Определение твердости ЛКП

Тимур ИВАНОВ, руководитель испытательного центра  ООО «Рутил» (Санкт-Петербург)

 

Твердость, так же как эластичность и прочность пленки при растяжении, является одним из основных механических деформационных свойств лакокрасочных покрытий. Этот показатель отражает степень отверждения покрытия, его когезионную прочность и позволяет судить о применимости ЛКП в тех или иных условиях эксплуатации.

 

Методы определения твердости во многом заимствованы из металловедения, их можно разделить на статические и динамические.

 

К статическим относятся методы, в основе которых лежит оценка вдавливания в поверхность лакокрасочного покрытия какого-либо твердого предмета - индентора, деформацией которого можно пренебречь, или царапанья поверхности образца.

 

Твердость покрытия по Бухгольцу: прибор измеряет твердость покрытий, которая определяется по величине длины отпечатка от продолжительного (30 с) вдавливания индентора. Результат испытаний выражается в виде функции обратной величины длины вдавливания (ГОСТ 22233 (ISO 2815).

 

Твердость покрытия по Шору (ГОСТ 24621 (ISO 868): определяется по глубине проникновения в материал индентора (закаленной стальной иглы) под действием калиброванной пружины, входящих в состав дюрометра. В стандарте ASTM D 2240 введены 12 различных шкал для материалов с различной твердостью. Для испытаний ЛКП обычно используют тип D.

 

Твердость при вдавливании обратно пропорциональна глубине вдавливания и зависит от модуля упругости и вязкоэластичных свойств материала. На получаемые результаты влияет форма индентора и прилагаемая к нему сила, поэтому между результатами, получаемыми при испытаниях с дюрометрами разных типов или другими приборами для измерения твердости, не может быть прямой зависимости.

 

Рис. 1. Шкала твердости карандашей

5Н   4Н    ЗН9Н    8Н    7Н   6Н Самый твердый

 

 

 

Определение твердости лакокрасочного покрытия по карандашу (метод Вольффа-Вильборна): в основе метода лежит сопротивление внешнего слоя лакокрасочного покрытия воздействию карандаша с грифелем определенных размера, формы и твердости. Используют шкалу специально заточенных карандашей (рис.1) в диапазоне от 9В до 9Н. За результат испытаний принимается значение самого твердого карандаша, не оставившего повреждения покрытия в виде вмятины или царапины. ГОСТ Р 54586-2011 (ISO 15184:1998). Наибольшее распространение метод получил для определения твердости порошковых полимерных покрытий, однако до недавнего времени в национальной системе стандартизации не упоминался и был описан лишь в ГОСТ Р 52146-2003.

 

К динамическим методам определения твердости ЛКП относятся маятниковые методы, в основе которых лежит принцип: амплитуда колебаний маятника, касающегося поверхности покрытия, уменьшается тем быстрее, чем мягче эта поверхность. Маятник, опирающийся на окрашенную поверхность, приводят в колебательное состояние. Измеряют время, за которое амплитуда колебаний уменьшится на точно установленную величину. Более короткое время изменения амплитуды колебания маятника соответствует более низкой твердости. Наибольшее распространение получили два типа маятников: Кенига (рис.2) и Персоза. Они различаются по геометрии и массе, и для ЛКП с низким коэффициентом трения не подходит маятник Персоза. В стандарте ГОСТ Р 52166-2003 (ISO 1522:1998) проводится определение времени, в течение которого амплитуда колебаний уменьшилась на установленную величину. Стандарт ГОСТ 5233-89 предлагает определение твердости ЛКП в относительных единицах как соотношение количества колебаний затухания маятника на испытуемом и контрольном (стеклянном) образцах, тем самым уменьшая воздействие окружающей среды на определяемую величину.

 

Метод определения твердости выбирают в зависимости от вида ЛКМ и от образуемой поверхности, например, на рельефных лакокрасочных покрытиях не рекомендуется использовать маятниковые методы; или от типа подложки: для покрытий по дереву используется метод испытаний на вдавливание индентора - четырехугольной пирамиды, аналогичный методу по Виккерсу (ГОСТ 16838-71). Также необходимо учитывать условия проведения испытаний - определение твердости маятниковыми методами является только стационарным.

 

Твердость может служить как показателем качества готового ЛКП, так и входящих в состав лакокрасочных материалов компонентов, а также являться альтернативой в определении степени высыхания/отверждения покрытия. Так, в спецификации MIL-PRF-81904C(AS) с помощью метода определения твердости по Шору (ASTM D 2240) контролируется полнота отверждения покрытия. Также при испытаниях покрытия на стойкость к погодным воздействиям и повышенной влажности, наряду с адгезионными, установлены критерии пригодности покрытия по изменению твердости.

 

Рис.2