автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.09, диссертация на тему:Исследование дефектности и ресурса качества алкидно-меламиновых покрытий, применяемых в машиностроении

Научно-производственное акционерное общество НПАО «СПЕКТР ЛК»

На правах рукописи УДК 667.63:620.197

ВОЛЬБЕРГ ВИКТОР ВАЛЕНТИНОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕФЕКТНОСТИ И РЕСУРСА КАЧЕСТВА АЖИДНО-МЕЛАМИНОВЫХ ПОКРЫТИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В МАШИНОСТРОЕНИИ

(05.17.09 «Технология лаков, красок и органических покрытий»)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1994

Работа выполнена в научно-производственном акционерном обществе «Спектр ЛК» (г. Москва) и на автомобильном заводе им. Ленинского комсомола (г. Москва).

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор В. В. Верхоланцев.

Официальные оппоненты: доктор химических наук И. А. Крылова; кандидат химических наук Н. В. Майорова.

Ведущее предприятие — Научно-производственное объединение НИИТАвтопром.

Защита состоится Л? .¿¿¿ил 1994 г. на заседании Специализированного совета К 138.06.01 НПАО «Спектр ЛК» (Москва, 123100, ул. Костикова, 2) в конференц-зале в час.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПАО «Спектр Л К».

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Л. С. БУБ'ЛИК

I. ОНЦЛЯ ХАРАКТЕРНО ТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. В настоящее время эмали Ш1-П10 приыеняютсл на большинстве автозаводов для окраски автомобилей,достоинства этих эмалей известны. ' '

Постоянно повышающиеся требования к покрытиям выдвигают необходимость совершенствования технологии их нанесения.При нанесении милей МЯ-1110,прошедших входной контроль,в процессе окраски кузовов часто образуются дефекты,снижающие декоративный внешний вид лакокрасочного покрытия.Из-за этого около 10$ кузовов автомобилей возвращается на повторную окраску,на что тратятся.дорогостоящие лакокрасочные материалы, энерго-и трудозатраты.

Поэтому' проблема исследования причин возникновения дефектов и их влияния на качество покрытия в целом не только исходных,но и подвергнутых старению в различных климатических зонах,представляет не только научный,но и практический интерес.

Остается неисследованной проблема,связанная с влиянием дефектности на эксплуатационные свойства покрытий.Более того,в соответствии с нормативно-технической документацией автомобильные покрытия относятся ко II классу,для которого недопустимо наличие отдельных кратеров, ♦

так как априори предполагается,что в этом случае произойдет потеря защитных свойств покрытия за счет уменьшения толщины в месте'образования кратера.

В то же время ^однозначное заключение о влияние кратеров' на защитные свойства покрытий отсутствуют.

Поэтому исследование процесса кратерообразования,выявление причин возникновения этого дефекта лакокрасочных покрытий и поиски возможностей предотвращения или устранения его-актуальная задача для а., томобильной промышленности.

Отсутствуют также методики расчета долговечности лакокрасочнс;с покрытия в зависимости от потенциальной возможности автомобилей и условий их эксплуатации,а существующие стандартизированные методик,-

оценки защитных свойств покрытий не имитируют реальные условия эксплуатации лакокрасочного покрытия автомобилей,не дают возможности надежно определять реальную долговечность.

цель работы..Выявление и изучение факторов,способствующих дефектности, а также ресурса качества алкидно-меламиновых покрытий.применяемых в автомобилестроении.К таким факторам относятся:

-взаимодействие компонентов лакокрасочного материала друг с другом;

-свойства подложки;

-условия нанесения лакокрасочного материала; -режим формирования покрытия.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи: -изучить внутренние причины возникновения кратеров в алкидно-мелашношх покрытиях;

-изучить влияние технологических факторов на дефектность автомобильных покрытий;

-исследовать долговечность покрытий эмалью ШПО в условиях влажных субтропиков;

-изучить атмосферостойкость покрытий эмалью МЛ-ШО,нанесенных на различные части автомобиля "Москвич";

-разработать методики оценки процессов кратерообразова.ния в лакокрасочных покрытиях.

Научная новизна.На цримере алкидно-меламиновой эмали Ш-ШО показано,что процесс Ьозникновения кратеров может быть вызван "внутренними" (состав и взаимодействие друг с другом компонентов лакокрасочного материала) и "внешними" причинами (свойства окрашиваемой поверхности, условия нанесения лакокрасочного материала.режим формирования покрытия и т.д.).

Установлено,что введение в лакокрасочную систему добавок,вызывающих образование кратеров,приводит к изменению скорости испарения растворителей и,как счндствие.к изменению вязкости системы.

Показано.что величина кратерообразования находится в прямой за-

висимости от относительной влажности воздуха и давления,при котором наносится эмаль МЛ-ПЮ,и в обратной зависимости от расстояния подложки от сопла краскораспылителя.

Впервые количественно определены комплексные характеристики, связанйые с ресурсом качества эмали Ш-ШО, нанесенной по технологии АЗЛК и подвергнутой старении в условиях влажных субтропиков.

Показано,что наличие кратеров не сказывается на атмосферной устойчивости комплексных автомобильных покрытий.

Составлена карта "коррозионной опасности" покрытия различных деталей кузова автомобиля "Москвич".

Разработаны методики оценки склонности эмали к кратерообразова-нию,позволяющие предсказывать,а следовательно,предотвращать получение дефектных покрытий.

Практическая значимость.Сформулированы рекомендации по устранению дефектности лакокрасочных покрытий,применяемых в автомобилестроении.

Определен ресурс качества покрытий автомобиля "москвич" и доны рекомендации по устранению "узких мест" покрытия с целью увеличения его срока одуабы.

Методики определения склонности эмалей к кратерообразованиэ внедрены в практику.

Апробация.Результаты диссертационной работы доложены и обсувде-ны на семинарах:"Обеспечение качества и долговечности лакокрасочных покрытий в условиях современного производства" (Ленинград,1987 г.), "Современные лакокрасочные материалы и технология их применения" (Москва,1987 г.).научно-технической конференции ГШМ ЖП (Москва, 1987 г.).

Публикации;По теме диссертации опубликовано II работ.

Объем работы»^ссертация состоит из введения,пяти глав,списка цитируемой литературы из 94 наименований.

Работа изложена на 130 страницах машинописного текста,вклэтая 25 таблиц а 25 рисунков.

- 4 -

2. ЫЕТОда ИССЛЕДОВАНИЙ. В работе использовали следующие метода исследования: -ыалярно-технические.физико-механические.декоративные и защитит: свойства покрытий оценивали по стандартным методикам;

-поверхностное натяжение лакокрасочного материала определяли на приборе ДО-Нуи;

-угол смачивания определяли путем микрометрического измерения высоты и диаметра растекающейся капли;

-структуру покрытий (в том числе,структуру дефектов) исследовали с помощью электронного микроскопа ЭММА-100;

-профили кратеров и дефекты покрытий исследовали методами оптической микроскопии с применением микроскопа МБИ-6;

-специфика взаимодействия компонентов эмали с добавками,вызывающими кратерообразование,исследовалась с использованием спектрофотометра Щ- 20;

-скорость испарения растворителей оценивали гравиметрически.

3. ИЗУЧЕНИЕ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ КРАТЕРОВ В АШЩЮ-МШШНОШХ ПОКРЫТШХ.

В первую очередь,были ивучены влияние некоторых факторов на образование кратеров при получении покрытия из эмали Ш1-1110.

Для предотвращения кратсрообразования использовали добавку ВЛ(-344 (фирмы В/К Малинкрот,Германия) в количестве 0,1% от массы эмали. Образование кратеров искусственно вызывали добавлением креынийоргана-ческой глдкости ШС-С-1 в количестве до 0,5% (по сухому остатку).

Для оценки интенсивности кратерообразования эмаль с рабочей вязкостью (35 с. по ВЗ-246 при сухом остатке от 32 до 35$) ноносили методом пнеЕшраспыления на вертикальную стеклянную пластину размером 150x250 мм.Количество кратеров размером 0,5 ш и более (кратеры меньших размеров на исследованных образцах не проявились) пересчитывали па I м~ (величина lip).

Наиболее характерные профили образуккихся кратеров,исследованные

с помощью прибора ПМТ-З,выявляют "ядро" кратера,в котором сохраняется прозрачный слой,состоящий только из пленкообразователя.либо содержащий включения,соизмеримые с толщиной покрытия.

Введение антикратерной добавки ВгК-344 приводит к заметному снижению скорости испарения растворителя.

Кратерообразующая добавка ПЭС-С-I заметно влияет на скорость испарения растворителей не только из их лаковой фазы,но также из эмале;; (рис.I).Поскольку поток массы растворителя в условиях измерения сравнительно невелик,вычисляли усредненные скорости испарения за сравнительно продолжительное время (45 и 150 шн.).

¡Зависимость интегральной скорости испарения растворителей с поверхно сти змали Ш-ШО от содержания ШС-С-1: 1-0-45 шн;2-0-150 шн; 3-45-150 шн.

Из рис.» следуег,что иориая (¿;ииа испг.реш:л (4<аза поело наносе!;::;, лакокрасочного материала) ,если ее фиксировать по изменению массы обра?, ца,является наиболее медленной-очевидно вследствие конденсации влаги. В присутствии 0,01$ ЮС-С-1 скорость испарения (в начальный период,а также и нддругих стадиях пленкообразования) снижается на 10$ и более.

Эти результаты находятся в соответствии с дашшш, полученным при измерении количества кратеров в эмалях Ш-ШС в зависимости от содороептя ПЭС-С-1.3маль наносили на различные подложки.указгшкис в

-1-1--

О OfOL OtO*t 006 СоцеръЯЭС, 'Л масс

Рис.1.

миц

Рис.2

Изменение массы при испарении растворителей с поверхности эмали Ш-1110 при разном содержании ИЭС-С-1 ($ масс.):1-без добавки;2-0,05; 3-0,5.

Таблица I.

Измерение количества кратеров в зависимости от содержания ГОС-С-1 в эмали Ш-ШО

о

.'йй :0крашваемш1:Количество кратеров.шт/м",при содержании ДЭС-С-1

п/п: материал. : 0,СЙ : 0,05$ : 0,15* : 0,25$ : 0,35$ : 0,5$

I. Фосфат КФ-12 0 63 234 527 724 793

2. Фосфат КФ-12 +

грунт В-КФ-093 0 65 215 487 710 782

3. Сталь оакп 0 ко 232 541 756 804

4. Стекло 0 57 241 498 715 8X2

5. Текстолит 0 74 221 507 696 793

6. Картон 0 71 208 487 707 821

табл.1. Дшз всех подложек наблвдается значительное возрастание количества кратеров при введении содержания ДЭС-С-1 >0,01$.Наблюдается интересный экспериментальный факт-количество кратеров практически не зав::-

сит от природа подножки (низко- и высокоэнергетические,а также пористые).Это свидетельствует о том,что образование кратера в первую очередь зависит от процессов,протекающих на поверхности лакокрасочного материала,а не на границе лакокрасочный материал/подложка.

Из данйых табл.2 следует,что указанные содержания добавки ПЭС-С-1 мало влияют, на поверхностные макрохарактеристики эмали МЛ-ПМ -поверхностное натяжение ((7"),угол смачивания ( 6 ) стекла и других поверхностей также практически не изменяются при различных концентрациях ПЭС-С-1.

Таблица 2.

Поверхностные макрохарактеристики эмали ШГ-ЦЮ в зависимости от содержания ПЭС-С-1

Ш : Окрашиваемый ¡Угол смачивания град, при содер: (J~, п/п: материал :жании ПЭС-С-1 : н/м

: :0,С$:0,05%:й,15%:0,25%:0,35%:0,5%:

I. Фосфат КФ-12 25,4 26,7 25,1 26,6 26,5 25,5 30,86

2. Грунт В-КФ-093 24,4 23,3 30,5 30,2 29,1 29,9 31,57

3. Сталь 08КП 58,4 57,7 60,4 56,3 53,7 49,4 31,08

4. Стекло 24,5 24,6 24,7 24,3 24,3 25,0 31,62

5. Текстолит 27,3 29,3 23,5 23,7 26,3 29,8

В то же время абсолютная величина & сильно зависит от природа подложки:на фосфате КФ-12 она составляет 25-27°,на стекле-24-31°,а на стали-28-60°.Таким образом,эти поверхностные свойства не могут быть использованы для предсказан*,!? теяденци I к нратерообразованию.

Представляло интерес выявить,с^г-г/сг да взаимосвязь между величиной кратерообразования и скоростью гс хгрспгя: растворителя.С этой целью были проведены следующие эксперимен?ы:к эмали,содержащей 0,5% добавки ПЭС-С-1,и как следствие,образующее- при формировании покрытий кратеры,добавляли 36 различных растворителей и растворов ниолот. Отмэ»

чалось,что добавление этиленгликоля.пропиленгликоля.метилэтилкетона и олеиновой кислоты приводит к уменьшению и даже полному подавления) процесса кратерообразования.В то же время добавка ацетона.уксусной кислоты значительно увеличивает количество кратеров.

шла предпринята попытка статистически оценить влияние\/кратеро-образование толщины покрытия. Для этого лакокрасочный материал наносили на стеклянные пластинки заведомо неравномерно,затем делили их на квадраты 3x3 см.Б каждом квадрате определяли толщину покрытия ( ¿Г"), число и.размер кратеров и полукратеров (во многих квадратах они отсутствовали) .после чего строили кривые распределения,из которых (рио.З) следует,что распределение по 2Пкратеров может быть описано формулой;

лГ л/ " ^

тле/У - число ячеек счета, А/У^ число ячеек с кратерами внутри интер-

вала толщины

£

/

/К ьЪ

ю ш Iа гг. гс

Тощина, Пк ¿с>), мкм

Рпс.З

Функции распределения по толщине покрытия кратеров (I) и полукратеров (2).

Экспериментальные данные показывают,что максимальной величине кратеров соответствует толщина 14 икы.Количество полукратеров уменьшается за счет уменьшения толщины покрытия.

Для подтверждения неоднородности структуры пленки.способствующей возникновению кратеров,были сделаны электронные микрофотографии крате-

I

<

^

ров диаметром около 1,00 мм и более мелких при увеличении 20000.При исследовании морфологии кратера видно,что в центре кратера наблюдается более плотная структура,окруженная волнообразными образованиями.распространяющимися по поверхности пленки при удалении от центра.

По нашим данным,у меламино-алктдных автоэмалеч в отличие от эпоксидных кратерообразование завершается за 1-3 мин. (последующее тормо-отверждение лишь увеличивает число кратеров за счет полукратеров);очевидно,в этом случае усадки за счет испарения растворителя не могут существенно влиять на кратерообразование,поскольку они ничтожны (за 1-3 мин.испаряется меньше 1% растворителя).

На процесс образования кратеров в алкидно-меламиновых покрытиях эмалью МЛ-ШО не влияет скорость испарения растворителя и тип подложи

Причиной образования кратеров является" горизонтальный градиент концентрации растворителя.приводящий к градиенту внутренних напряжений в системе,создающих области с минимальной уаадкой.а следовательно,ослаблением прочности пленки.

Аналогичный эффект образования кратеров проявляется в других ал-кидно-мелашновых материалах-эмалях МЛ-12, ШЕ-197, ¡¿/¡-1226.

4. ШЕДШИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ДЕЖЙЮСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ПОКРЫТИИ,

Представляло интерес исследовать влияние на кратерообразование влажности воздуха.расстояния краскораспылителя от окрашиваемой поверхности, давления воздуха на распыление.

Испытания проводились при толщине покрытия 14 мкм.,нанесенных на различные подложки:фосфам;рованную,загрунтованную грунтовкой В-КФ-093 сгпль 08КП,стекло,текстолит,фотобумагу.Предварительное изучение профиле.'; поверхности поддонки показало,что по величине подлсхки располагаются в следующем ряду¡сталь фосфат^рованнаятгекстолиттсталь,загрунтованная грунтовкой В-К0~093;>фотобумагг?стекло.

Представляло интерес выяснить,каким образом может проявляться

рельеф поверхности подложки на структуре и дефектности покрытия в це-. лом.Под оптическим микроскопом (в диапазоне увеличений от 3 до 400х)

были исследованы поверхности металлических образцов,а затем последовательно все слои системы лакокрасочного покрытия,получаемого при окрашивании кузова автомобиля "Москвич".В результате этих исследований было обнаружено,что неровности поверхности стали,обусловленные структурой металла и обработкой его при прокатке,достаточно четко проявляв ются в слоях системы покрытия до второго грунтовочного слоя включите-, льно.Поверхность первого грунтовочного покрытия (грунтовка В-КФ-093) полностью повторяет все неровности поверхности подложки.На поверхности второго грунтовочного покрытия (грунтовка ЭП-0228,нанесенная в два слоя) неровности подложки проявляются в сглаженной форме.Полностью перекрываются они уже двухслойным покрытием покрывной эмали.При наличии на поверхности металла дефектов (раковины,царапины и т.п.) конфигурация их проявляется и на трехслойном эмалевом покрытии.Раковины , незаметные при визуальном осмотре металла,но видимые при пятидесятикратном увеличении,проявляются на покрывном слое эмали как мелкие кратеры.Форма их повторяет конфигурацию дефекта поверхности металл»

Помимо неровностей поверхности металла,дефектность покрытия может быть вызвана зажиренностью,запыленностью металла или промежуточных слоев система покрытия.

С целью исследования наиболее благоприятных условий и причин возникновения дефектов при окрашивании автомобилей "Москвич" было проведено обследование кузовов автомобилей в цехе окраски АЗЛК.

Кратер,образовавшийся в первом грунтовочном слое,не перекрваегся следующими слоями покрытий.Даже в тех случаях,когда не нарушается сплошность покрытия,кратерообразный дефект проявляется в покрывном слое этого покрытия. В последующих слоях лакокрасочной системы покрытия проявляются не только дефекты нижележащих слоев,но и любые неровности подложки.

Единичные кратеры (примерно до десяти штук на кузов) ОТК пропускает.

Особый интерес представляло исследовать зависимость величины кра-терообразования от влажности воздуха.В эмаль МЛ-ШО вводилось различное количество кратерообразующей добавки ПЭС-С-1 (от 0,052 до 4,95$). Результаты представлены на рис.5. .4

юо гор зоо Vоо £"<«о &

Рис.Ь

Исследование количества кратеров в зависимости от изменения влажности воздуха: I-обезжиренный металл,2-фосфатированный металл,3-груптованньй металл,4-стекло,5-текстолит,6-фотобумага.

Результаты эксперимента показали,что величина кратерообразования сильно зависит от относительной влажности воздуха,при которой происходит нанесение лакокрасочного материала.Зависимость проявляется при *

всех исследуемых концентрациях ПЭС-С-1,однако при малых концентрациях влияние влажности воздуха на кратерообразование проявляется в большей степени.

Следует отыетить^что величина кратерообразования при нанесении на металл обезжиренный,фосфатированный и загрунтованный практически не отличается от типа подложки.Однако при нанесении на стекло и текстолит эта величина несколько ниже,чем при нанесении на металлическую подложку,что проявляется на образцах с малыми концентрациями ПЭС-С-1.

Исследования зависимости величины кратерообразования от расстояния окрашиваемой поверхности Дд сопла краскораспылителя ( Ь ) также показало влияние на кратерообразрвание расстояния от сопла до окрашиваемой поверхности.Это в большей степени проявляется при больших концентрациях ПЭС-С-1 (пис.В)

Рис. 6

Изменение количества кратеров в зависимости от изменения расстояния от распылителя и давления сжатого воздуха:1-обезаваренный металл,2-фос-фатированный металл,З-грунтованный металл,4-стекло,5-текстолит,6-фото-бумага.

Из технологических параметров,влияющих на качество поверхности лакокрасочного материала при нанесении,важным является также давление, при котором наносится эмаль ЬШ-ШО, Поэтому исследовалось влияние величины давления от 0,1 до 0,4 МПа при относительной влажности воздуха 62% и расстояния от сопла до окрашиваемой поверхности 250 ым на показатель коатерообразования.Как следует из приведенных данных,величина" кратерообразовакия возрастает при увеличении давления в большей степе* ни при малщ содержаниях добавки ПЭС-С-1 и несколько в меньшей при содержании добавки,большем минимального количества.

Таким образом,показано,что технологические причины наиболее легко способствуют возникновению дефектов в покрытиях. Это дает основание полагать,что строгое соблюдение правил и рекомендаций при окрашивании автомобилей приводит к сокращению дефектов и повышению качества окрашивания без замены дорогостоящих лакокрасочных материалов. .

5.ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОКРЫТИЯ ЭМАЛЬЮ Ш-ШО В УСЛОВИЯХ ВЛШШХ СШПРОПЖОВ.

Эмаль ЬШ-ШО предназначена для окрашивания автомобилей "Москвич"

и имеет гарантийный срок эксплуатации 5-7 лет.Однако этот срок установлен для условий умеренного климата.

С целью изучения долговечности покрытия в более жестких условиях, например,в условиях.влажных субтропиков,проведены натурные испытания образцов покрытия на атмосферной станции г.Батуми.Испытания проводились с целью определения зависимости долговечности покрытия от его толщины (5*),так как толщина пленки определяет процесс появления кратеро!

Для экспозиции готовили образцы покрытия толщиной 27+3;40+5; 57+5 и 70+5 мкм по технологическому процессу,принятому на АЗЛК.

Известно,что противокоррозионные свойства покрытия повышаются с толщиной покрытия.В то же время в наших опытах коррозионное поражение металла отсутствовало даже в течение 85 суток не только для покрыта;; толщиной 57,70 мкм.но и для покрытий толщиной 27 и 40 мкм. Поэтому необходимо было выявить,каким образом влияет толщина покрытия на неко-торне декоративные и физико-механические свойства комплексных покрытий, так как при высоком защитном действии лакокрасочной системы,связанным с противокоррозионными свойствами полимерных пленок,ухудшение декора-тиванх и фивико-механических параметров композиции может быть причиной уменьшения долговечности покрытий.

С этой целью оценивали следующие показатели покрытий исходных и подвергнутнх-натурному старению:адгезию,твердость,блеск и эластичность.

Затем в соответствии с известной методикой вычисляли комплексную характеристику-ресурс качества ( Я ).

В соответствии со Стандартами на методы испытаний абсолютные значения шбранннх показателей выражаются различным образом:в баллах; блеск покрытия выражается в процентах от эталона образца увмзлевого стекла .которое само по себе характеризуется величиной эластичность покрытия определяется в мм;В связи с этим были установлены условные значения,представленные в табл.3.

По данным,приведенным на рис.7,а.увеличение толщины покрытия от 27 до 70 мкм. приводит к некоторому ухудшению начальных значений

- 14 -

за счет снижения блеска.эластичности и твердости пленки.

Таблица 3.

'¿изпко-механяческие показатели и блеск покрытия эмалью МЛ-ШО Показатели гСредае-дифференциированное значение показателей

: Стандартизированное : Условное : Весомость

: ХуцАХ У • •• А',.

Адгезия 4 ба;ша I балл 0,25 1,00 0,47

Твердость 0,2 усл.ед, 0,75 усл.ед 0,20 0,75 0,24

Гдазск №% 62% 0,10 0,75 0,17

пластичность 10 мм I мм 1,00 9,00 0,12

а-Зависимость ресурса качества покрытия эмалью МЛ-ШО при продолжите-ности испытаний в условиях г.Батуми (сутки):1-0;2-40;3-57;4-70. б-Зависимость от длительности испытаний эмали МЛ-ШО толщиной (мкм); 1-27;2-40;3-57;4-70.

. Одновременно было установлено,что при времени натурного старения .з течение 70-80 суток некоторые характеристики приближались к минимальным значениям,в то время как комплексная характеристика ( К ) оставалась высокой ( ? 0,5).

Из данных рис.7,а,б следует,что в процессе атмосферных испытана!; изменениедля покрытий разной толщины ( ) подчиняется'одинаково-.

му закону.который с достаточной точностью можно выразить формулой,

описывающей эллиптическую кривую: Г) р \ Г~1 *

КъГ-КоУ I-

пП пП рр. гг

где Ко и /ЧГ -начальное и текущее значение К ; 6 -длительность .;сг_к-

таний; Т^^константа,имеющая физический смысл долговечности покрытия (Г = <ГЛяпри о).

Использование' комплексной характеристики в виде произведения эллиптической формулы позволяет достаточно четко фиксировать причем определенная произвольность в выбореи мало влияет на расчетное значение Т/^.

Расчет по методу средних чисел привел к следующим значениям при разных толщинах Ъ (мкм) и выбранных условиях испытаний.

П П 27 мкм. 40 мкм. 57 мкм. 70

0,60 0,48 0,40 0,38

Т^Ссутки) 89,5 79,5 77,0 8к-,о

Полученные результаты показывают,что при глинимальной из выбранив: толщин 27 мкм. покрытие имеет наилучший комплекс определенных свойств. По величине различия ^-пк в зависимости от .полученные по результатам ускоренных испытаний,невелики;однако в естественных условиях эксплуатации они могут оказаться существенными.

Следовательно,дал каждого типа покрытия в заданных условиях испытаний должна существовать толщина,которой отвечает наибольшее значение (по физико-механическим и декоративным характеристикам) и ещэ не наступает коррозионное поражение подложки.Из приведенных результатов следует несовпадение двух понятий долговечности:физико-механической, ^Трц при и противокоррозионной (время до появления следов корро-

зии подложки).показатели которых оцениваются раздельно.Наиболее технг чески приемлемым случаем следует считать значительное превышение ресурса вторых над первыми (чтобы иметь зппас в случае несвоевременного возобновления покрытия) при оптимальной толщине.

Полученные результаты позволяют заключить,что эмаль ШГ-ШО весь-

ма быстро теряет комплекс физико-механических свойств в условиях натурных испытаний во влажных субтропиках (70-80 суток в летний период); увеличение толщины покрытия связано с ускорением потери комплекса физико-механических характеристик.Противокоррозионгае свойства покрытия непосредственно не связаны с физико-механическими характернотиками,и, очевидно,в большей степени определяются пассивирующими свойствами грунтовочного в фосфатного слоя,нежели изолирующими свойствами комплексного покрытия.

б.ЛЬ/'ИШК лщосферосто,жосе; НОККЙИи эмалью мл-шо,

11д11С0Е1Ш0Л НА 1-СУ'ЗОВ ШШ0ЕШ1 "МОСКВИЧ". •

Основным недостатком современной технологии окрашивания легковых автомобилей является различная долговечность покрытия на разных деталях кузова автомобиля,что приводит к коррозии на этих деталях,юг преждевременному износу,а значит и к необходимости чафй замены.

В первую очередь необходимо было исследовать степень деградации комплексных покрытий с покрывной эмалью МЛ-ШО,подвергнутых климатическому старению в течение 5 лет на различных климатических станциях.

Одновременно экспонировались образцы с кратерами и без них.Оценку разрушения покрытия проводили по ГОСТ 9.407-84.

Основными видами разрушений эмалей МЛ-ШО являются изменение цвета,потеря блеска,возникновение меления.Защитные свойства покрытия даже после 5 лет экспозиции остаются высокими.

Испытания показали,что наличие кратеров практически не сказывается на атмосферной устойчивости покрытия.Следовательно,кратеры являются дефектом,снижающим главным образом конкурентноспособность автомобиля :1а счет ухудшения внешнего вида при визуальном восприятии.

Таким образом,натурные испытания образцов покрытий по ГОСТ 699268 и результаты осмотра по ГОСТ 9.41)7-04 не дают возможности выявить разницу в зенитных свойствах покрытий.И связи с этим уже при испытаниях покрытий па автомобилях разрушение покрытия в процессе испытаний

характеризовали двумя годами:по площади коррозионного поражения

и по отслаивании покрытия за счет краевой коррозии при крестообразно?.; надрезе.

При обобщении результатов испытаний ставили следующие основные задачи:оценить интенсивность коррозионного воздействия на покрытие различных частей кузова;выявить возможное влияние толщины покрытия па длительность защитного действия.

Натурные испытания покрытий автомобиля "Москвич" проводили в КНИЦКИ (г.Батуми).Испытания включали 40 циклов,состоящих:!)выдержка автомобилей в климатической камере в течение 6 час.при относительной влажности 98+2$ и температуре 49+3°С;8)пятикилометровый провег автомобиля по морскому броду;3)пробег по пыльной дороге протяженностью 60+2 км;4)пробег по гравийной дороге протяженностью 30+2 км.

На рис.8 приведены характерные графики изменения К (метод I) и Д Н (метод II) в процессе испытаний (число циклов пропорционально времени естественной эксплуатации покрытия).Принципиальное различие графиков состоит в том,что зависимость от N величины К обычно имеет

]йЕ1етичео:-г_з графики коррозионного разрушения покрытий,оцененные по петодам I (а) и II (б).

В первом случае график можно выразит! сравнительно простой эмпирической формуле!'::

к, - ко

где - константа скорости коррозионного разрушения покрытия; Ab)c индукционный период. При этом необходимо отметить,что данные рис.8 относятся к покрытиям,имеющим близкую толщину (70-90 мкм):передние и задние двери, крылья,пороги,брызговики и др.

Полученные результаты позволяют составить "карту коррозионной опасности" покрытия на различных частях кузова и наметить соответствующие пути повышения ресурсов противокоорозионннх свойств наиболее уоррозионноопасных мест.

Проведенная работа позволяет сделать вывод,что поскольку К зависит от толщины покрытия,а //0 - не зависит,то это означает,что повышение толщины покрытия не является ресурсом повышения его устойчивости,

7гг; как нормативное время эксплуатации покрытия не должно превышать

i / К / «с

7. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СЦЕПКИ КРАТЕР00БРА30ВЛНШ ЭМАЛЕЙ'/ 7.1. МЕТОД ОЦЕНКИ СКЛОННОСТИ ЭЫАЛй К КРАТЕРООЕРАЗОВАНИЮ.

Поскольку одной из очевидных причин возникновения кратеров являйся наличие в эмали силиконовой добавки,нам казалось возможным приме-. ~лть метод ИК-спектроскопии для выявления процесса склонности эмали ; кратерообразованию с использованием спектрофотометра U&-20. При вахш-•" : спектров в диапазоне от 500 до 5000 см""1 были исследованы "Кратер-"Ый"и "бескратерные" партии эмали МЛ-IIIO;силиконы,применяемые в Каче--VrBo добавок к лакокрасочным материалам (ПЭС-С-I) и взаимодействие силиконов с другими компонентами эмалей.

Более всего для определения количества силикона пригодна полоса ~ ¿12-1415 см-"'',относящаяся к колебаниям С-Н метильной и этильной групп ■^•соединяемых к кремнию.У силиконов это очень сильная полоса.В смеси

- ¡челашно-алнидными эмалями даже при малом количестве силикона она

- перекрывается,а четко видна в виде плена полосы 1380 см"-1

Для более полного анализа можно использовать еще две полосы: 2745 см"*,относящуюся к валентным колебаниям Si-H,и 3690-3730 см-1 (валентные колебания свободной ^¿-ОН-группы).Особого внимания требует полоса,относящаяся к свободным$С -ОН-группам.При проверке "кратерных" и "бескратерных" партий эмали выявлено,что присутствие полосы в спектре мояно связать 00 "склонностью к кратерообразованию" эмали,так как она достаточно явно прописывалась лишь в спектрах "кратерных" и отсутствовала в партиях "бескратерных" эмалей.

В основу методики положены процедуры,проводимые при спектральных исследованиях.Схема выполняемых приемов представляет собой следующую последовательность:отбирают пробу эмали;снимайт спектр эмали¡измеряют интенсивность (высоту) полосы силикона (или 3-х полос в зависимости от спектра),а также полосу 2880 см-"1"{пересчитывают полосу силикона -по коэффициенту внутреннего стандарта ее в $;получешш£. результат сравнивают с построенной ранее кривой.

7.2. УСКОРЕННАЯ МЕТОДИКА. ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ КРАТЕР00ЕРА30ВА1Ш OMAJEil.

Ускоренную методику,которая монет быть использована при входном контроле лакокрасочных материалов с целью исключения подачи в производство' эмалей,склонных к кратерообразованию,представляет особый инте-реЬ,так как'может быть рекомендована для. оценки степени дефектности Ьокрйтий в машиностроении.

Сущность методики заключается в том,что покрытие для испытаний

4

получают нанесением слоя эмали на специально подготовленные стеклянные подложки.Эмаль наносят пневматическим распылением в вентилируемом пош-щении при температуре 20+2°С и относительной влажности воздуха 65+5$. Нанесение испытуемого материала пневматическим распылением произвол« в окрасочной камере краскораспылителем КРУ-4 (или другого типа) на расстоянии от окрашиваемой поверхности не менее 200 ш и давлении воздуха для распыления'2,0-4,5 Ша.Сжатый воздух должен соответствовать требованиям ГОСТ 9.010-73,

vnr^w отшосдо?«™-* высохшего покрытия да лакокрасочного с-.---

риала при нанесении краскораспылителей должна быть 15-20 мкм.

Определение степени дефектности покрытия из жидких лакокрасочных материалов с целью установления дефекта кратер проводят на трех параллельное стеклянных пластинах.Для оценки степени дефектности покрытий при появлении дефекта кратер определяется процент наличия кратеров на площади испытуемой пластинки с помощью шаблона из прозрачного мате* риала (органическое стекло .целлулоид и др.) с нанесенной на него сеткой из 100 равных ячеек.В производство рекомендуется допускать только те лакокрасочные материалы,степень дефектности которых при появлении

о

дефекта типа кратер составляет 15*18 кратеров на I ы .

ВЫВОДЫ

1.Исследован процесс возникновения кратеров.Показано,что кратеро-сбразование может быть вызвано "внутренними" (составом и взаимодействием друг с другом компонентов лакокрасочного материала) и "внешними" причинами (свойства окрашиваемой поверхности,условия нанесения лакокрасочного материала и т.д.).

2.Показано,что введение в лакокрасочную систему различных добавок (¡^основном влияющих на образование Кратеров) приводит к изменению скорости испарения растворителей и,как следствие,к изменению вязкости системы;при этом образование дефектов в первую очередь зависит от процессов .протекающих на поверхности лакокрасочных материалов,так рак количество кратеров практически не зависит от природы подложки.В то же время дефектность,не устраненная с моталлпчоеюн! подлопаи.ирояюлаегся в нескольких слоях окрашиваемой лакокрасочной системы.

3.Устан-овлено.что возникновение кратера в определенном месте .:ленки есть следствие увеличения внутренних напряжений в системе и одновременного появления на поверхности покрытия микрофазы (частица влаги из воздуха,посторонние включения и т.д.).ослабляющие локальную фочность пленки.

4.Исследовано влияние "внешних" факторов на цроцесс кратерообра--юванЕЯ и показано,что величина кратерообразования находится,в прямой

зависимости от относительной влажности воздуха и давления,при котором наносится эмаль Ш-П10,и в обратной зависимости от расстояния подложки от сопла краскораспылителя.

5.Впервые количественно определены комплексные характеристики, связанные с ресурсом качества алкидно-меламиновых покрытий,нанесенных по технологии АЗЖ на загрунтованные поверхности и подвергнутых старении в условиях влажных субтропиков.Показано,что наилучший кошлекс физико-механических свойств формируется в покрытиях с меньшей толщиной. Высокие защитные свойства покрытий определяются в наибольшей степени пассивирующими свойствами фосфатного и грунтовочного слоезз системы.

6.Проведены натурные испытания образцов покрытия в различных климатических зонах.Показано,что основными видами разрушения эмалей Ш1-1П0 различных цветов являются изменение цвета,потеря блеска,возникновение меленяя;защитные свойства покрытий даже после 5-ти лет экспозиции остаются высокими (балл 1).Палечие кратеров практически не сказывается на атмосферной устойчивости покрытий.

Как следствие,установлено,что кратеры являются дефектом,снижающим главным образом конкурентноспособность автомобиля за счет ухудшения внешнего вида изделия.

7.Проведенная впервые комплексная оценка ресурса качества покрытий, нанесенных на разные детали автомобиля "Москвич".подвергнутых атмосферному старению,позволила составить "карту коррозионной опасности" покрытия.

8.С использованием ИК-спектроскопии разработана методика оценки склонности эмали к кратерообразованию,позволяющая предсказывать, а следовательно,предотвращать получение дефектных покрытий.

9.Разработана ускоренная методика с1ределения степени кратерооб-ризования эмалей,позволяющая рассчитывать степень дефектности покрытий по количеству кратеров на I м" повер сности.

Методика внедрена в практику.

i j. Детальное исследование видов дефектов,возникающих при техноло-лпеског процессе окрашивания автомобиля "Москвич" .позволило разработать практические рекомендации по предотвращению и устранению дефектов.

Основные результаты исследований и практические рекомендации дис-с.:ртс1у;онно^ работы опубликованы в следующих работах:

I.^льберг .^рхоланцев Б.ь.Влияние технологических факторов на дефектность автомобильных покрытий. ЛКш,»5,1905.

...Вольберг Ь.L.,иерхоланцев 3.3.Изучение причин коррозионного разрушения покрытий отдельных частей кузова "Москвич",ЖМ, 14,1986.

3.Вольберг В.В..Верхоланцев В. В. Дефекты лакокрасочных покрытий, ЛКМ, №4,1987

4.Вольберг В.В.Справочник молодого маляра по металлу. М.,Машиностроение, 1986.

5.Вольберг В. В. Устройство и эксплуатация окрасочно-сушильных агрегатов в машиностроении. А...Высшая школа, 1986.

6.Денкер И.И..Вольберг В.В.Справочнин молодого оператора окрасочно-сушильных агрегатов в машиностроении.f.l. .Высшая школа, 1987.

^.Лапин В.v.. .Вольберг ^.¿.Контроль ощ>асочных работ в машиностроении. ..., высшая школе, 190S.

С.Лапин xi.O. .Вольберг В.В.Ремонт и восстановление кузовов легковых иЬ?олюбилей. .Высшая школа,х989.

l-.денкер .1.И. .Вольберг В.В.Технология окраски изделий в машиностроении. >л. ,1&спщя школа, 1990.

i(j.Вольберг В.В. .Волков Л.К).Устройство и эксплуатация оборудования для металлопокрытие и окрашивания. М. .ЗЗисшая школа,1992.

II.Вольберг В.В..¡шумов А.Н.Ремонт и восстановление кузовов легковых -вюмобилей. -i- .Высшая школа, 1993.