Разрушение покрытий под действием внутренних напряжений

Накопление количественных данных по внутренним напряжениям и прочностным характеристикам полимерных покрытий в широком интервале температур позволило изучить условия их разрушения под действием внутренних напряжений в различных физических состояниях полимера с учетом масштабного и временного факторов. Разработаны новые или [c.5]

В некоторых покрытиях при изменении температуры происходит растрескивание, вызываемое внутренними напряжениями. К рассмотрению вопроса о разрушении полимерных покрытий под действием внутренних напряжений мы вернемся в гл. 3. [c.56]

Влияние перепадов температур. В металлополимерных изделиях, эксплуатирующихся в атмосферных условиях, исключающих попадание прямого солнечного света, например в закрытых узлах машин, под навесами и т. п., при длительном действии перепадов температур в атмосфере кислорода воздуха, происходят медленные необратимые изменения в полимерных материалах, связанные с реакциями окисления [14, 15]1 Быстрая смена температур существенно ускоряет процесс накопления внутренних напряжений, которые, как и в случае воздействия УФ-облучения, обусловливают накопление необратимых деформаций. Однако металлополимерные системы выдерживают значительное число (400—600) перепадов температур от 323 до 243 К- При этом происходит дополнительная кристаллизация материала. Образующиеся трещины свидетельствуют об усталостном характере разрушения под действием внутренних напряжений, наличие которых в металлополимерных системах также объясняется большой разницей термических коэффициентов линейного расширения полимера и металла. Внутренние напряжения возникают как в процессе формирования, так и при эксплуатации изделий. Например, в процессе формирования тонкослойных полимерных покрытий на металлах возникают внутренние напряжения растяжения, которые можно приближенно рассчитать по формуле [16] [c.248]

Эксплуатация пластмасс, имеющих металлические покрытия, вызывает особые затруднения при наличии механических усилий. Основной причиной является нарушение связи между покрытием и основным слоем из-за внутренних напряжений, возникающих при изменении температуры, вследствие значительного различия коэффициентов линейного расширения металлов и пластмасс. Вероятно, использование пластичного нижнего покрытия (такого, как медь) достаточной толщины позволит предотвратить его отслоение вследствие разной степени расширения и сжатия металлов и пластмасс. Зафиксированы случаи, когда детали из пластмасс с никелевым и хромовым покрытиями разрушались под действием нагрузок в местах углубления или выступов с острыми углами, в то время как подобные пластмассовые детали, не имевшие покрытий, удовлетворительно выдерживали нагрузки. Поломки возникают в местах концентрации напрян<енпй, вызывая разрушение хромового покрытия, после чего трещина распространяется на подслои металла и основной материал — пластмассу. В таких случаях приходилось производить замену деталей. [c.130]

Таким образом, данные, полученные при изучении процессов атмосферного старения и разрушения реальных покрытий при изменении температуры, полностью подтвердили положения об условиях их -разрушения под действием. внутренних напряжений. [c.135]

Из этой схемы напряженного состояния покрытия следует, что кратковременно действующие внутренние напряжения приведут к разрушению всех покрытий толщиной больше t , так как для них > а . Если внутренние напряжения будут действовать длительное [c.112]

Внутренние напряжения, возникшие в покрытиях при их отверждении, при изменении температуры или в процессе старения, сохраняются длительное время. Поэтому для выяснения условий разрушения покрытий под действием внутренних напряжений необходимо располагать не только значениями прочности при кратковременных испытаниях, но и временными зависимостями прочности и относительных удлинений при разрыве. В первой части этого раздела изложены данные по исследованию временной зависимости прочности и относительных удлинений при разрыве полимеров, а во второй — полимерных и лакокрасочных покрытий. [c.72]

Очевидно, что условие разрушения полимерных покрытий под действием внутренних. напряжений должно рассматриваться с учетом временной зависимости прочности покрытия, так как внутренние напряжения длительное время воздействуют на материал покрытия. [c.79]

Анализ закономерностей возникновения и изменения -внутренних напряжений, проведенный в гл. 1, и исследование прочностных свойств покрытий (см. гл. 2), позволяет рассмотреть условия, разрушения полимерных покрытий под действием внутренних напряжений [1, 2]. [c.110]

Естественно изучить совместное влияние масштабного и временного факторов на прочность полимерных покрытий при различных типах разрывов хрупком, вынужденно-эластическом и высокоэластическом. Пластический разрыв полимерного покрытия, под действием внутренних напряжений реализоваться не может, так как внутренние напряжения будут релак-сировать. Поэтому ограничимся рассмотрением первых трех типов разрушения. [c.106]

Развитые в данной главе представления о механизме разрушения полимерных и лакокрасочных покрытий под действием внутренних напряжений с учетом масштабного и временного факторов прочности являются теоретической основой рассмотрения механической стабильности и долговечности покрытий. [c.108]

Санжаровский А. Т. Механизм разрушения лакокрасочных покрытий под действием внутренних напряжений. Труды 3-го Международного конгресса по коррозии металлов. М., 1968, с. 118-125. [c.109]

РАЗРУШЕНИЕ ПОКРЫТИЙ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИИ [c.110]

Для случая хрупкого разрушения покрытий под действием внутренних напряжений условие (3.1) с учетом уравнения (2.18) будет иметь вид [c.112]

Следует заметить, что случаи разрушения эластических покрытий под действием внутренних напряжений не так уж редки. Наблюдались случаи разрушения покрытий лака ПЭ-29 и ПХВ в высокоэластическом состоянии. Эти лаки разрушались под действием внутренних напряжений, составляющих всего 10—15% их кратковременной прочности. [c.114]

Для проверки сформулированных положений, о разрушении полимерных покрытий под действием внутренних напряжений было проведено испытание покрытий при циклических тепловых воздействиях и в процессе старения в естественных атмосферных условиях. В первом случае внутренние напряжения изменялись сравнительно быстро. Таким образом имитировались условия кратковременного механического нагружения полимерных покрытий. Во втором случае (атмосферное старение) внутренние напряжения изменялись очень медленно и длительное время воздействовали на покрытие здесь наглядно проявилось влияние временного фактора на разрушение покрытий. [c.115]

Для проверки представлений о механизме самопроизвольного разрушения полимерных и лакокрасочных покрытий под действием внутренних напряжений были проведены широкие исследования изменения физико-механических свойств большого количества покрытий и внутренних напряжений в них в процессе атмосферного старения, вплоть до разрушения [II, 12]. [c.120]

В покрытиях, материал которых длительное время сохраняет эластичность, как, например, лаки 4 и 5, трещины начинают появляться, когда внутренние напряжения становятся равными длительной прочности материала покрытия. Последняя может составлять всего 10—15% от кратковременной прочности при заметных относительных удлинениях при разрыве. В этом случае характер трещин разрушения отличается от предыдущего. Появляются отдельные редкие, медленно прорастающие, раскрывающиеся трещины, т. е. под действием внутренних напряжений происходит типичное усталостное разрушение полимерного материала. [c.133]

Для определения условий разрушения полимерных покрытий под действием внутренних напряжений необходимо уметь определять прочность покрытий на реальных подложках. Прочностные свойства покрытий определяются в подавляющем большинстве случаев при испытаниях свободных пленок. Техническая трудность проведения исследований полимерных покрытий непосредственно на подложках делает весьма привлекательной замену их исследованиями свободных пленок, испытание которых не представляет трудности. Однако предварительно необходимо установить, насколько такая замена обоснована. [c.163]

Механизм образования дефектов в полимерных покрытиях, значительно ухудшающих их эксплуатационные свойства, не является достаточно изученным. Формирование дефектов при отверждении покрытий обычно связывается с разрушением пузырей, попаданием пыли, повышенной влажностью воздуха 145], неравномерным распределением отвердителя в олигомерной системе и неравномерным отверждением разных участков поверхности [146—149], перегруппировкой структурных элементов под действием внутренних напряжений. Наиболее опасны кратеры, так как они пронизывают покры-1ИЯ по всей толщине до подложки, резко ухудшая не только декоративные, но и защитные, физико-механические и другие свойства. [c.179]

В процессе эксплуатации такие пластификаторы легко удаляются из материала, что приводит к увеличению жесткости и самопроизвольному разрушению покрытий под действием внутренних напряжений. Для улучшения физико-механических свойств пленок целесообразно использование в качестве пластификаторов высокомолекулярных соединений, например бута-диен-акрилонитрильных латексов [155]. Покрытия из полихлоропреновых латексов характеризуются наряду с хорошими адгезионными свойствами сравнительно высокими внутренними напряжениями, вызывающими их самопроизвольное разрушение в процессе формирования. При получении покрытий из смесей водных дисперсий полихлоропреновых каучуков и бутадиен-акрилонитрильного латекса БНК-40 в оптимальных условиях совмещения значительно понижаются внутренние напряжения и улучшаются физико-механические показатели, что видно из приводимых ниже данных [c.127]

До недавнего времени многие исследователи считали, что протекание коррозионных пр>)цессов под лакокрасочными покрытиями в основном зависит от скорости диффузионного переноса влаги, кислорода и электролитов к металлической поверхности, и применением защитного покрытия с толщиной, рассчитываемой по закону Фика, можно предотвратить возникновение коррозионного процесса. Однако экспериментально было установлено, что защитное действие покрытия не находится в прямой зависимости от его толщины, поскольку с ее увеличением выше определенного предела защитные свойства покрытия, как правило, ухудшаются. Это объясняется возникновением в по срытии внутренних напряжений, обусловленных усадочными явлениями, вызываемыми испарением растворителя, и приводящих к отрыву покрытия от подложки и его разрушению. [c.7]

С понижением темпера уры ло — 50 С отмечена полная потеря подвижности не только олигомерных молекул олигомера, но и их звеньев и отдельных групп. При этой температуре возможно разрушение связей внутри и между надмолекулярными структурами под действием внутренних напряжений. Для покрытий, отвержденных при 80 °С, в этих условиях наблюдается неоднородная глобулярная структура с глобулами диаметром от 20 до 50 нм. Особенно значительна агрегация структурных элементов с понижением температуры у покрытий, сформированных при 20 °С. Перегруппировка структурных элементов в сетчатом полимере при температуре — 50 С сопровождается формированием в покрытиях цепочечных структур из агрегированных ассоциатов. По-видимому, это происходит под действием возникающих в системе значительных внутренних напряжений, локализующихся по границам раздела структурных элементов. [c.39]

В процессе теплового старения полимерных покрытий, сопровождающегося снижением эластичности и ростом модуля упругости полимера, происходит увеличение внутренних напряжений [82, 133, 134]. В итоге внутренние напряжения, достигнув критического значения, могут вызвать растрескивание покрытий или их самопроизвольное отслаивание [82, 133]. Внутренние напряжения действуют против сил молекулярного сцепления (когезии), а также против адгезионных сил. Поэтому их можно приравнять длительно действующей нагрузке [108, 135]. В этих условиях растрескивание полимера может быть вызвано напряжением, составляющим 15—50% мгновенного разрывного напряжения [136, 137] наличие внутренних напряжений — одна из основных причин разрушения полимерных покрытий [95, 101, [c.178]

Путем подбора покрытия и стали с такими коэффициентами термического расширения, при которых в слое покрытия возникают напряжения сжатия оптимальной величины, можно получать эмалевые и стеклянные покрытия внутренней поверхности аппаратов и труб с повышенной механической прочностью. Однако на изделиях сложной конфигурации (сочетание плоских, вогнутых и выпуклых поверхностей) эмалевые и стеклянные покрытия находятся под действием более сложных, чем простое сжатие, напряжений. В этом случае разрушение покрытия может произойти значительно раньше того момента, когда будут превышены предельные напряжения растяжения или сжатия. [c.12]

Структурные превращения в эпоксидных покрытиях представляют собой многостадийный процесс, характеризующийся изменением структуры и свойств покрытий под действием ультрафиолетового облучения. Начальная стадия этого процесса сопровождается некоторым уменьшением внутренних напряжений (рис. 1.13) и нарастанием теплофизических параметров (рис. 1.14) в результате разрушения эпоксидных групп, а также разрыва связей между атомами углерода в алифатических участках цепей, что сопровождается нарушением взаимодействия между отдельными структурными элементами и увеличением их подвижности. [c.31]

Экранирующее влияние пигментов при большей степени наполнения (около 20%) приводит к уменьшению скорости структурных превращений под действием ультрафиолетового облучения и к смещению максимума на кинетических кривых изменения теплофизических параметров в сторону больших значений продолжительности облучения. Теплофизические параметры в процессе ультрафиолетового облучения, как и при формировании покрытий, изменяются антибатно внутренним напряжениям. На начальной стадии облучения связи между отдельными глобулярными структурами разрушаются, что приводит к снижению внутренних напряжений и нарастанию теплофизических характеристик. При последующем облучении в результате образования новых структурных элементов анизодиаметричного типа, группирующихся в более сложные ленточные и сетчатые структуры, наблюдается резкое нарастание внутренних напряжений и уменьшение теплофизических характеристик. При последующем облучении вследствие разрушения ранее образованных структур и локального отслаивания происходит релаксация внутренних напряжений и увеличение теплофизических характеристик. Наиболее быстро разрушаются покрытия с неоднородной, дефектной структурой, обнаруживающей значительные внутренние напряжения, например покрытия, наполненные рутилом. [c.35]

Полиэфирные покрытия содержали 50% (масс.) рутила и формировались при 80 °С. Как видно из рисунка, максимальные внутренние напряжения обнаруживаются в присутствии немодифицированного рутила. При хранении покрытий в комнатных условиях в результате поглощения паров воды и нарушения адгезионного взаимодействия на границе полимер — наполнитель и полимер — подложка наблюдается релаксация внутренних напряжений. Значительное понижение внутренних напряжений обнаруживается при наполнении покрытий в тех же условиях рутилом, модифицированным кремнийорганическими соединениями, нарушающими специфическое взаимодействие на границе полимер — наполнитель. Этот эффект наблюдается уже при степени модифицирования 0,2%. Последующее увеличение содержания модификатора на поверхности частиц наполнителя не оказывает заметного влияния на величину и характер изменения внутренних напряжений в наполненных покрытиях. Образование в присутствии таких модификаторов физических связей на границе полимер — наполнитель способствует быстрому разрушению их под действием влаги, что сопровождается значительной релаксацией внутренних напряжений в наполненных покрытиях. Это приводит к тому, что при степени модифицирования 0,6—1% адгезия покрытий, наполненных рутилом, становится меньше адгезии ненаполненных покрытий. Иной характер изменения внутренних напряжений наблюдается в покрытиях в присутствии рутила, модифицированного кремнийорганическими модификаторами, содержащими винильный радикал. При малой [c.72]

Однако, вывод о полном восстановлении первоначальных значений прочностных свойств при прогреве кадмированной стали нельзя механически распространять на все случаи применения кадмиевого покрытия. То что отпуск после гальванопокрытий в ряде случаев не устраняет замедленного разрушения стали, как предполагают [51], может быть обусловлено двумя причинами либо при гальванической обработке в результате действия внутренних напряжений, образовавшихся после закалки или других причин (например, правки), в детали возникли небольшие трещины, залечить которые отпуск для разводороживания, естественно, не может либо таких трещин не образовалось, однако отпуск при 200—250° не достаточен для того, чтобы удалить водород из стали при наличии на ее поверхности гальванического покрытия и избежать замедленного разрушения детали под нагрузкой. [c.185]

Чтобы выбрать теорию прочности для рассмотрения условия разрушения полимерных и лакокрасочных покрытий под действием внутренних напряжений, необходимо проанализировать состояние материала и характер напряженного состояния покрытия. Как упоминалось в предыдущей главе, покрытия могут претерпевать хрупкий, высокоэластический и пластический разрыв, и с этой точки зрения их разрушение не может быть рассмотрено с позиций единой теории прочности. Однако задача упрощается, если обратиться к напряженному состоянию покрытий. Под действием внутренних напряжений в полимерном покрытии возникает равноосное плоское напряженное состояние. Нетрудно видеть, что для данного напряженного состояния жесткость нагружения g = О, т. е. нагружение покрытия является предельно жестким, а это значит, что при этих условиях в большинстве случаев дайе эластические покрытия будут разрушаться путем отрыва, т. е. хрупко. Высказанные соображения позволяют провести рассмотрение процесса разрушения покрытий под действием внутренних напряжений на основе первой теории прочности, принимая.за критерий разрушения максимальные нормальные внутренние напряжения. [c.111]

Несколько неожиданным на первый взгляд казалось появление трещин в покрытиях из лака ПЭ-29 при их нагревании до температуры 100°С после отверждения. В момент появления трещин кратковременная прочность покрытия была в 4—5 раз больше внутренних напряжений, а относительные, удлинения при разрыве, определенные на разлывной машине, составляли 8% (см. табл. 3.1). Разрушение покрытий из лака ПЭ-29 можно объяснить с помощью теорий длительной прочности полимерных покрытий, согласно которой существенное снижение относительных удлинений при разрыве полимера в высокоэластическом состоянии происходит с уменьшением разрушающих напряжений. Так как длительная прочность эластичных покрытий достигает всего 10—15% от кратковременной, то напряжения, составляющие 20— 257о от кратковременной прочности, сравнительно быстро вызывают появление- отдельных трещин в этих покрытиях при 100 °С. Относительные же удлинения при разрыве под действием внутренних напряжений, в 5 раз меньших кратковременной прочности, естественно, были значительно меньше тех, которые определялись ца разрывной машину. [c.119]

Выше было высказано. мнение, что разрушение полимерных покрытий под действием внутренних напряжений определяется не кратковременной, а длительной их прочностью. Было также показано, что разруш1ение покрытий наступает тогда, когда внутренние напряжения и длительная прочность соизмеримы. Поэтому представляло интерес определить для подвергнутых старению лакокрасочных пленок длительную прочность и сопоставить ее с внутренними напряжениями к моменту растрескивания. [c.132]

Для определения условий разрушения полимерных покрытий под действием внутренних напряжений необходимо знать, а следовательно, и уметь определять прочность покрытий также на реальных подложках. Однако прочностные свойства покрытий определяются в иодав-ляюш ем большинстве случаев на свободных пленках. [c.40]

Разрушение покрытий при их формировании и старении в процессе эксплуатации обычно связывают с действием внутренних напряжений. Экспериментальные исследования, направленные на изучение влияния внутренних напряжений на долговечность полимерных покрытий в реальных условиях их эскплуа-тации и при старении ускоренными методами, а также на установление взаимосвязи их со спецификой происходящих при этом структурных превращений, позволяют выяснить механизм процессов, протекающих при старении покрытий, и наметить пути повышения их долговечности за счет снижения внутренних напряжений. [c.14]

Структурирование покрытий под действием тепла, света и влаги, вероятно, обусловливает линейное нарастание энергии разрушения с увеличением внутренних напряжений (рис. 1.10), в то время как для полимерных пленок, структура которых неизменяется в процессе старения, наблюдается уменьшение энергии разрушения с увеличением внутренних напряжений в покрытиях. Структурирование покрытий в процессе эксплуатации характерно также при формировании их из других пленкообразующих, отверждающихся с образованием пространственно-сетчатой структуры, например покрытий на основе ненасыщенных полиэфиров и эпоксидных олигомеров. [c.25]

При выборе покрытия и метода его получения для узла изделия, подвергаемого деформации во время обработки и эксплуатации, необходимо принимать во внимание такие факторы, как внутреннее напряжение, пластичность и хрупкость металлических покрытий (и иногда сплавов). Электроосаждаемые покрытия хромом и никелем могут выдержать только незначительную деформацию, не образуя трещин и не отслаиваясь. Чрезмерное утолщение слоев сплава при погружении в расплавленный металл также приводит к хрупкости покрытия и разрушению под действием деформации. Твердость, пластичность и антифрикционные свойства металлических покрытий имеют важное значение при дальнейшей обработке. Мягкое покрытие (так же, как свинец и в меньшей степени алюминий) деформируется под действием нагрузки, что обусловливает эффективное уничтожение некоторых трещин, но вызывает локализованное утоньшение покрытия или даже коррозию основного слоя. Нанесение цинкового или алюминиевого покрытия на сталь обеспечивает ей антифрикционные свойства, поскольку указанные покрытия имеют высокие коэффициенты скольжения 0,45— 0,55 для цинка и 0,7 для алюминия. [c.128]

Как уже отмечалось в гл. 4, в этой монографии специально пе рассматривались вопросы долговечности полимерных материалов с внутренними напряжениями, которые особенно велики в полимерных покрытиях, где в результате незавершенности релаксационных процессов при сушке или отверждении возникают остаточные растягивающие напряжения. Эти процессы, а также прочность и долговечность полимерных покрытий рассмотрены в монографиях Зубова и Сухаревой [7.130] и Санжаровского [7.131] . Осталась вне поля зрения и проблема разрушения полимеров под действием термоупругих напряжений, возникающих в температурных переменных полях. Особенно большую роль эти напряжения играют при хрупком и квазихрупком разрушении, когда их релаксация замедлена. При циклических изменениях температур термоупругие напряжения могут являться основным фактором, определяющим долговечность полимеров (термоциклическая прочность). Эта важная для полимеров проблема рассмотрена Карташовым [7.132], теоретически исследовавшим термокинетику разрушения полимеров. [c.242]

При растяжении такого образца сначала снимается деформация сжатия подложки, поэтому лишь с деформации Д/о начинается растяжение подложки. Так как предел текучести материала подложки остается неизменным, то предел текучести такого образца возрастает на ДР, как показывает диаграмма 3 (см. рис. 4,23) после точки Лз участок А2В2 идет параллельно участку Л15) диаграммы 2. При разрушении покрытия сила, действующая на образец, релаксирует до предела текучести подложки Рщ, как и в предыдущем случае. Таким образом, внутренняя упругая сила от внутренних напряжений после разрушения покрытия суммируется с внешней, и поэтому прочность покрытия, рассчитанная по этой методике, получается [c.166]

Шигорин [43] условно разделяет время защитного действия покрытий на три фазы. К первой фазе относится период водонабухания покрытия и падения его омического сопротивления. Продолжительность данной фазы определяется скоростью диффузии коррозионной среды в материале покрытия. Вторая фаза — состояние равновесия, когда дальнейшее водонабухание и падение омического сопротивления прекращаются. Продолжительность второй фазы определяется степенью адгезии пленки к металлу, а также величиной внутренних напряжений на границе лежду подложкой и покрытием, кинетикой их роста и способностью к релаксации этих напряжений. Третья фаза представляет собой период интенсивной подпленочной коррозии, разрушения покрытия и дальнейшего падения его омического сопротивления. При этом покрытие в значительной степени теряет свои защитные свойства. Торможение дальнейшего процесса коррозии металла зависит лишь от скорости проникновения к его поверхности агрессивной среды, для [c.202]

Влияние испарения растворителей. Большинство лакокрасочных покрытий образуется из растворов пленкообразующих з орга нических растворителях при испарении растворителей, в результате окисления и полимеризации или прн одновременном протекании обоих процессов (с.м. гл. 2). По мере испарения растворител происходит усадка пленки, сопровождающаяся появлением в ней внутренних напряжений, снижающих, а в некоторых случаях ио. костью нарушающих адгезию. Однако обычно усадочные напря-жеиия появлятотся, когда пленка еще достаточно пластична и поэтому не вызывают ее разрушения. Адгезия лри низких те.мпера-турах по сравнению с высокими обычно sy e, так как пленка в процессе испарения растворителя менее текуча и возникающие в процессе сжати.я пленки иапря/кення действуют бо. сильно. [c.486]

Как было установлено, разрушение полимерных покрытий, сопровождающееся на конечной стадии отслаиванием и растрескиванием пленок, происходит под действием физико-химических процессов, протекающих в пленке под воздействием света, тепла, воды, кислорода воздуха и механических напряжений. Возникающие при формировании покрытий и их эксплуатации внутренние напряжения оказываются в ряде случаев соизмери- [c.8]