Если, однако, приложенное усилие действует значительное время и происходит вязкая деформация, то напряжение проходит через максимум (напряжение ползучести) и дальнейшая деформация образца приводит к его окончательному разрушению. Этот тип разрушения называют гибким. Сделаны попытки предсказать напряжение ползучести с использованием теории, основанной на уравнениях, изложенных в работе [21].

Важность времени и температуры при определении характера разрушения (хрупкое или гибкое) очевидна. В работе [22] рассмотрена применимость принципа WLF к исследуемым свойствам. В работе [23] обсуждались как теория, так и экспериментальные данные о влиянии содержания пигментов на механические свойства красочных пленок.

13.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ

13.4.1. Введение

В предыдущем разделе дан общий обзор вязкоэластических свойств полимеров и их интерпретация. Имеется много работ по экспериментальным методам определения вязкоэластических свойств пленок и интерпретации результатов. Поскольку многие из них представлены в журнале «Progress in Organic Coatings» или других легко доступных источниках, в этом разделе предлагается сжатое рассмотрение методик и результатов. Упомянутые обзоры можно использовать для более детального и полного изучения проблемы.

13.4.2. Экспериментальные экспресс-методы

Обзор таких методов дан в работе [24]. В большинстве из них используются свободные пленки, которые подвергаются растяжению с применением промышленных приборов. В испытании на ползучесть к образцу прилагается нагрузка и возникающая деформация измеряется как функция времени. Если нагрузку резко снять, можно исследовать также эластическую релаксацию. Специальный прибор для таких измерений описан в работах [25, 26].

В экспериментах по релаксации напряжения образец быстро растягивается до заранее определенной величины, и напряжение записывается как функция времени. Типичный прибор для этого описан в работе [27].

Во всех этих испытаниях используются свободные пленки. Из-за наличия внутренних напряжений часто дебатируется вопрос о том, насколько такие результаты применимы для оценки меха-ттческнх~свойств"-системв1~тгокрьгпге —-подложка. Но этой причине и для получения сопоставимых результатов испытаний покрытий при старении и при воздействии окружающей среды, удобно использовать относительно малые образцы покрытий, нанесенных непосредственно на подложку.

Для этих целей фирмой ICI сконструирован пневматический микроиндентор [28]. При перемещении нагруженной иглы внутрь пленки покрытия изменяется расстояние между поверхностью пластины и маленьким соплом, через которое подается воздух. Изменения давления, получающиеся вследствие этих перемещений, пневматически усиливаются и записываются на диаграммном записывающем устройстве. Образец вырезается из окрашенной пластины. На кончике иглы закреплен стальной или сапфировый шарик (радиус 0,001—0,025 см). Образец помещается на обогреваемую плиту под иглой. Температура плиты контролируется устройством Фригистора, которое позволяет выдерживать образец в пределах от —20 до -(-90° С в течение нескольких минут. Максимальное отклонение записывающего устройства соответствует перемещению иглы при вдавливании на 6 мкм. С диаграммного записывающего устройства можно снимать показания с точностью около 0,1 мкм, а точность измерения почти вдвое выше. Примеры кривых, полученных с помощью этого прибора для алкидных пленок в зависимости от температуры и времени климатических испытаний, приведены в статье [28]. По форме кривых определена характеристика механических свойств пленок, т. е. дан ответ на вопрос, проявляют ли пленки при испытаниях пластические, каучукоподобные, вязкоэластические или стеклообразные свойства. Теоретическая интерпретация несколько сложнее. Ее можно сделать с применением теории Герца [29] с дополнением [30,31] для вязкоэластических материалов. Следует, однако, иметь в виду, что силовое поле под вдавливающей иглой исключительно нелинейно: оно изменяется с глубиной вдавливания и зависит от нагрузки. Так, если толщина пленки слишком мала или глубина вдавливания слишком велика, это силовое поле может взаимодействовать с подложкой и изменять характер зависимости глубины вдавливания от времени. Моррис [32] оценил эти аспекты критически. Несмотря на это, прибор очень полезен: из дискового образца диаметром около 25 мм можно вырезать ряд малых образцов для исследований в течение всего времени климатических испытаний или для опытов с изменением температуры при вдавливании. Этим способом можно оценить температуру стеклования. Во всех случаях можно точно оценить изменения механических свойств при климатических испытаниях.


⇐ вернуться назад| |читать дальше ⇒