Влияние толщины лакокрасочного покрытия на вероятность его растрескивания

Одним из распространенных видов отделки фасадов зданий является окраска лакокрасочными материалами [1–3]. В процессе эксплуатации в результате воздействия внешней среды происходит разрушение покрытия. В работах [1–3] для анализа причин разрушения лакокрасочных покрытий фасадов зданий использовалась диаграмма Парето, т. е. выделились в первую очередь приоритетные факторы, которые попадают в 80 % куммулятивной кривой. Авторами установлено, что список видов разрушений покрытий, составляющих 80 % кумму-лятивной кривой, состоит в основном из растрескивания и отслаивания покрытий [4], однако нередко наблюдается одновременно три типа разрушения: когезионный (растрескивание), адгезионный (отслаивание) и смешанный [5–10].

Условия адгезионного и когезионного разрушений имеют вид:

– адгезионное разрушение:

R а < R к ;                     (1)

– когезионное разрушение:

R к < R а ,                     (2)

где R а и R к - адгезионная и когезионная прочность покрытий.

Зависимость вероятности отслаивания P а от наблюдаемого значения когезионной прочности R _к и зависимость вероятности растрескивания P _к от наблюдаемого значения адгезионной прочности R _а имеет вид:

R к

Р а ( R _к ) = J f ( R а ) dR а ,           (3)

-∞

R а

Р к ( R а ) = J f ( R к ) dR к .           (4)

-∞

Значения когезионной и адгезионной прочности лакокрасочных покрытий на цементных основаниях зависят от большого числа факторов (шероховатость и пористость подложки, технологические факторы и т. д.), совокупность которых определяет вероятности того или иного типа разрушения [11].

Рассмотрим процесс разрушения покрытия с учётом соотношения его адгезионной и когезионной прочности, а также изменчивости его толщины [12–16].

Материалы и методы исследования

В работе применяли поливинилацетатцемент-ную ПВАЦ краску. Предел прочности при растяжении (когезионную прочность) определяли в соответствии с ГОСТ 18299-72* на разрывной машине ИР 5057-50. Для оценки адгезионной прочности применяли метод отрыва штампа (нормальный отрыв) по ГОСТ 32299-2013. Оценку состояния покрытия проводили в соответствии с ГОСТ Р 9.414-2012. Толщину покрытия измеряли микрометром МКЦ-75.

Результаты и обсуждения

Рассмотрим вероятность когезионного разрушения поливинилацетатцементного (ПВАЦ) покрытия, сформированного на цементной подложке. В табл. 1 приведены значения адгезионной и когезионной прочности ПВАЦ покрытия.

Таблица 1 Значения адгезионной и когезионной прочности ПВАЦ покрытия

№ п/п	R к , МПа	R а , МПа
1	1,4	1,0
2	1,7	1,3
3	1,8	1,4
4	1,8	1,4
5	1,9	1,5
6	1,9	1,5
7	2,0	1,6
8	2,0	1,6
9	2,0	1,7
10	2,1	1,7
11	2,1	1,7
12	2,2	1,8
13	2,2	1,8
14	2,2	1,8
15	2,3	1,8
16	2,3	1,9
17	2,3	1,9
18	2,5	2,1
19	2,5	2,1
20	2,8	2,4

Зависимость вероятности когезионного P_K(R_a) разрушения покрытий приведена на рис. 1.

Рис. 1. Вероятность когезионного P _к (R а ) разрушения ПВАЦ покрытия

Анализ полученных данных свидетельствует, что при значении адгезионной прочности до 1,3 МПа вероятность растрескивания ПВАЦ покрытия исключается. При значении прочности сцепления составляющей 2,1 МПа, вероятность растрескивания составляет 50 %. Таким образом, при достаточной прочности сцепления покрытия необходимо проведение исследований, направленных на повышение когезионной прочности.

На рис. 2 приведены результаты расчета вероятности растрескивания ПВАЦ покрытия в зави-

Рис. 2. Зависимость когезионной прочности ПВАЦ покрытий от их толщины

симости от его толщины. Обработка экспериментальных данных (рис. 2) показывает, что зависимость описывается уравнением Вейбулла:

R к = K ⋅ h ⁿ ,

где h – толщина покрытия; K , n – коэффициенты.

После обработки экспериментальных данных методом наименьших квадратов зависимость (7) имеет вид

R k = 2,5 ■ h ²’³³ .                  (8)

Получена зависимость среднеквадратического отклонения величины R _k от толщины покрытия g_r ( h ), которая имеет вид: к

- 1,8

о R = 0,4 - 0,15 ■ e - ^h   .           (9)

Величина когезионной прочности R к является случайной и подчиняется нормальному закону распределения [17–19]:

f ( R ) =

_____________1_____________ л/2П^ (A - B ■ e-С■ hd)

_ 1

_ 1 ( R k - K ■ h n )^{2 2}( A - B ■ e ^- С ■ hd )² e                     .

Была рассчитана вероятность растрескивания от толщины при различной прочности сцепления R _a покрытия (рис. 3).

Вероятность растрескивания P ( R _к < R _а ) как функция от толщины h и прочности сцепления R _a будет описываться поверхностью, представленной на рис. 4.

В табл. 2 приведены значения вероятности растрескивания для некоторых значений толщины и прочности сцепления покрытия.

Таким образом, вероятность растрескивания покрытия определяется значениями когезионной и адгезионной прочности и его толщины. Для повышения стойкости покрытий к растрескиванию следует стремиться к получению тонкослойных покрытий с высокими значениями когезионной прочности.

P(Rк

Рис. 3. Зависимость вероятности растрескивания от толщины ПВАЦ покрытия

Ra = 1,5 МПа

Ra = 1,7 МПа

Ra=1,9 МПа

Рис. 4. Зависимость вероятности когезионного разрушения от толщины покрытия и прочности сцепления

Таблица 2

Некоторые значения вероятностей когезионного разрушения ПВАЦ покрытия

Значение адгезионной прочности, МПа		Толщина покрытия h, мм
		0,5	3
Ra, МПа	1,0	1,05х10-9	0,019
	1,7	0,000012	0,6999
	2,5	0,014	0,9999

Выводы

Установлены закономерности изменения когезионной прочности от толщины покрытий.

Установлена зависимость вероятности растрес кивания от толщины и прочности сцепления по крытий.