 20 °С максимальная величина внутренних напряжений соответствует равновесному значению влагосодержания. Значительное влияние на величину внутренних напряжений оказывают не только условия формирования, но и концентрация ПАВ, вводимого дополнительно при диспергировании полимера на вальцах. На рис. 3.10 приведена зависимость предельного значения внутренних напряжений и других физико-механических показателей от концентрации ПАВ, полученная для покрытий, сформированных в различных условиях.. Из рисунка видно, что зависимость внутренних напряжений от концентрации ОС-20 немонотонна и для покрытий, сформированных в различных условиях, отмечен максимум при 3%-ном содержании ПАВ. Данные о концентрационной зависимости внутренних напряжений сопоставляли с концентрационной зависимостью прочностных и деформационных характеристик. Концентрационная зависимость внутренних напряжений антибатно коррелирует с изменением прочности. При небольших концентрациях ОС-20 (до 1%) прочность изменяется незначительно, а в условиях отверждения, при 20 и 140 °С она возра- [c.89]

Внутренние остаточные напряжения. Формирующиеся в покрытиях как в процессе осаждения, так и во время последующей термической обработки внутренние остаточные напряжения оказывают большое влияние на эксплуатационные характеристики самих покрытий и материала основы. Величину и характер напряжений можно косвенно определить методом гибкого катода (по направлению изгиба и величине стрелы прогиба изолированных с од- [c.82]

НОЙ стороны тонких металлических пластинок, на другую сторону которых наносится покрытие). Исследования показали, что пластинки с покрытием уже в процессе никелирования получали прогиб, соответствующий воздействию растягивающих внутренних остаточных напряжений. Причем в случае никелирования образцов с 10% Р прогиб не обнаруживается почти до толщины покрытия 20 мкм, тогда как у покрытий с 5% Р стрела прогиба прн толщине покрытия 10 мкм составляет 1,5 мм. С увеличением толщины покрытия с 5% Р в 4 раза, т. е. до 40 мкм, стрела прогиба возрастает с 1,5 до 10 мм, т. е. почти в 7 раз, тогда как при такой же толщине покрытия с 10% Р стрела прогиба равна 3,2 мм, т. е. в 3,5 раза меньше. Термическая обработка приводит к изменению величины внутренних напряжений в покрытиях. После 3 ч нагрева при 400° С покрытий с 5% Р стрела прогиба уменьшается в 2—3 раза, тогда как у покрытий с 10% Р она снижается [c.82]

Внутренние остаточные напряжения. Полученные методом гибкого катода данные показали, что в Со—Р покрытиях толщиной 20 мкм, как в термически необработанных, так и в обработанных в течение 1 ч при 300 и 400° С, внутренние остаточные напряжения не обнаруживаются. При толщине покрытия 30 мкм в нем возни-никают сжимающие напряжения, которые после часового нагрева при 300 и 400° С исчезают. [c.141]

Теория разрушения хрупких покрытий была использована при анализе морозостойкости локрытий из грунтовки АК-070 [6]. В области отрицательных температур при увеличении толщины с 25 до 150 мкм разрушающие напряжения при растяжении покрытий снижаются со 100—120 до 35 МПа в соответствии с уравнением (2.1). Внутренние термические напряжения от толщины покрытий не зависят и при температуре —80 °С составляют 38—40 МПа. Покрытия толщиной более 50 мкм самопроизвольно разрушаются, поскольку для этих покрытий внутренние напряжения соизмеримы с разрушающими напряжениями при растяжении. Покрытия толщиной 25— 30 мкм устойчивы к растрескиванию даже при —100 °С, так как внутренние напряжения в таких покрытиях в 2 раза меньше разрушающих напряжений при растяжении. [c.113]

Из уравнения (36) видно, что влияние наполнителей на внутренние термические напряжения в покрытиях определяется изменением модуля упругости коэффициента Пуассона (х и коэффициента тенлового расширения ах-Рост Ех и снижение [х обусловливают увеличение, а уменьшение ах — снижение термических внутренних напряжений. Так как при введении наполнителей коэффициент Пуассона может изменяться на 15—20%, а модуль упругости и коэффициент теплового расширения — в несколько раз, то очевидно, что изменение внутренних напряжений в покрытиях при их наполнении определится интенсивностью изменения Ел и ал. Понятно, что при этом определяются три случая влияния наполнителей на изменение внутренних термических напряжений. [c.37]

Адгезия двух тел определяется близостью их по. мрностей, то есть интенсивностью молекулярных взаимодействий в этих телах и их совместимостью, то есть взаимной растворимостью, а также способностью к взаимному диффузионному проникновению частиц. При образовании полимерных покрытий вследствие усадки в плёнке возникают касательные напряжения, возрастающие с повышением толщины-нокрытия. Причиной нарушения адгезии часто являются не только эти внутренние напряжения, но и термические напряжения вследствие разности коэффициентов теплового расширения плёнки и подложки. Если плёнкообриующее вещество или клей в текучем состоянии яроникает в гл> бокие неровности поверхности или поры подложки, то после отверждения [c.54]

Температурные перепады создают в покрытии сложное напряженное состояние за счет возможных продольных и поперечных перемещений трубопроводов, а также вследствие возникновения в покрытии внутренних термоупругих напряжений. Последние возникают из-за разности козффи циента термического расишрения покрытия н трубной стали. Для их опре деления необходимо знать термическое расширение материала покрытия Обработка имеющихся экспериментальных данных показала, что от носительное удлинение пленки е на основе поливинилхлорида в про дольном и поперечном направлениях в интервале температур от 273 до 363 К в зависимости от температуры Т выражается двучленом второй степени [c.94]

Поскольку возникновение термических напряжений обусловлено релаксационными процессами, их значение зависит от скорости нагревания и охлаждения. Например, при быстром охлаждении поливинилхлорида внутренние напряжения оказываются в 2 раза выше, чем при медленном [82]. Термические напряжения в слоях и пленках полимеров могут быть уменьшены [83, 84] и даже сняты при термообработке вследствие релаксации, а собственные напряжения практически не релаксируют. Если в процессе повторного нагревания не происходит доотверждение или пластическая деформация пленки покрытия, форма зависимости внутренних напряжений от температуры сохраняется постоянной (рис. IV.18). Значение термических напряжений [81 85 86 87, с. 213, 389 88 89, с. 40] независимо от типа соединяемых материалов пронорциональпо разности ТКЛР (Аа), модулю упругости [c.173]

Простота и плавность очертаний аппаратов, подлежащих эмалированию, отсутствие острых краев, углов и впадин очень важны для получения покрытия хорошего качества. При недостаточном скруглении эмаль стечет с углов или растрескается. Все части аппаратов перед эмалированием тщательно подготавливаются швы зашлифовываются, острые углы и выступы закругляются. Чем больше радиус закруглений, тем лучше получится и покрытие. Следовательно, аппараты долзкны конструироваться так, чтобы все их внутренние поверхности были округлых очертаний и легко доступны для обработки слесарным инструментом и наждачным кругом, а также для осмотра полученного покрытия. Местные впадины в аппаратах, предназначенных для эмалирования, весьма нежелательны. В них скапливается эмаль, которая после охлаждения изделия может из-за термических напряжений растрескаться. Очень неблагоприятны для эмалирования большие детали, ограниченные плоскими листами. Они при обжиге склонны к короблению, на них могут образоваться вмятины, где также может скапливаться эмаль и потом отскочить при остывании. Плоскости приходится укреплять ребрами. Лучше же всего плоскости вовсе не делать, заменяя их по возможности плавно изогнутыми поверхностями. [c.124]

Теория возникновения внутренних напряжений рассмотрена здесь на примере покрытий, отверждающихся в результате испарения растворителя, однако полученные уравнения и закономерности справедливы для любых способов отверждения покрытий. Установленные теоретические положения использовались для анализа внутренних усадочных и термических напряжений в покрытиях из термопластичных и термореактивных полимеров. [c.23]

Различают следующие способы последующей термической обработки кипячение в воде или в масле, погружение в расплав (солевую или свинцовую ванну), нагревание во вращающихся воздушных печах или же дегазация в глубоком вакууме. При механической обработке гальванически обработанных деталей нужно считаться с тем, что на очень высокие при определенных обстоятельствах собственные напряжения покрытия или на реактивные напряжения в оановном металле иногда накладываются еще напряжения от механической обработки. При твердых покрытиях во время шлифования под размер и полирования к этому добавляются высокие местные нагревы. Для избежания шлифовочных трещин обработку следует вести очень осторожно. При динамической нагрузке шлифовочные и мелкие трещины в покрытии, возникающие от внутренних напряжений, как правило, проявляют себя отрицательно. [c.159]

Особенностью жестких полимерных материалов (пластики, лакокрасочные покрытия), в первую очередь кристаллических, является легкость образования в них внутренних напряжений при формовании, шприцевании, отверждении. Внутренние напряжения являются результатом разницы в коэффициентах линейного расширения мета-ч-лической оснастки или наполнителей и полимера, разной скорости охлаждения отдельных частей изделия, отличающихся толщиной (термические напряжения), а также, если полимер ориентирован, например, в результате экструзии, разницей в величине усадки в продольном и поперечном направлениях (напряжения ориентации) [c.88]

Внутренние напряжения, возникающие при формировании полимерных покрытий и клеевых слоев, обычно рассматриваются как механическая характеристика и рассчитываются как произведение модуля упругости полимера на величину усадки или на разность коэффициентов линейного расширения при термическом отверждении (1—3]. Под усадкой полимера подразумевается уменьшение линейных или объемных размеро1В образцов в результате удаления растворителя или дисперсионной среды или протекания процесса полимеризации. При определении внутренних напряжений в процессе термического отверждения покрытий учитывается разность коэффициентов линейного расширения полимера и подложки в случае применения подложек, поглощающих жидкую фазу, разность усадки покрытия и подложки. [c.46]

Видно, что наибольшие внутренние напряжения возникают в покрытиях из полимеров, находящихся при температуре эксплуатации в стеклообразном состоянии, и особенно в покрытиях с пространственно-сетчатой структурой полимеров. Сравнительные данные для покрытий из олигомеров, образующих при термическом отверждении пространственно-сетчатую структуру, свидетельствуют о том, что наибольшие внутренние напряжения возникают при формировании покрытий из эпоксидных смол по сравнению, например, с полиэфирными олигомерами. Резкое нарастание внутренних напряжений при формировапии эпоксидных покрытий нельзя объяснить различиями в усадке или разности коэффициентов линейного расширения иленки и подложки. Коэффициент линейного расширения эпоксидных покрытий разного химического состава, как видно из табл. 2.1, изменяется в пределах от (45— б5)10 1/°С, а усадка не превышает 2%. Для покрытий на основе ненасыщенных полиэфиров в зависимости от их химического состава коэффициент линейного расширения больше (70—200) 10" , 1/°С, а усадка при отверждении составляет 10—12%. Коэффициент линейного расширения покрытий из эластомеров, например бутадиена и его производных, значительно больше и изменяется в пределах (130—216) 10- 1/°С. Внутренние напряжения, возникающие при термическом отверждении покрытий на основе эластомеров, мало отличаются от напряжений, возникающих в условиях формирования их при 20 °С. Все это свидетельствует о том, что решающую роль в определении величины внутренних напряжений играет специфика структурных превращений при формировании полимерных покрытий, определяющая скорость протекания релаксационных процессов. Характер структурообразования в самом общем виде прежде всего определяется строением молекул пленкообразующих и их конформаций, спецификой образуемых [c.55]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология