Що таке адгезія, стійкість до УФ та твердість за Кенігом — Пояснюють фахівці dicpaint.com

Адгезія — важливий параметр, який слід враховувати при виборі фарб і лаків для промислового та індустріального застосування.

Промислові лакофарбові покриття (ЛФП) виконують бар’єрну функцію. Вони ізолюють метал від вологи, кисню та хімічних реагентів. Також ці покриття забезпечують захист від ультрафіолетового випромінювання.

Корозія швидко руйнує сталеві конструкції. Якісне ЛФП зупиняє цей процес і подовжує термін експлуатації об’єктів. Це особливо важливо для інфраструктурних та промислових об’єктів в Україні. Складні кліматичні умови та промислові викиди багаторазово прискорюють зношування незахищеного металу.

Рідка фарба — це складна багатокомпонентна фізико-хімічна система. Процес її затвердіння змінює молекулярну структуру матеріалу. Оцінка якості готового покриття вимагає точних лабораторних випробувань. Технічні фахівці аналізують десятки параметрів захисної плівки. Головні з них, що визначають термін служби системи, — це адгезія, стійкість до ультрафіолетового випромінювання та твердість.

У цій статті експерти ТМ “DIC” (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) детально аналізують основні фізико-механічні характеристики промислових покриттів, розповідають, що таке адгезія та чому важливо використовувати адгезійне покриття для захисту обладнання, машин, техніки та конструкцій.

Фізико-хімічні основи

Адгезія — це сила зчеплення між лакофарбовим покриттям і поверхнею основи.

Основою у промисловості виступають вуглецева сталь, оцинкований метал, алюміній або бетон. Без надійної адгезії покриття втрачає сенс. Воно просто відпаде під власною вагою або при найменшому механічному впливі. Тобто адгезія — це важлива характеристика, яка забезпечує довговічність і міцність покриття.

Механізм зчеплення полімеру з основою діє на трьох рівнях:

• Механічна адгезія. Рідка фарба проникає в мікропори та нерівності металу. Після полімеризації сполучна речовина твердне. Вона діє як фізичний якір усередині структури основи.
• Хімічна адгезивна система. Молекули полімерної смоли утворюють ковалентні зв’язки з атомами металу. Це найміцніший вид зчеплення. Він вимагає ідеальної чистоти поверхні.
• Дисперсійний (молекулярний) адгезивний матеріал. Виникає завдяки міжмолекулярному тяжінню. У фізиці цей процес описується силами Ван-дер-Ваальса. Електронні оболонки молекул фарби та металу взаємодіють на відстані кількох нанометрів.

Максимальна міцність промислового ЛФП досягається лише за умови поєднання всіх трьох механізмів.

Роль підготовки поверхні

Отже, тепер, коли ви знаєте, що таке адгезія, поговоримо про те, як правильно готують метал. Від цього залежить 80% успіху антикорозійного захисту.

Нанесення ЛФП на іржу, окалину або масляну плівку повністю блокує хімічну адгезію. Масло створює ізолюючий бар’єр. Іржа має пухку структуру і сама відшаровується від основного металу.

В Україні підготовка поверхні регламентується стандартом ДСТУ ISO 8501-1:2015. Цей документ описує візуальні ступені очищення. Для важких промислових систем необхідний ступінь Sa 2.5. Це дуже ретельне абразивно-струменеве очищення. Метал набуває однорідного кольору, всі видимі сліди корозії видаляються.

Другий важливий фактор — шорсткість. Абразив не тільки очищає метал, а й створює профіль (насічку). Глибина профілю суворо контролюється. Профіль у багато разів збільшує фактичну площу поверхні. Фарба отримує більше точок для закріплення, посилюючи механічну адгезію.

Лабораторні методи тестування

Адгезія, як і адгезійне покриття, вимірюється кількісно. Для цього використовують стандартизовані методи руйнівного контролю.

1. Метод сітчастих надрізів (ДСТУ EN ISO 2409:2015). Застосовується для покриттів товщиною до 250 мкм. Спеціальним різаком на плівці роблять сітку надрізів до металу. Потім на сітку наклеюють стандартизовану адгезійну стрічку і різко зривають її. Результат оцінюють візуально в балах від 0 (краї надрізів абсолютно гладкі, відшарувань немає) до 5 (відшарування більше 65% площі).
2. Метод нормального відриву (ДСТУ EN ISO 4624:2015). Це Pull-off test. Застосовується для багатошарових систем. До покриття приклеюють металевий циліндр (доллі). Адгезіметр плавно тягне циліндр вгору до моменту відриву. Прилад фіксує зусилля в мегапаскалях (МПа).

У разі відриву фахівці обов’язково фіксують характер руйнування. Воно буває адгезійним (покриття відірвалося від металу) або когезійним (плівка розірвалася всередині свого шару). Висока когезійна міцність усередині самого матеріалу є такою ж важливою, як і зчеплення з основою.

Погіршення адгезії в процесі експлуатації

Розповідаючи про те, що таке адгезив, слід зазначити, що він не є постійною величиною. Згодом зчеплення слабшає.

Головний ворог полімерних плівок — вода. Молекули H2O мають високу проникну здатність. Вони повільно дифундують крізь плівку ЛФП. Дійшовши до основи, вода порушує міжмолекулярні зв’язки.

Також виникає ефект осмотичного тиску. Якщо на металі залишилися водорозчинні солі, вода притягується до них крізь фарбу. Під плівкою утворюються бульбашки. Покриття здувається і лопається. Інший фактор руйнування — катодне відшарування. Воно виникає при пошкодженні плівки на об’єктах з катодним захистом. Виділення гідроксильних іонів руйнує адгезійний шар.

Важливо! Категорично заборонено наносити лакофарбові матеріали на вологу поверхню або конденсат. Температура металу під час фарбування має бути щонайменше на 3 °C вищою за точку роси. Порушення цього правила миттєво порушує зчеплення.

Рішення для максимальної адгезії від ТМ “DIC”

Розповідаючи про те, що таке адгезія фарби, слід зазначити, що універсальних грунтів не існує.

Металургійна сталь, гарячеоцинкований лист та алюмінієві сплави мають різну поверхневу енергію. Фахівці dicpaint.com підбирають тип сполучного матеріалу суто відповідно до поставленого завдання.

Для гладкого цинку або алюмінію ТМ “DIC” (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) використовує спеціалізовані епоксидні грунти з високою змочувальною здатністю.

Модифіковані епоксидні смоли містять полярні гідроксильні групи. Вони забезпечують чудове хімічне зчеплення навіть зі складними кольоровими металами. Для вуглецевої сталі застосовуються цинкові суміші. Вони не тільки міцно тримаються завдяки шорсткості поверхні, але й забезпечують катодний захист основи.

Стійкість до ультрафіолетового (УФ) випромінювання

Перш ніж досліджувати вплив сонячної радіації, необхідно визначити структуру захисного бар’єру. Основою довговічності завжди є контакт ґрунту з металом.

У фізичній хімії адгезією називають міжмолекулярний зв’язок різнорідних тіл у зоні їхнього контакту.

Часто технічним фахівцям задають питання, що таке адгезія в будівництві та чи можна це поняття застосувати до металоконструкцій. У будівельній галузі цей термін означає міцність зчеплення бетону з арматурою або штукатурки з цеглою. Принципи схожі, але хімічна природа матеріалів кардинально відрізняється.

Для наочного порівняння можна навести приклад із медицини. Нефахові споживачі часто цікавляться, що таке адгезивна пов’язка і як діє її клейовий склад. Це медичний пластир на основі м’яких акрилових полімерів, який забезпечує тимчасову клейкість. У важкій промисловості такий підхід є неприпустимим. У машинобудуванні застосовуються високоміцні полімерні адгезивні матеріали. Вони проектуються для створення нерозривного бар’єру на десятки років.

З технологічної точки зору адгезія — це здатність рідкого лакофарбового матеріалу проникнути в мікропрофіль металу та закріпитися там.

Якісні адгезивні властивості — це результат точного хімічного синтезу смоли та правильної підготовки основи. Під час нанесення антикорозійного ґрунту утворюється первинний адгезивний шар.

Далі на нього наносяться проміжні та фінішні емалі. Так створюються комплексні промислові адгезивні системи. Їхня загальна адгезійна здатність визначає експлуатаційний ресурс об’єкта.

Лабораторії вимірюють адгезійну міцність на відрив. Надійне адгезійне з’єднання витримує колосальні механічні навантаження, перепади температур та вплив агресивних хімічних речовин.

Однак цей міцний полімерний моноліт має одного невидимого ворога. Ультрафіолетове випромінювання здатне зруйнувати хімічні зв’язки верхніх шарів. Поступово деградація проникає вглиб матриці, досягає ґрунту і повністю знищує захист.

Перш ніж говорити про сонце, важливо пам’ятати про головне правило фарбування. Будь-яке якісне ЛФП — це, насамперед, надійне зчеплення з поверхнею. Щоб фарба слугувала довго, потрібна висока адгезія.

На цей показник впливають різні фактори адгезії — від шорсткості металу до температури в цеху. Величезну роль відіграють змочуваність і незмочуваність: рідкий ґрунт повинен легко й рівномірно заповнювати всі мікропори деталі. Тільки тоді формується правильна молекулярна структура зчеплення.

Щоб переконатися в надійності цього з’єднання, інженери використовують точні лабораторні методи визначення адгезії. Але коли фарба вже міцно тримається на металі, вона стикається з новим серйозним випробуванням — сонячним світлом.

Як сонячні промені шкодять лакофарбовим покриттям

Сонячне світло — це величезний потік енергії. Воно складається з хвиль різної довжини, і кожна з них по-своєму впливає на пофарбований метал:

• Інфрачервоні промені несуть тепло. Вони просто нагрівають конструкцію.
• Видиме світло визначає, яким кольором ми бачимо об’єкт.
• Ультрафіолет (УФ) — це невидима і найнебезпечніша частина спектра. Саме він руйнує структуру фарби.

Сам ультрафіолет теж буває різним. Вчені поділяють його на три діапазони:

1. UVC-промені (100–280 нм). Це найагресивніше випромінювання. На щастя, воно не досягає поверхні Землі, оскільки його повністю блокує озоновий шар атмосфери.
2. UVB-промені (280–315 нм). Атмосфера затримує 95 % цих хвиль. Але решта 5 % успішно досягають поверхні планети. Саме вони завдають найсильнішого удару по полімерам.
3. UVA-промені (315–400 нм). Ці промені проходять крізь атмосферу майже без перешкод. Їхня енергія нижча, але вони постійно впливають на фарбу, накопичуючи руйнівний ефект.

Влітку в Україні рівень сонячної активності досить високий. Постійний вплив променів спектру UVA та UVB призводить до швидкого зношення фінішних емалей. Тому для різних умов експлуатації потрібні різні рівні захисту від сонця, щоб покриття витримувало роки безперервного опромінення на відкритому повітрі.

Чому фарба втрачає колір і тріскається

Руйнування покриття під впливом сонця інженери називають фотоокислювальною деструкцією. Звучить складно, але сам процес зрозуміти досить легко.

Затверділа фарба складається з довгих молекулярних ланцюжків. Ультрафіолетові промені діють як мікроскопічні снаряди. Вони містять стільки енергії, що здатні фізично розірвати зв’язки між атомами всередині молекул полімеру.

Коли хімічний зв’язок розривається, утворюються так звані вільні радикали. Це дуже активні й нестабільні частинки. Вони миттєво вступають у реакцію з киснем із повітря і починають атакувати сусідні, ще цілі молекули фарби. Запускається швидка ланцюгова реакція руйнування.

Як це проявляється зовні:

• спочатку поверхня втрачає блиск і стає матовою;
• потім пігмент вицвітає, і фарба втрачає свій первісний відтінок;
• виникає ефект «мелення». Зв’язуюча речовина руйнується, і на поверхні залишається лише пухкий кольоровий пил;
• у підсумку плівка втрачає еластичність, покривається мікротріщинами, і волога легко проникає до металу.

Важливо розуміти, що різні матеріали по-різному реагують на сонячне світло. Наприклад, популярні епоксидні фарби вигоряють і втрачають колір дуже швидко. Натомість аліфатичні поліуретанові емалі служать роками.

Фахівці ТМ  “DIC” (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) точно знають, що найкраще захищає від ультрафіолету.

Належний захист від ультрафіолетового випромінювання на виробництві передбачає використання спеціальних добавок.

Це професійні засоби захисту від ультрафіолетового випромінювання — УФ-абсорбери та нейтралізатори вільних радикалів. Вони поглинають шкідливу енергію сонця та запобігають руйнуванню молекул. Завдяки цьому промислові об’єкти зберігають чудовий зовнішній вигляд та антикорозійну стійкість на довгі роки.

Довговічність промислового покриття — це єдиний механізм, у якому кожен шар виконує свою функцію. Якщо фінішна емаль не витримає натиску сонця, волога та кисень проникнуть всередину і почнуть руйнувати ґрунтувальний адгезійний шар. У результаті порушиться базовий адгезійний контакт, який утримує всю полімерну броню на металі.

Технологи та інженери з якості часто запитують: у чому вимірюється адгезія на практиці та як її зберегти? У лабораторіях цей показник фіксують у мегапаскалях або візуальних балах. Але будь-які високі показники швидко втратять значення, якщо фарба вигорить і потріскається зовні.

Те, як описується адгезія в хімії, — це міцний зв’язок молекул смоли з поверхнею. Промислові матеріали з високими адгезійними властивостями повинні зберігати цей зв’язок протягом десятиліть.

Цікаво, що адгезія в будівництві (наприклад, зчеплення бетонної суміші з арматурою) не так сильно страждає від прямих сонячних променів. А ось тонка захисна плівка працює інакше. Якщо верхній шар не містить УФ-фільтрів, то навіть промисловий грунт з ідеальними адгезійними властивостями з часом просто відшарується клаптями.

Видимі ознаки руйнування під впливом сонячного світла

Коли ультрафіолетові промені впливають на молекули полімеру, запускається процес фотоокислювальної деструкції. Зовні це виглядає як поступове старіння та зношування поверхні.

Фахівці виділяють чотири основні ознаки того, що сонце руйнує фарбу:

1. Втрата блиску. Це найперший і найраніший симптом. Під впливом УФ-променів верхній мікрошар покриття руйнується і стає шорстким на мікроскопічному рівні. Гладка плівка більше не може рівномірно відбивати світло. Промені починають розсіюватися, і колись блискуча поверхня стає тьмяною та матовою.
2. Вицвітання (зміна відтінку). Сонце буквально випалює пігменти, що відповідають за колір. У промисловості цей процес вимірюють спеціальним приладом — спектрофотометром. Він обчислює показник ΔE (дельта Е). Це цифрова різниця між початковим кольором свіжої фарби та відтінком, який утворився після опромінення. Чим вищий показник ΔE, тим сильніше вигоріла конструкція.
3. Здрібнення (вивільнення пігменту). Це більш глибока стадія руйнування. Ультрафіолет повністю знищує органічну сполучну речовину на поверхні плівки. В результаті пігменти та наповнювачі, які раніше були міцно вклеєні в смолу, залишаються без сполучної речовини. На фарбі з’являється пухкий наліт, схожий на крейду або пудру. Якщо провести по такій деталі рукою, долоня забарвиться.
4. Мікротріщини. Останній і найнебезпечніший етап. Через руйнування молекулярних ланцюжків фарба втрачає свою початкову еластичність. Вона стає крихкою, дається усадка і не може розтягуватися разом із металом під час перепадів температур. Поверхня вкривається густою сіткою дрібних тріщин. Через них дощова вода та ранковий конденсат отримують прямий доступ до беззахисного металу. Починається підплівкова корозія.

Різниця в стійкості до УФ-випромінювання між популярними смолами надто велика. Класичні епоксидні матеріали — абсолютні рекордсмени за міцністю, але вони панічно бояться сонця.

Епоксидна емаль на відкритому повітрі почне жовтіти та кришитися вже за кілька тижнів. Саме тому експерти ТМ “DIC” (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) наголошують: для вуличних об’єктів слід використовувати фінішні покриття на основі аліфатичного поліуретану.

У їхній хімічній структурі немає зв’язків, чутливих до ультрафіолету. Аліфатичний поліуретан діє як потужний сонцезахисний крем, зберігаючи колір і блиск конструкції протягом багатьох років.

Як передбачити термін експлуатації покриття

Щоб надати гарантію на фарбу для мосту чи резервуара, виробник повинен знати, що з нею станеться через 10 або 15 років. Чекати так довго в реальному часі неможливо. Тому в лабораторіях застосовують методи прискорених кліматичних випробувань.

Для цього використовуються спеціальні пристрої — камери штучного старіння. В Україні та світі ці випробування суворо регламентовані стандартом ISO 16474. Зразки пофарбованого металу поміщають усередину камери, де умови навколишнього середовища багаторазово посилені.

Існує два основних типи такого обладнання:

1. QUV-тестери (камери з флуоресцентними лампами). Ці прилади імітують найагресивніший вплив. У них встановлені спеціальні лампи, які випромінюють короткохвильовий ультрафіолет. Це світло точно відтворює ту частину сонячного спектра, яка завдає полімерам найбільшої шкоди.
2. Камери з ксеноновими дуговими лампами. Ксенонова лампа світить майже так само, як справжнє сонце в ясний полудень. Вона імітує не тільки ультрафіолет, а й видиме світло, а також теплове інфрачервоне випромінювання. Це ідеальний спосіб перевірити, наскільки сильно фарба вицвіте і змінить свій відтінок (той самий показник ΔE).

Як проходять випробування

Фарбу не просто постійно освітлюють лампами. У реальному житті сонце змінюється дощем і нічною росою. Тому камери працюють у жорстких циклах:

• Цикл опромінення: зразки нагріваються та отримують ударну дозу концентрованого ультрафіолету.
• Цикл конденсації: лампи вимикаються, температура знижується, і в камеру подається гаряча пара або розпилюється вода. Покриття рясно вкривається вологою.

Ці цикли змінюють один одного безперервно сотні, а то й тисячі годин поспіль. Кілька тижнів у такій камері за руйнівним ефектом прирівнюються до кількох років експлуатації на реальному промисловому об’єкті.

Зазначимо, що будь-яка промислова система захисту працює як єдиний захисний екран. Основою цього екрану є адгезія лакофарбового покриття.

Саме ґрунтувальний шар забезпечує контакт з основою. Промислова адгезія до бетону або адгезія до металу вимагає ідеальної підготовки поверхні. З технічної точки зору, адгезія фарби — це фізико-хімічне зчеплення полімеру з твердою основою.

Початкова адгезія фарби до металу може бути бездоганною. Однак зовнішні фактори здатні її зруйнувати. Якщо фінішна емаль не має хімічного захисту від сонця, ультрафіолет руйнує верхні шари полімеру. Через мікротріщини вода проникає до ґрунту. Виникає підплівкова корозія.

У результаті адгезія покриття повністю зникає. Фарба відшаровується шматками. Щоб захистити всю систему та зберегти міцність зчеплення, фахівці застосовують спеціальний хімічний захист фінішного шару.

Хімічний захист ЛФП

Полімерні смоли не можуть самостійно протистояти дії ультрафіолету протягом тривалого часу. Для їхнього захисту до складу фінішних емалей додають спеціальні хімічні добавки. Вони діють на молекулярному рівні. Основними засобами захисту є УФ-абсорбери (UVA) та просторово-утруднені аміни (HALS).

УФ-абсорбери (UVA)

 Абсорбери працюють як фільтри для сонячного світла. Їхні молекули активно поглинають високоенергетичні ультрафіолетові фотони.

Молекула UVA поглинає енергію УФ-променів. При цьому полімерна матриця фарби залишається неушкодженою. Поглинена світлова енергія перетворюється на безпечну теплову енергію. Тепло розсіюється в навколишньому середовищі. Полімерні ланцюжки не розриваються.

Важливо! УФ-абсорбери захищають полімер за законом Ламберта-Бугера-Бера. Їхня ефективність залежить від товщини шару фарби. Чим товще фінішне покриття, тим більше шкідливого ультрафіолету воно поглине.

Просторові аміни (HALS)

Аміни діють за іншим принципом. Вони не поглинають сонячне світло. Їхнє завдання — зупинити руйнування, якщо ультрафіолет все ж пошкодив молекулу полімеру.

Механізм дії:

• УФ-промінь розриває хімічний зв’язок у фарбі. Утворюється агресивний вільний радикал.
• Молекула HALS миттєво знаходить цей радикал і вступає з ним у хімічну реакцію.
• Радикал нейтралізується. Ланцюгова реакція фотоокислювальної деструкції повністю зупиняється.
• Молекула HALS має циклічну структуру. Після нейтралізації радикала вона хімічно відновлюється. Добавка знову готова до поглинання нових руйнівних частинок.

Максимальний захист покриття досягається лише за умови спільного використання добавок UVA та HALS. Абсорбери приймають на себе перший удар на поверхні плівки. Аміни діють у глибині шару та запобігають мікропошкодженням.

Рішення ТМ “DIC” для відкритих промислових майданчиків

Інфраструктурні та промислові об’єкти в Україні перебувають під постійним впливом сонця, вітру та опадів. Для таких суворих умов звичайні фарби не підходять. Потрібні спеціалізовані атмосферостійкі матеріали.

Технічні фахівці ТМ “DIC” (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) розробляють фінішні емалі з урахуванням екстремальних УФ-навантажень. Основою цих продуктів є високоякісні аліфатичні поліуретанові та акрилові смоли. На відміну від епоксидів, вони від природи мають високу стійкість до сонячного світла.

Для забезпечення максимальної довговічності до складу емалей ТМ “DIC”додається збалансований комплекс добавок UVA та HALS:

• це надовго запобігає втраті блиску;
• унеможливлює швидке вицвітання пігментів (зберігається мінімальний показник зміни кольору ΔE)№
• повністю блокує процес подрібнення полімерної плівки.

Зверніть увагу! Правильно підібрана фінішна емаль захищає не лише зовнішній вигляд об’єкта. Вона надійно ізолює вразливий епоксидний грунт від ультрафіолету. Це гарантує, що система не втратить своїх бар’єрних властивостей протягом усього терміну експлуатації.

Атмосферостійкі емалі ТМ “DIC” (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) призначені для фарбування мостів, нафтових резервуарів, портових кранів та металоконструкцій на відкритих майданчиках. Вони утворюють міцний і надійний захисний шар, що подовжує термін безперебійної експлуатації об’єкта.

Твердість лакофарбового покриття за Кенігом

Ми вже розібрали механізм фотоокислювальної деструкції. Очевидно, що ультрафіолет є згубним для полімерної матриці. Сонячні промені руйнують фінішний шар. Волога проникає всередину й руйнує базове зчеплення фарби з металом.

Хіміки виділяють різні види адгезії: механічну, хімічну та молекулярну. На практиці висока адгезія — це результат правильного підбору грунту та ретельного очищення металу. Іноді поверхня буває занадто гладкою або складною за хімічним складом. Тоді у малярів виникає питання: активатор адгезії — що це і як його застосовувати? Це спеціальний хімічний склад (праймер). Він змінює поверхневу енергію металу і змушує фарбу буквально «прилипати» до основи.

Сьогодні промисловість випускає різні види адгезивних систем. Одні підходять для чорної сталі, інші — для оцинкованої. Цікаво, що адгезія будівельних матеріалів (наприклад, зчеплення цементного розчину з цеглою або бетону з арматурою) працює за схожими фізичними законами зчеплення. Однак у промисловому фарбуванні металу одного зчеплення замало. Фарба повинна успішно протистояти механічному зносу. За цей параметр відповідає твердість покриття.

Твердість полімерів: у чому полягає відмінність від металів

Інженери звикли вимірювати твердість сталі методами Брінелля або Роквелла. Принцип цих методів простий. У метал із великою силою вдавлюють тверду сталеву кульку або алмазний конус. Потім прилад вимірює глибину або площу утвореної вм’ятини. Чим менша вм’ятина, тим твердіший метал.

Для лакофарбових покриттів цей метод абсолютно не підходить. Висохла фарба — це не шматок заліза. Вона має в’язкопружні властивості. Полімерна плівка здатна деформуватися під навантаженням і потім повертати свою первісну форму. Вона пружинить. Тому твердість лакофарбового покриття — це здатність полімерної плівки чинити опір мікродеформаціям і гасити механічні коливання. Це зовсім інша фізична природа.

Як влаштований прилад: метод маятника Кеніга

Твердість промислових фарб вимірюють спеціальним маятниковим методом. В Україні та країнах Європи цей процес суворо регламентований стандартом ISO 1522.

Цей метод вимагає лабораторних умов та ідеальної точності. Головний інструмент — прилад із маятником Кеніга.

Конструкція приладу складається з кількох основних елементів:

• Важкий металевий маятник строгої геометричної форми.
• Дві невеликі сталеві кульки діаметром рівно 5 міліметрів. Вони слугують точкою опори для маятника.
• Рівний скляний стіл для розміщення зразка.
• Електронний лічильник коливань і шкала градусів.

Металевий або скляний зразок із нанесеною фарбою кладуть на стіл. Маятник обережно опускають так, щоб сталеві кульки впиралися прямо в полімерну плівку.

Чому маятник зупиняється

Процес вимірювання виглядає наступним чином. Лаборант відхиляє маятник на строго заданий кут — рівно 6 градусів від вертикальної осі. Потім механізм відпускає маятник. Він починає вільно гойдатися з боку в бік.

Під час коливання сталеві кульки мікроскопічно вдавлюються в поверхню фарби. Полімерна плівка чинить опір цьому вдавленню. На подолання цього опору маятник витрачає свою кінетичну енергію. Енергія механічного руху перетворюється на внутрішнє тертя та перетворюється на теплову енергію всередині полімеру.

Правило дуже просте. Чим м’якше покриття, тим глибше занурюються кульки. Маятник витрачає більше енергії й зупиняється швидше. Чим твердіше покриття, тим довше гойдається маятник.

Прилад автоматично вимірює час або кількість коливань. Вимірювання завершується в той момент, коли амплітуда коливання зменшується з початкових 6 градусів до 3 градусів. Твердість за Кенігом зазвичай виражається в секундах. Для розуміння масштабу: на ідеально чистому еталонному склі маятник коливається близько 250 секунд. На м’якій антикорозійній ґрунтовці він може зупинитися за 30 секунд.

Основні фактори, що впливають на твердість

Твердість лакофарбового покриття не є постійною величиною відразу після нанесення. Вона досягається поступово.

На кінцевий результат впливають чотири ключові фактори:

1. Щільність хімічного зшивання. Фарба складається зі смоли та затверджувача. Коли вони змішуються, починається хімічна реакція. Молекули з’єднуються у тривимірну сітку. Чим більше хімічних зв’язків утворилося в цій сітці, тим жорсткішим виходить полімерний каркас. І тим вищою буде твердість за Кенігом.
2. Товщина сухої плівки (DFT). Лабораторний тест проводять на покритті строго заданої товщини (зазвичай від 30 до 90 мікрон). Якщо шар фарби занадто товстий, він починає діяти як м’яка подушка. Кульки маятника застрягають сильніше. Прилад покаже занижену твердість, хоча сам полімер може бути міцним.
3. Залишковий розчинник. Розчинник потрібен для розведення фарби. Після нанесення він повинен повністю випаруватися. Якщо плівка занадто швидко висохла зовні, частина розчинника залишається «замкненою» у нижніх шарах. Цей замкнений розчинник діє як внутрішній пластифікатор. Він розм’якшує матрицю. Твердість покриття різко падає.
4. Температура та вологість. Хімічна реакція зшивання значною мірою залежить від температури навколишнього середовища. У холодному цеху молекули рухаються повільно. Покриття може сохнути тижнями і не набирати паспортну твердість. Поліуретанові емалі потребують вологи з повітря для правильного затвердіння. Якщо повітря занадто сухе, процес також порушується.

Твердість проти еластичності

У промисловості часто зустрічається небезпечна помилка. Багато замовників вимагають, щоб фарба була якомога твердішою. На практиці надмірна твердість призводить до катастрофи.

Ці дві властивості завжди суперечать одна одній. Надтвердий полімер неминуче стає крихким, як скло. Промислові конструкції постійно зазнають навантажень. Сталеві мости вібрують. Металеві резервуари «дихають» — вони розширюються в літню спеку і стискаються в зимовий мороз.

Крихка фарба з надмірною твердістю не здатна розтягуватися разом із металом. При найменшому вигині або температурній деформації вона покривається мережею мікротріщин. Потім вона просто відшаровується. Тому інженери завжди шукають золоту середину. Покриття має бути достатньо твердим, щоб протистояти абразивному зносу, ударам і тиску. Але при цьому воно повинно зберігати внутрішню еластичність для компенсації деформацій металу.

 Контроль якості на заводі ТМ  “DIC”

Створення правильного рецепту фарби — це точний математичний і хімічний розрахунок. На заводі ТМ “DIC”  (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) показник маятникової твердості суворо контролюється для кожної партії продукції, що випускається.

Стандартизація параметрів залежить від призначення матеріалу. Наприклад, для епоксидних наливних підлог фахівці розробляють матеріали з надзвичайно високою твердістю. Підлога не схильна до сильних вигинів, але по ній їздять важкі навантажувачі. Тут потрібна максимальна стійкість до стирання.

Для антикорозійних систем, що застосовуються на мостах і освітлювальних щоглах, передбачається значний запас еластичності. Твердість за Кенігом штучно обмежують хімічними методами. Лабораторія фіксує час загасання маятника в технічному паспорті для кожної емалі. Це дає клієнту повну впевненість у тому, що покриття витримає і удари, і вигини, і температурні перепади.

Підсумовуючи

Промислове лакофарбове покриття діє як складний захисний механізм. Неможливо оцінювати його характеристики окремо одна від одної.

Ідеальна твердість маятника абсолютно марна, якщо фарба не має міцного хімічного зчеплення з металом. У свою чергу, навіть найміцніша адгезія ґрунтувального шару швидко зникне, якщо фінішна емаль не витримає постійного впливу ультрафіолету.

Довговічність ЛФП — це завжди тонкий баланс. Епоксидні смоли забезпечують міцне зчеплення з металевою основою. Аліфатичні поліуретани блокують сонячні промені та захищають нижні шари.

Точний хімічний розрахунок пропорцій затверджувача забезпечує необхідну твердість за шкалою Кеніга. Ці параметри мають не просто бути вказані в паспорті продукту, вони повинні діяти комплексно. Тільки так створюється непроникний бар’єр проти води, кисню та агресивних хімічних речовин.

Алгоритм вибору системи покриттів згідно з ISO 12944

Процес вибору захисних матеріалів вимагає інженерного підходу. В Україні та світі для цього використовують єдиний стандарт ДСТУ EN ISO 12944.

Він класифікує навколишнє середовище за категоріями корозійної активності:

• C2 (низький). Сільські райони або сухі неопалювані склади.
• C3 (середня). Міська забудова та промислові зони з помірним рівнем забруднення.
• C4 (висока). Хімічні підприємства, портові споруди, вологі виробничі цехи.
• C5 (дуже висока). Зони з екстремальною вологістю, постійним конденсатом та агресивною промисловою атмосферою.

Алгоритм підбору базується саме на цих категоріях. Для зони C2 може вистачити одного шару якісної грунт-емалі. Але для об’єктів у категоріях C4 і C5 необхідна повноцінна тришарова система. Вона включає цинконаповнений грунт, товстошаровий проміжний епоксид бар’єрного типу та атмосферостійкий поліуретановий фініш.

Зверніть увагу! Універсальної фарби «від усього» не існує. При проектуванні захисту необхідно враховувати місцевий мікроклімат, напрямки вітрів, наявність хімічних парів та можливі механічні навантаження на конкретному об’єкті.

Помилка при виборі промислової фарби обходиться власнику бізнесу надто дорого. Передчасне руйнування покриття призводить до зупинки виробництва, складних піскоструминних робіт та дорогого повторного фарбування. Ризикувати ресурсами в таких питаннях недоцільно.

Розробку специфікацій антикорозійного захисту слід доручати профільним експертам. Інженери та технологи ТМ  “DIC”  (DNIPRO INDUSTRIAL COATING) мають багаторічний досвід роботи з об’єктами будь-якої складності. Вони детально вивчать ваше технічне завдання, визначать корозійне навантаження відповідно до стандартів ISO та запропонують науково обґрунтоване рішення.

Зверніться до технічних фахівців на офіційному сайті dicpaint.com. Правильно підібрана система покриттів ТМ  “DIC”  забезпечить бездоганну адгезію, надійну стійкість до УФ-випромінювання та оптимальну твердість полімерної плівки. Це гарантія того, що ваші металоконструкції прослужать десятки років без додаткових витрат на ремонт.