Как определить массу сухого лакокрасочного покрытия?
Важность этого вопроса обусловлена тем, что на больших окрашенных площадях масса защитного покрытия может быть значительной, что создает дополнительную нагрузку на конструкцию. В частности, расчетом массы покрытия часто интересуются проектные организации, занимающиеся проектированием судов и судовых конструкций, однако круг лиц, испытывающих необходимость в подобной информации, не ограничивается только ими.
Наиболее точные значения массы сухого покрытия дает производитель лакокрасочного материала. Тем не менее, бывают случаи, когда массу покрытия приходится определять самостоятельно.
Ниже описан метод определения массы высохшего лакокрасочного покрытия с помощью таких характеристик ЛКМ, как объемная доля нелетучих веществ (сухой остаток по объему), плотность материала и плотность растворителя. Эти характеристики легко найти в документации производителя и других открытых источниках.
Метод имеет ряд погрешностей, о которых мы расскажем ниже, но в целом подходит для поставленной задачи.
Суть метода заключается в следующем. Теоретически, в контексте расчета массы высохшее покрытие отличается от жидкого материала на величину массы летучих веществ, испарившихся в процессе высыхания пленки. Это утверждение можно представить в виде формулы:
где
Мс – масса сухого покрытия;
Мж – масса жидкого покрытия, г;
Мл – масса летучих веществ, испарившихся в процессе высыхания.
Таким образом, задача определения массы высохшего покрытия сводится к расчету двух величин: массы жидкого покрытия и массы испарившихся летучих веществ.
Масса жидкого (только что нанесенного) покрытия определяется по формуле:
где
Мж – масса жидкого покрытия, кг/м2;
ТСП – толщина сухой пленки, мкм;
СО – объемный сухой остаток (объемная доля нелетучих веществ), %;
ρлкм – плотность лакокрасочного материала, кг/л;
10 – безразмерный коэффициент, обеспечивающий переход от одних единиц измерения к другим.
К летучим веществам, испаряющимся в процессе высыхания пленки, обычно относят растворители, входящие в состав лакокрасочного материала. Количество испаряющегося растворителя %р можно вычислить по объемному сухому остатку:
Таким образом, можно представить, что, зная сухой остаток лакокрасочного материала и плотность растворителя, можно вычислить массу испарившегося растворителя:
Объем мокрой пленки вычисляется по формуле:
где,
Vж – объем мокрой пленки, л/м2;
Объем растворителя в объеме мокрой пленки:
Масса растворителя в пленке:
Пример. Определим массу высохшего покрытия на одном квадратном метре окрашенной поверхности. Известно следующее:
– эпоксидное покрытие с плотностью 1,5 кг/л;
– толщина сухого слоя 100 мкм;
– объемная доля нелетучих веществ 75%;
– применяемый растворитель – ксилол (эта информация есть в технических описаниях на лакокрасочные материалы).
Расчет:
Определяем массу жидкого покрытия на одном квадратном метре:
Определяем объем жидкого покрытия на одном квадратном метре:
Объем растворителя в объеме жидкого покрытия составит:
Масса растворителя (плотность растворителя берем из паспорта безопасности на материал или других открытых источников):
Масса сухого покрытия:
Таким образом, масса покрытия на одном квадратном метре окрашенной поверхности в приведенном примере составит 172 г.
Приведенная процедура расчета содержит две существенные неточности, которые определяют погрешность всего метода:
- В процессе высыхания испаряться может не только растворитель. Так, например, акриловые смолы (которые являются основой для акриловых и полиуретановых лакокрасочных материалов) имеют сухой остаток менее 100%, а это означает, что после нанесения покрытия смола также теряет летучие соединения. Отметим, что эпоксидные смолы имеют сухой остаток, близкий к 100%, таким образом, для них этот фактор не имеет значения.
- В состав лакокрасочных материалов, как правило, входят не только те растворители, которые указаны в техническом описании. Более подробный перечень растворителей можно найти в паспорте безопасности на лакокрасочный материал.
Результат расчета будет более точным, если в расчет включить все летучие вещества с соответствующими плотностями каждого вещества. Однако, практика показывает, что, например, плотности различных растворителей, входящих в состав ЛКМ, не сильно отличаются друг от друга, и их разница не имеет большого влияния на результат расчета.
К погрешностям можно также отнести точность используемых чисел (количество цифр после запятой в дробях – производители ЛКМ в своих документах обычно делают округления), а также то, что на практике не весь растворитель может выходить из пленки в процессе сушки.
Все описанные погрешности могут создавать впечатление, что метод недостаточно точный и с осторожностью должен использоваться в практических расчетах. Безусловно, как мы указали выше, данные, предоставляемые производителем ЛКМ, будут более точными, но в действительности, сравнивая данные, полученные путем описанного выше расчета, и те числа, которые предоставляют производители, можно увидеть, что разница между ними не так уж и велика. Кроме того, необходимо помнить, что самая главная неточность заключается в другом: в расчетах обычно используют номинальную толщину покрытия, в то время как правильно пользоваться фактической измеренной толщиной. Но даже фактическая измеренная на объекте толщина пленки (как правило, это средняя толщина) все равно не обеспечит нужной точности расчета, поскольку учесть действительное распределение толщин по окрашенной поверхности невозможно.