Статьи +7 (495) 223-18-03

г. Москва
 
   Главная | Выставки | Статьи | Каталоги | Склад | Новости | Партнеры | Карта сайта | Контакты

Оборудование (по алфавиту)
Распродажа оборудования
Галерея реакторов и фильтров


mistakes


Оптимизация свойств покрытий

Автор: Dr. Christopher Rulison (Augustine Scientific)

Оптимизация процесса нанесения покрытия включает контроль реологических и поверхностных свойств наносимого материала, а также свойств поверхности, в частности, ее свободную энергию. Ниже будут рассмотрены некоторые аспекты изучения поверхностной химии покрытий, используемых для окрашивания пластизольных материалов, из которых изготавливается большинство деталей интерьера автомобилей: панель управления, облицовка дверей, подлокотник и т.п. Пластизоли без поверхностной обработки (коронного разряда, пламени, плазмы и пр.) очень гидрофобны и имеют относительно низкую энергию.

Адгезионные свойства должны сохраняться как в короткий период, так и длительное время. Коэффициент растекания покрытия по подложке определяет равномерность первоначального смачивания. Энергия слипания покрытия/подложки (известная также как работа адгезии) характеризует систему в коротком периоде, а межфазное натяжение между покрытием и подложкой - в длительном периоде. Любое изменение поверхности подложки или свойств наносимого материала приведет к изменению всех трех параметров. Задача технолога - оптимизировать эти параметры.

обивка автомобиля

Поверхностные свойства пластизоля были охарактеризованы с помощью свободной энергии поверхности (СЭП), включающей в себя полярную и дисперсную составляющие, последние были определены согласно методу Фоукса на основе краевого угла смачивания дииодометаном и водой. Измерение проводилось на приборе краевого угла DSA100. Поверхностное натяжение наносимого материала (покрытие) исследовалось с помощью тензиометра K100. Для покрытия также определили его полярную и дисперсные части с помощью измерения краевого угла смачивания тефлоновой пластины.

Коэффициент растекания рассчитывается по формуле:

Энергия слипания (работа адгезии) рассчитывается по формуле:

Межфазное натяжение на границе пластизоль/покрытие определяется по формуле:

где - общая, дисперсная и полярная части свободной поверхностной энергии пластизоля,
а - общая, дисперсная и полярная части поверхностного натяжения покрытия.

Изначально для оформления внутреннего пространства автомобиля имелось два типа цветного покрытия: цвет олова и темно-серый. Покрытия имели значительные различия в рецептуре, в частности в типе пигментов и их стабилизаторов, однако исходным растворителем в обоих случаях был бутанон (метил-этил-кетон). Покрытие цвета олова работало очень хорошо, как при первоначальном нанесении, так и по истечении короткого/длинного промежутка времени. Однако покрытие темно-серого цвета уже по истечении одной недели применения стало отслаиваться от пластизоля.

В обоих случаях коэффициент растекания был выдержан согласно установленному правилу, принятому зарубежными производителями покрытий: поверхностное натяжение покрытий было на 10 мН/м ниже, чем энергия поверхности пластизоля. Оба покрытия имели примерно одинаковые поверхностные натяжения (см. табл.), но несмотря на это они по-разному взаимодействовали с подложкой.

Для характеристики системы был использован описанный выше метод, результаты исследования поверхностных свойств пластизоля и покрытий приведены в таблице:

  Подложка Покрытие
пластизоль цвета олова темно-коричневое
Общая энергия поверхности, мДж/м2
(Поверхностное натяжение, мН/м)
36,04 26,74 26,53
Полярная часть (мДж/м2) 4,49 2,81 9,17
Дисперсная часть (мДж/м2) 31,55 23,93 17,36
Полярность (%) 12,45 10,52 34,57
Энергия прилипания к пластизолю, мДж/м2   62,06 59,64
Межфазное натяжение, мН/м   0,72 2,93
Коэффициент растекания, мН/м)   8,58 6,58

Как показало более детальное исследование, покрытия сильно различаются по полярности, при этом полярность покрытия цвета олова ближе к полярности пластизоля, и как результат, более низкое межфазное натяжение на границе подложка/покрытие и более высокая энергия прилипания и коэффициент растекания. Хотя коэффициент растекания и энергия прилипания для темно-коричневого покрытия были допустимы, но адгезия в длительный период времени - нет, т.е. межфазное натяжение на границе раздела фаз сыграло решающую роль.

Для покрытий часто встречается ситуация, когда энергия слипания порядка 65 мН/м, коэффициент растекания не больше 8 мН/м, а межфазное натяжение 1-2 мН/м. То, что мы только что наблюдали для темно-коричневого покрытия.

В первом варианте изменили подложку (пластизоль) с помощью обработки коронным разрядом. В результате такой обработки поверхность стала более полярной; при этом наибольший эффект был, когда полярность поверх-ности (31,25%) приблизили к полярности покрытия (34,57%). Свойства приведены в таблице ниже:

  Пластизоль, обработанный коронным разрядом Покрытие
темно-коричневое
Общая энергия поверхности, мДж/м2
(Поверхностное натяжение, мН/м)
41,05 26,53
Полярная часть (мДж/м2) 12,83 9,17
Дисперсная часть (мДж/м2) 28,22 17,36
Полярность (%) 31,25 34,57
Энергия прилипания к пластизолю, мДж/м2   65,97
Межфазное натяжение, мН/м   1,61
Коэффициент растекания, мН/м)   12,91

Обработка коронным разрядом привела к улучшению адгезионных свойств темно-коричневого покрытия в длительном периоде и увеличению энергии слипания. Однако хотелось, чтобы покрытие показывало отличные смачивающие свойства в течение всего процесса, т.е. необходим был высокий коэффициент растекания. Сделать это только за счет увеличения общей энергии поверхности пластизоля (с помощью обработки коронным разрядом) невозможно.

В конечном счете, по согласованию с производителями покрытий был несколько изменен композиционный состав покрытия (тип растворителя), в результате полярность нового темно-коричневого покрытия снизилась до 20,06%, что значительно ближе к полярности необработанного пластизоля (12,45%).

  Пластизоль Измененное покрытие
темно-коричневое
Общая энергия поверхности, мДж/м2
(Поверхностное натяжение, мН/м)
36,04 26,12
Полярная часть (мДж/м2) 4,49 5,24
Дисперсная часть (мДж/м2) 31,55 20,88
Полярность (%) 12,45 20,06
Энергия прилипания к пластизолю, мДж/м2   61,03
Межфазное натяжение, мН/м   1,13
Коэффициент растекания, мН/м)   8,79

Таким образом, обработку пластизоля можно исключить, т.к. проще изменить композиционный состав покрытия, что значительно легче для производителя и дает превосходные результаты. Новое темно-коричневое покрытие на деле оказалось даже лучше в отношении адгезионных свойств в длительный период (о чем свидетельствует межфазное натяжение: 1,13 мН/м - после изменения покрытия и 1,61 мН/м - после изменения поверхности). Начальная адгезия покрытия к поверхности, хоть с ней и не было проблем, осталась на высоком уровне, а растекание стало аналогично растеканию покрытия цвета олова, о чем свидетельствуют равенство их коэффициентов растекания.

Приведенный выше пример показал важность таких параметров как коэффициент растекания, работа адгезии и межфазное натяжение, а также взаимосвязь между ними. Знание поверхностного натяжения и свободной энергии поверхности недостаточно для решения проблем равномерного нанесения покрытий и их долгосрочной службы; необходимо также знать полярные и дисперсные силы, что можно определить с помощью приборов KRUSS. Зачастую бывает трудно модифицировать поверхность, на которую наносят покрытие, и значительно легче изменить свойства самого покрытия.

Полагают, что для покрытий с большим содержанием растворителя (в приведенных примерах было до 45% бутанона), поверхностные свойства бесполезны для решения возникающих проблем. Однако в ходе исследований были выявлено также влияние и других частей системы: пигментов, стабилизаторов и т.п., на поведение покрытия. Таким образом, только целостное изучение композиций и учет всех факторов не всегда, но часто, может привести к полному пониманию поведению систем.

 Создание сайта — Вячеслав Курашенко
© 2008 Tirit.org - ООО Портал EquipTorg.ru - промышленное оборудование, спецтехника, инструмент Яндекс.Метрика
Яндекс.Метрика Rambler's Top100