Нагревание - наиболее простой и распространенный способ перевода твердых пленкообразователей в вязкотекучее состояние, при котором обеспечивается слияние их частиц, формирование пленки сопровождается процессами:
· удаление воздуха из порошка;
· деформация частиц и вязкого течения материала;
· смачивание поверхности подложки расплавом краски;
· отверждение пленкообразователя (для термореактивных красок).
Как и в случаях других дисперсных систем, формирование покрытий из порошковых лакокрасочных материалов связано с деформацией и слиянием их частиц под влиянием поверхностной энергии [29].
Слияние частиц (рис. 3.20) с удовлетворительной скоростью протекает при вязкости расплавов 102...103 Па·с. При одной и той же вязкости пленкообразователи с высоким поверхностным натяжением (эпоксиолигомеры, σ = 50 мДж/м2) формируют покрытия быстрее, чем пленкообразователи снизким поверхностным натяжением (полифторолефины, σ = 20 мДж/м2).
При сплавлении уменьшается объем порошкового материала; усадка на стадии активного уплотнения, равно как изменение индивидуальных частиц при изотермическом нагреве, носят прямолинейный характер.
|
|
Слияние частиц порошковых материалов происходит по механизму вязкого течения. Движущей силой процесса является поверхностная энергия системы.
|
Рисунок 3.20 – Схема слияния двух частиц и роста контактного перешейка при плёнкообразовании (стрелками указано направление движения вещества и действия капиллярных сил):
R – радиус частицы; x – величина контактного перешейка; ρ – капиллярное давление
Капиллярное давление ρ (рис.3.20), достигает в начальной стадии процесса 102 Дж/м2 и более. Сплавление частиц порошковых красок может быть проведено в широком интервале температур; разумеется, чем ниже температура, тем длительнее этот процесс. Свойства покрытий, получаемых при разных температурах, неидентичны. Так, покрытия, изготовленные при низких температурах, как правило, более светлые, но менее гладкие, чем покрытия высокотемпературного сплавления. Механическая прочность и адгезия у них также могут быть различными.
Образование покрытия связано с установлением контакта полимера с поверхностью подложки. Полнота контакта зависит от смачивающей способности расплава, которая, в свою очередь, определяется энергетическими факторами системы полимер-подложка, а именно, убылью свободной поверхностной энергии на границе раздела твердое тело-жидкость-газ.
Так как твердые тела, служащие подложкой (металлы, силикаты и др.), являются высокоэнергетическими (σТГ = 500...2000 мДж/м2), они в большинстве случаев удовлетворительно смачиваются расплавами пленкообразователей, имеющими низкие значения поверхностного натяжения (σЖГ = 15...55 мДж/м2). Разумеется, в процессы смачивания вносят свои поправки адсорбционные и конверсионные слои, а также микрорельеф поверхности [29].
|
|
Смачивание и растекание улучшаются с повышением температуры формирования покрытий, при этом противодействующая сила, определяющая гистерезис смачивания, заметно уменьшается. Температурная зависимость растекания расплавов у разных полимеров неодинакова. Большое влияние на растекание оказывают деструктивные процессы. Один из эффективных путей улучшения растекания расплавов (даже с большим поверхностным натяжением) - тщательная подготовка поверхности покрываемых изделий и применение грунтовок.
Применение внешнего давления (прикатывание расплавленного порошка, действие центробежной силы) ускоряет деформацию частиц на подложке и способствует получению более ровных и качественных покрытий. Смачивание во многом определяет адгезионную прочность покрытий. Максимум адгезии соответствует завершению процесса сплавления частиц, при котором достигается предельная степень контакта полимера с подложкой. В этом отношении адгезионная прочность нередко может служить критерием оценки завершенности процесса образования покрытия.
В практических условиях покрытия обычно формируют на воздухе. При этом возможна термоокислительная деструкция полимеров; она протекает тем интенсивнее, чем выше температура нагрева и длительнее процесс.
Воздушная среда неблагоприятно сказывается и на передаче теплоты слою порошкового материала, а отсюда, и на скорости формирования покрытий.