6.2. Факторы, влияющие на механические свойства покрытий

Механические свойства покрытий зависят от структуры и условий их получения. Так, прочность пленок возрастает с увеличением молекулярной массы полимера, степени кристалличности, числа мостичных связей (в случае пленок трехмерного строения).

В случае полиолефинов установлена зависимость между равновесным модулем упругости Е¥ и степенью кристалличности a:

Е¥ = А×еk×a,                                                                            (6.1)

где А и k - постоянные; А=33,9; k=0,044.

Модуль упругости коррелирует с твердостью покрытий и прочностью при растяжении.

Прочность при растяжении и относительное удлинение пленок уменьшаются с ростом надмолекулярных структур. Образцы со сферолитами диаметром ³300 мкм имеют дефекты в пограничных участках структур и хрупко разрушаются при деформациях £5-15%.

Механическая прочность и способность пленок к деформации изменяются при структурировании. Причем, в случае олигомеров (эпоксидные, мочевиноформальдегидные, полиэфирные). Эти характеристики улучшаются с возрастанием плотности трехмерной сетки, а для полимеров - наблюдается экстремальная зависимость прочности от числа поперечных связей. Деформируемость покрытий при этом уменьшается, т. е., используя в лаках и красках разные полифункциональные структурирующие добавки и варьируя условия отверждения (сушки) покрытий можно регулировать их механические свойства.

Механические свойства пластифицированных и пигментированных покрытий также зависят от содержания модифицирующего компонента, химической природы, размера и формы частиц пигмента, а также от его взаимодействия с пленкообразователем. Например, чешуйчатые и волокнистые пигменты и наполнители в большей мере усиливают пленкообразователи, чем наполнители изометрической формой частиц. Отмечается больший эффект усиления у аморфных полимеров, чем у кристаллических.

При увеличении пористости покрытий прочность пленок снижается. Прочность не всегда одинакова у пленок разной толщины: существенное значение оказывает на прочность и способ получения покрытия. Прочность адгезированных и неадгезированных пленок примерно одинакова. Временная зависимость прочности покрытий:

t = А×е-k×s,                                                                             (6.2)

где А и k - постоянные.

Это уравнение применяется для оценки долговечности покрытий в изотермических условиях. Прочность зависит и от скорости деформации:

sр = a×un,                                                                                (6.3)

где u - скорость растяжения; a и n - постоянные.

Скорость приложения нагрузки сказывается и на величине деформации: чем больше u, тем меньше e.

Прочностные и деформационные свойства покрытий сильно зависят от температуры. С повышением температуры происходит уменьшение модуля упругости, твердости, прочности при растяжении и изгибе и долговечности покрытий; относительное удлинение пленок при разрыве возрастает.

Температурная зависимость прочности имеет вид:

sр = s0×,                                                                      (6.4)

где s0 - прочность при исходной температуре.

Прочностные показатели покрытий изменяются при изменении характера окружающей среды. Так, в результате адсорбции поверхностью пленки жидких или газообразных продуктов возможно как понижение ее прочности (эффект Ребиндера), так и повышение за счет залечивания локальных микротрещин. При переходе от газообразных сред к жидким прочность и долговечность покрытий снижается.