Неметаллические материалы

Лакокрасочные материалы

1. Общие сведения, состав  и классификация  лакокрасочных материалов

Лакокрасочные материалы  принадлежат к группе пленкообразующих материалов После нанесения в жидком состоянии на окрашиваемые поверхности они образуют пленки. Высохшие пленки называются покрытиями. Лакокрасочные материалы предназначены для защиты металлов от коррозии, а неметаллических материалов (древесины, пластмасс и т.д.) -от увлажнения и загнивания; они сообщают поверхности специальные свойства (электроизоляционные, теплозащитные и другие) и придают изделиям декоративный внешний вид.

Защита изделий  от влияния внешней среды лакокрасочными покрытиями является наиболее доступной  и широко применяется в машиностроении С помощью защитных покрытий срок эксплуатации аппаратуры, оборудования различных металлоконструкций увеличивается в несколько раз. К лакокрасочным материалам предъявляются определенные требования- высокая адгезия к защищаемым поверхностям, теплостойкость и химическая устойчивость, водонепроницаемость, светостойкость, гладкость твердость и эластичность пленки, хорошие защитные свойства.

Состав и классификация  лакокрасочных материалов. Компонентами лакокрасочных материалов являются пленкообразующие вещества; смолы для  увеличения адгезии, придания пленке твердости  и блеска; растворители (скипидар, спирты, ацетон) и разбавители (бензол) для  растворения пленкообразующего  и других компонентов; пластификаторы (дибутилфталат и др) сохраняющие эластичность покрытия, снижающие его воспламеняемость и улучшающие морозостойкость; отвердители термореактивных пленкообразующих (амины); пигменты и красители - придающие определенный цвет и обладающие защитными свойствами; наполнители (тальк, каолин) - для повышения вязкости материала и снижения блеска покрытия; специальные добавки для тропикостойкости, стабилизации свойств

В качестве пленкообразующих веществ применяют в основном синтетические смолы, эфиры целлюлозы, реже высыхающие растительные масла.

По составу лакокрасочные  материалы подразделяют на лаки, эмали, грунты шпатлевки; по пленкообразующему  веществу они могут быть смоляными, эфироцеллюлозными (нитроцеллюлозные и этилцеллюлозные) и маслосодержащими (битумные, канифольные).

Лаки являются растворами пленкообразующих веществ  в растворителях иногда с добавками  пластификаторов, ускорителей, стабилизаторов (в составе лака обязательно присутствует смола). Лаки предназначены для защиты поверхности изделия от воздействия  внешней среды.

Эмали состоят  из лака и пигмента. Для получения  не глянцевых, а матовых покрытий в эмали вводят наполнитель. Пигменты придают эмали цвет и некоторые  специфические свойства, например белые  пигменты (ZnO, TiO2) — атмосферостойкость и водоупорность; алюминиевая пудра — стойкость к действию влаги и ультрафиолетовых лучей; сажа — токопроводимость и т. д.

Грунты защищают металл от коррозии и увеличивают  адгезию последующих слоев. В  состав грунта входят лак и пигмент, обладающий защитными свойствами. В  зависимости от вида пигмента грунты подразделяют на следующие группы: содержащие соли хромовой кислоты, цинковый и стронциевый крон (образующие окисные  пленки на металле); содержащие свинцовый  или железный сурик (пассивирующие грунты); содержащие цинковую пыль (протекторные грунты) и инертные пигменты (соединения титана и т. д.), создающие изолирующие покрытия.

Хроматные грунты применяют для защиты магниевых и алюминиевых сплавов. Свинцовый сурик образует на поверхности металла гидрат закиси железа. Эти грунты применимы для защиты стальных деталей.

Защитное действие цинка основано па его более электроотрицательном потенциале по отношению к железу. Эти грунты применяют для защиты стальных деталей, работающих во влажных  условиях.

Для защиты стальных деталей применяют также фосфатирующие грунты. Такой грунт реагирует с поверхностью стальных деталей и образует на стали фосфатно-хроматную пленку сложного состава.

Шпатлевки предназначены  для выравнивания неровностей на поверхности изделий перед окраской. В состав шпатлевок входят лак, пигмент  и наполнитель. Шпатлевки наносят  на предварительно загрунтованную поверхность.

Для надежной защиты поверхности изделий в большинстве  случаев применяют многослойное покрытие, состоящее из слоев разного  назначения, называемое системой покрытия.

Непосредственно на деталь наносится грунт, затем  шпатлевка, далее следует эмаль  и покровный лак. Число слоев  обычно составляет 2 — 6, а иногда и 14.

Смоляные термопластичные  лакокрасочные материалы. Из термопластичных  смоляных материалов получили широкое  распространение перхлорвиниловые и акриловые. Перхлорвиниловые эмали (ХВ, ХС) применяют для окраски металлов, древесины, бетона. Покрытия негорючи, водоустойчивы, химически стойки, могут работать в контакте с минеральным маслом и топливом, не поддаются действию тропических условий, имеют хорошие электроизоляционные свойства. Недостатки покрытий: невысокая адгезия к металлам, отсутствие глянца, низкая теплостойкость (60 — 90°С), неприятный запах.

Материалы на основе акриловых смол термопластичны, но более теплостойки и дают покрытия эластичные, стойкие к ударным  нагрузкам, с хорошей адгезией к  металлам. Акриловые эмали (АК и АС) могут работать в условиях 98-100%-ной влажности при температуре 55-60°С. При нанесении на эпоксидный грунт покрытие сохраняет защитные свойства в течение 3 — 6 лет.

Покрытия на основе термореактивных смол. Алкидные материалы  вырабатывают на основе глифталевой (ГФ) и пентафталевой (ПФ) смол, часто  модифицированных растительными маслами. Покрытия обладают высокой твердостью, прочностью, удовлетворительной адгезией к различным материалам. При введении алюминиевой пудры покрытия выдерживает  длительно температуру 120°С и кратковременно температуру до 300°С. К недостаткам алкидных покрытий, относится склонность к старению, недостаточная устойчивость к условиям тропического климата и щелочным средам.

Эпоксидные лакокрасочные  материалы на основе эпоксидных смол и их модификаций с различными отвердителями дают покрытия ЭП, обладающие хорошей адгезией к металлам и  неметаллическим материалам, значительной твердостью, химической стойкостью к  различным средам, в том числе  к щелочным и, высокими электроизоляционными свойствами. Покрытия при сушке не дают усадки и стойки к колебаниям температуры.

Полиэфирным покрытиям  присуща большая твердость, сильный  блеск, удовлетворительная, прочность  на истирание. Однако они плохо сопротивляются ударным нагрузкам и малоэластичны; используются главным образом при окраске деревянных (и бетонных) поверхностей, адгезия полиэфирных лаков к металлам невысокая.

Полиуретановые  лаки, эмали, грунты имеют очень хорошую  адгезию к различным материалам, хорошо сопротивляются истиранию, эластичны, атмосферостойкие, газонепроницаемы, могут работать в контакте с водой, маслами, бензином и растворителями, являются хорошими диэлектриками. Недостатком этих материалов, ограничивающих их применение, является токсичность.

Наиболее теплостойки  лакокрасочные материалы на основе кремнийорганических полимеров (КО). Покрытия стойки к влаге, окислению, озону, солнечному свету и радиации, химически инертны, хорошие диэлектрики. Однако они имеют невысокую адгезию к различным материалам и требуют горячей сушки (200°С). Кремнийорганические лаки и эмали используют в основном в качестве электроизоляционных материалов. Модифицированные кремнийорганические лаки и эмали защищают металлические поверхности от длительного воздействия высоких температур.

Полиимидные покрытия теплостойки, выдерживают тепловые удары от - 196 до + 340°С. Покрытия прочные, устойчивы к воздействию растворителей и кислот, стойки к радиации и обладают диэлектрическими свойствами. Получение этих покрытий требует высокой температуры и тщательного соблюдения технологии.

2. Сравнительные свойства  лакокрасочных покрытий

По условиям эксплуатации лакокрасочные покрытия подразделяют на стойкие внутри помещения; атмосферостойкие; химически стойкие; водостойкие; термостойкие; масло- и бензостойкие и электроизоляционные. Термостойкость (в°С) различных лакокрасочных покрытий приведена ниже:

Нитроцеллюлозные (НЦ) До 80,

Перхлорвиниловые (ХВ) 80 — 90'

Эпоксидные (ЭП) 150-200

Алкидные (ГФ, ПФ) - 150-300

Полиуретановые (УР) 180

Акриловые (АК) 180

Кремнийорганические (КО) ". 300-600 (1000, 1 мин)

Полиимидные 300, (400, 2-3 ч)

Древесные материалы

Древесина с давних времен используется в качестве конструкционного материала в различных отраслях промышленности и применяется как  в натуральном виде, так и в  виде разнообразных древесных материалов.

К достоинствам древесины  как конструкционного материала  относятся достаточно высокая механическая прочность и небольшая объемная масса и, следовательно, высокая  удельная прочность, хорошее сопротивление  ударным и вибрационным нагрузкам. Теплофизические свойства древесины  характеризуются малой теплопроводностью  и в 2 — 3 раза меньшим, чем у стали, температурным коэффициентом линейного  расширения. Древесина имеет высокую  химическую стойкость к ряду кислот, солям, маслам, газам. Важными свойствами древесины являются ее способность  к склеиванию, возможность быстрого соединения гвоздями, шурупами, легкость механической обработки и гнутья.

Наряду с указанными достоинствами древесина обладает рядом недостатков, ограничивающих ее применение как конструкционного материала. Можно отметить следующие  недостатки: гигроскопичность, которая  является причиной отсутствия у деталей  из древесных материалов стабильности формы, размеров и прочностных свойств, меняющихся с изменением влажности; склонность к поражению грибковыми заболеваниями; отсутствие огнестойкости; низкий модуль упругости; анизотропия  механических свойств, которые в  силу волокнистого строения древесины  различны в разных направлениях действия сил; неоднородность строения, в результате которой свойства материала различны не только в пределах одной породы; но в пределах одного ствола.

1. Основные сведения  о строении древесины

Древесина состоит  из органических веществ: 43 — 45% целлюлозы (С6Н10О5), 19 — 29% лигнина, остальное —  низкомолекулярные углеводы и другие компоненты. Свойства древесины обусловливаются  ее строением. Так как древесина  является волокнистым материалом, ее строение изучают по трем разрезам: торцовому (поперечному), перпендикулярному  к волокнам; радиальному, проходящему  через ось ствола, тангентальному, идущему вдоль ствола на некотором расстоянии от него (рис. 6).

Рис. 6. Основные разрезы  ствола дерева:

1 — поперечный  или торцовый;

2 — радиальный;

3 — тангентальный

Строение древесины, ширина годичных колец, содержание летней зоны древесины обусловливают механическую прочность как хвойных, так и лиственных пород. На свойства древесных материалов влияет наличие в древесине различных пороков.

Пороками древесины  называются отклонения от нормального  строения, а также повреждения  микологического и механического  характера. Пороки снижают физико-механические свойства древесины. В конструкционных они допускаются с ограничениями, предусмотренными техническими условиями. На механические свойства здоровой древесины влияют сучки, трещины, наклон волокон (косослой).

К паразитным порокам  относятся грибковые (микологические) повреждения древесины. Для развития грибов требуются определенные условия; наиболее благоприятны для них температура 2 —40С, влажность 30 — 60% и наличие  воздуха, без которого развитие гриба  невозможно. В результате грибкового поражения древесина разрушается, превращаясь в труху, гниль. При  неправильном хранении древесины часто  возникает синева, которая быстро распространяется и проникает в глубь материала. Синева существенного влияния на физико-механические свойства древесины не оказывает, однако при сильном развитии может вызвать поражения более опасными грибами.

Повреждения насекомыми (червоточина) встречаются в древесине  всех пород. Наличие червоточины  влияет на сортность древесины.

2. Свойства древесины  и защита древесины  от увлажнения, загнивания  и воспламенения

Физические свойства. Для древесины как конструкционного материала основное значение имеют  влажность, изменяемость размеров, формы, объемная масса.

Влажностью древесины  называется количество воды, заключающейся  в ней, выраженное в процентах. Влажность  определяется по формуле