Статьи +7 (495) 223-18-03
8-800-600-18-03

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

Оборудование (по алфавиту)
Анализаторы катализаторов
Анализаторы волокон и порошков
Анализаторы пены KRUSS
Анализаторы полимеров
Анализаторы размера частиц
Биореакторы и ферментёры
Диспергаторы лабораторные
Испарители роторные
Калориметры (выделяемое тепло)
Камеры испытательные Liebisch
Камеры климатические CTS
Камеры низкотемпературные
Клапаны Sitec
Колонны ректификационные
Лазерные конфокальные микроскопы
Мельницы лабораторные
Мешалки лабораторные
Насосы лабораторные
Печи лабораторные
Приборы для измерения краевого угла смачивания (KRUSS)
Реакторы металлические
Реакторы проточные Syrris
Реакторы стеклянные
Реометры порошков
Стерилизаторы паровые CertoClav
Сушки лабораторные
Тензиометры KRUSS
Теплообменники
Термостаты HUBER
Тестеры фармпрепаратов
Фильтры лабораторные
Флэш-хроматографы Teledyne
Центрифуги фильтрующие
Шкафы и инкубаторы Memmert
Шланги лабораторные
Эксикаторы и перчаточные боксы
Галерея реакторов и фильтров




mistakes



Оптимизация свойств покрытий, контроль качества поверхности

Автор: Dr. Christopher Rulison (Augustine Scientific)

Оценка точности обработки и качества поверхности напрямую зависит от качества ее покрытия. Один из важных производственных этапов — оптимизация процесса нанесения покрытия. Он включает в себя 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 (метилэтилкетон). 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 качества поверхности, 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 поверхности (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. Знания 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 было 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 поведения систем. Такой подход служит гарантией успешного прохождения контроля качества подготовки и обработки поверхности.

 Создание сайта — Вячеслав Курашенко
© 2008-2020 Tirit.org - ООО | Карта сайта