Инспектирование
Определение адгезии методом отрыва
Ранее мы рассказали, что такое адгезия, описали типы адгезионных связей, а также вкратце рассмотрели специфику метода решетчатого надреза. Данная статья будет посвящена методу отрыва.
Метод отрыва заключается в том, что к окрашенной поверхности приклеивается цилиндрическая заготовка (так называемый «грибок» – название обусловлено формой заготовки), которая с помощью специального устройства (адгезиметра) отрывается от поверхности, при этом регистрируется усилие отрыва, необходимое для нарушения адгезии или когезии в испытуемом покрытии, которое и является мерой адгезии и результатом теста. Данный метод описывается в стандартах ISO 4624, ISO 16276-1 и ГОСТ 32299-2013. Кроме того, различные производители выпускают оборудование для проведения тестов на адгезию, прилагая к нему процедуры выполнения тестов на базе указанных стандартов. Метод отрыва является разрушающим, так как приклеенный грибок с покрытием физически отрывается от поверхности. Давайте рассмотрим основные факторы, влияющие на проведение и результат теста.
Время выдержки покрытия до проведения теста. Очевидно, что к моменту выполнения теста покрытие должно обладать необходимой прочностью, иначе тест будет бессмысленным. Сколько же времени нужно ждать, чтобы тест на адгезию был релевантным?
Принято считать, что нанесенное покрытие приобретает свою прочность после завершения отверждения. Продолжительность отверждения или время выдержки до начала испытаний, как правило, указывается производителем покрытия в технической документации. Таким образом, оптимальная продолжительность выдержки определяется в соответствии с рекомендациями производителя.
Для двухкомпонентных покрытий производители обычно устанавливают выдержку до проведения теста в течение 10-14 дней при нормальной температуре. При отсутствии рекомендаций от производителя, ISO 16276-1 рекомендует выдерживать покрытие в течение не менее 10 дней при наличии хорошей вентиляции, температуре поверхности более 150С и относительной влажности не более 80%.
Для покрытий, находящихся в эксплуатации, вопрос выдержки перед тестом может также быть актуальным – в зависимости от того, в каких условиях эксплуатировалось покрытие. Например, покрытия судовых балластных танков эксплуатируются в условиях попеременного погружения в морскую воду и высокой влажности, что приводит к тому, что часть морской воды удерживается в пленке. Если выполнять тест на адгезию без вентилирования танка в течение достаточного времени, то результат теста будет заниженным.
Отдельного внимания заслуживает тема выдержки однокомпонентных покрытий, большинство из которых имеют физический или кислородный механизм отверждения (подробнее см. здесь). Отверждение таких покрытий в силу природы их физико-химических процессов происходит медленнее, чем у двухкомпонентных покрытий, соответственно, их выдержка перед началом тестов на адгезию должна быть более длительной.
Клей. Комплект оборудования, как правило, включает в себя клей, применяемый для теста. Обычно это высокопрочные клеи, обладающие большой адгезионной и когезионной прочностью. В некоторых случаях недостатком таких клеев является их долгое время отверждения – иногда производитель рекомендует выдерживать клей в течение суток или даже более перед проведением теста. Именно по этой причине для тестов часто применяют альтернативные клеи, также обладающие высокой прочностью на разрыв и широкодоступные для покупки в магазинах.
В целом, адгезионная и когезионная прочность клея должна быть выше, чем прочность покрытия, в противном случае разрыв будет происходить по клею, а не по покрытию, и оценить адгезию покрытия будет невозможно. Рекомендуется применять цианоакрилатные и эпоксидные клеи, в некоторых случаях также применяются полиэфирные составы.
На практике встречаются ситуации, когда клей оказывает химическое воздействие на покрытие – особенно часто такой эффект возникает при тестировании однокомпонентных покрытий, чувствительных к веществам, отверждаемым химическим способом (двухкомпонентные клеи как раз являются такими веществами). В этом случае покрытие размягчается, соответственно, его прочность будет ниже. При работе с такими покрытиями нужно особенно тщательно подходить к выбору клея. Отметим, что размягчение покрытия может также происходить при его обезжиривании сильными растворителями перед приклеиванием грибка.
Грибки. Изготавливаются из стали или алюминия. Обязательным требованием к грибкам является соответствие их диаметра требованиям стандартов: в подавляющем большинстве случаев используются грибки с номинальным диаметром 20 мм. Если диаметр грибка будет отличаться от установленного значения, то результат теста – усилие отрыва – будет ошибочным.
При отрыве часть тестируемого покрытия остается на поверхности грибка, соответственно, возникает необходимость в его удалении и очищении рабочей поверхности. Многие используют для очистки наждачную бумагу, т.е. удаляют покрытие «сошкуриванием». В этом случае нужно соблюдать осторожность, чтобы не нарушить плоскостность рабочей поверхности наждачной бумагой – если поверхность будет неровной, то результат теста опять же будет ошибочным. Более эффективным способом очистки грибка является его нагрев с последующим удалением покрытия: для нагрева можно использовать промышленные термощипцы или даже небольшой утюжок (прикладывать который нужно, разумеется, к чистой неокрашенной поверхности во избежание загрязнения утюга), и поскольку термостойкость большинства покрытий (эпоксидных и полиуретановых, в частности) ограничивается 1200С, то после достижения этой температуры покрытие можно будет легко соскрести шпателем или ножом.
Тип разрывного устройства. Существует несколько типов разрывных устройств (адгезиметров) в зависимости от их принципа действия: механические, гидравлические и пневматические. Наиболее популярными в настоящее время являются механические и гидравлические адгезиметры. В механическом адгезиметре сила отрыва создается за счет кручения (вручную или с помощью специальном ключа), в гидравлическом – за счет давления, создаваемого гидравлической жидкостью. При сравнивании приборов этих типов нужно понимать, что в идеальной ситуации сила отрыва должна быть аксиальной, то есть вектор этой силы должен совпадать с центральной осью грибка – только в этом случае результат теста будет наиболее точным. Из двух перечисленных типов адгезиметров этому условию лучше всего отвечают гидравлические адгезиметры, в то время как в механических адгезиметрах при скручивании образуется поперечное усилие, которое изменяет направление вектора силы отрыва. Клеи и покрытия не обладают большой прочностью при действии поперечных сил, таким образом, отрыв грибка при использовании механического метода происходит раньше, чем при использовании гидравлического метода – соответственно, усилие отрыва на механическом адгезиметре будет меньше. Таким образом, результат определения адгезии при использовании гидравлического адгезиметра будет выше, чем при использовании механического устройства. Некоторые окрасочные спецификации учитывают этот фактор, указывая требуемую адгезионную прочность отдельно для различных типов адгезиметров.
Рис.1. Механический адгезиметр Elcometer 106. Источник: www.elcometer.com.
Рис.2. Гидравлический адгезиметр Elcometer 508. Источник: www.elcometer.com.
Характер отрыва. Характер разрыва играет первостепенную роль при интерпретации результата теста. Несмотря на то, что прямым результатом теста является усилие отрыва, заключение об адгезии покрытия может быть сделано только с учетом характера разрыва.
Самым «благоприятным» и ожидаемым разрывом покрытия считается когезионное разрушение, т.е. разрыв в пределах какого-либо из слоев системы. Если говорить о двухкомпонентных покрытиях, т.е. покрытиях, отверждение которых происходит за счет химической реакции между двумя компонентами (такими покрытиями, в частности, являются широкораспространенные эпоксидные и полиуретановые материалы), то полная полимеризация таких покрытий происходит в течение нескольких месяцев, при этом покрытие будет набирать прочность вплоть до завершения всех полимеризационных процессов. То есть если проверка адгезии этих покрытий выполняется вскоре после нанесения, и разрушение имеет когезионный характер, то с высокой степенью уверенности можно утверждать, что впоследствии адгезия будет выше (разумеется, если покрытие было нанесено правильно).
Адгезионные разрывы (т.е. разрывы между слоями или отрыв системы от подложки) менее желательны, так как именно слабость адгезионных связей рано или поздно становится причиной разрушения покрытия.
Обычно разрыв происходит по смешанному типу, т.е. одновременно присутствуют адгезионные разрушения (по разным слоям и от подложки), когезионные (внутри различных слоев), а также разрывы по клеевому слою (также адгезионные и когезионные по своему характеру). В протокол теста вписываются все типы разрывов, а также их площади в процентном выражении по отношению к площади контактной поверхности грибка.
Рис.3. Пример смешанного адгезионно-когезионного разрыва.
Допустимые значения адгезии. Какой же должна быть адгезия? Ответ на этот вопрос дает СП 28.13330.2017 «Защита строительных конструкций от коррозии», который указывает, что адгезия покрытия по методу нормального отрыва по ГОСТ 32299 должна быть не менее 2,5 МПа для каждого измерения. Если усилие отрыва оказывается менее 5 МПа, то должно быть полное отсутствие адгезионного разрушения (0% площади) между сталью (или металлизированным покрытием) и первым слоем лакокрасочной системы; если усилие отрыва оказывается 5 МПа и более, то характер отрыва не регламентируется.
В целом, стандарты обычно не дают необходимые нормативы, отсылая к требованиям конкретных проектов, и такой подход можно назвать правильным, ведь требования к адгезии зависят от условий, в которых будет эксплуатироваться покрытие, типа покрытия, ожидаемой долговечности и ряда других факторов.
Если проанализировать требования различных окрасочных спецификаций и стандартов организаций, то можно обнаружить, что для двухкомпонентных покрытий норматив адгезии обычно составляет от 3 до 6 МПа. Некоторые спецификации оговаривают характер разрыва и допускают меньшее усилие отрыва при когезионном разрыве, вместе с тем требуя большее усилие при адгезионном разрушении. Кроме того, можно встретить проекты, которые определяют норматив адгезии в зависимости от типа применяемого адгезиметра.
Для однокомпонентных покрытий норматив адгезии меньше, чем для двухкомпонентных, и обычно составляет 2-3 МПа.
Интерпретация результатов теста и заключение о достаточности адгезии. Рассмотрев основные факторы, влияющие на результат теста на адгезию, мы подошли к самому главному вопросу – как интерпретировать полученные данные и определить, является ли найденная величина адгезии достаточной для тестируемого покрытия. Наверное, из всего сказанного выше вы уже поняли, что руководствоваться только полученным усилием отрыва при интерпретации результатов теста не всегда является верным решением. Конечно, если полученное усилие отрыва существенно превышает необходимую норму, то вам, вероятно, не о чем беспокоиться и можно не учитывать остальные факторы, однако, в таком случае полной информации об адгезии вашего покрытия вы не получите.
В дополнение к описанным выше факторам, которые должны быть учтены при оценке результата теста, необходимо также иметь в виду следующее:
- Ни один из перечисленных выше стандартов не предполагает оценку адгезии по одному отрыву. В соответствии с ISO 4624 и ГОСТ 32299 необходимо выполнить шесть отрывов, после чего определить среднее значение, которое и будет являться результатом теста, а ISO 16276 вообще допускает, что усилие одного из десяти выполненных отрывов может находиться в диапазоне от 20 до 60% заданного значения, в то время как лишь две трети отрывов должны быть не менее этого значения. Таким образом, если вы произвели один отрыв, и усилие отрыва ниже требуемого, то еще не означает, что ваше покрытие дефектное.
- Метод оценки адгезии отрывом является достаточно субъективным, т.е. усилие отрыва само по себе может быть непоказательным. Некоторые стандарты указывают, что данный метод наиболее эффективно использовать для сравнения адгезии различных покрытий.
Здравствуйте. Прошу подготовить коммерческое предложение на испытание на адгезию методом отрыва нанесенного слоя грунтовки на трубу
Здравствуйте, Аркадий. Спасибо за обращение. Отправлю Вам сообщение в почту