Структура и технология нанокомпозиционных покрытий автомобильных агрегатов

Содержание 

 

Введение 2

Глава 1.     Литературный обзор по теме: «Структура и технология нанокомпозиционных покрытий автомобильных агрегатов» 3

1.1  Лакокрасочные материалы для защиты автомобильных агрегатов от коррозионного и  абразивного  воздействия 3

1.2 Методы нанесения лакокрасочных покрытий 6

1.3  Основные свойства лакокрасочных материалов и покрытий на их основе 7

1.4  Новые  технологии в нанокомпозиционных  покрытиях 9

Глава 2. Патентный обзор по теме: нанокомпозиционные  наполнители, технологии получения лакокрасочных композиций, структурные особенности строения 13

Глава 3.  Рецептуры: состав, технология, режимы 17

Глава 4.  Методическая часть 21

Глава 5.  Экспериментальная часть 25

Заключение 31

Список литературы 33

Приложение 35

 

 

 

 

Введение

 

       Автомобилестроение  на сегодняшний день является  одной из главных, перспективных  и важных отраслей промышленности.  Каждый из элементов автомобильных агрегатов эксплуатируется в определенных средах и подвергается атмосферным воздействиям и механическим повреждениям. Покрытия из ЛКМ для автомобильных агрегатов, должны обладать определёнными функциями: защищать от коррозии, от атмосферных воздействий, механических повреждений и обладать определенными свойствами (прочностью на истирание (износостойкость), стойкостью к царапанью, адгезионной прочностью и другими).  Для достижения этих свойств используют модификаторы. Несомненно,  на качество покрытия огромное влияние оказывает подготовка поверхности перед нанесением лакокрасочных составов и методы нанесения, а также толщина плёнки.

    Тема курсовой работы: «Структура и технология нанокомпозиционных покрытий автомобильных агрегатов» актуальна в рамках ее подготовки и призвана разрешить некоторые вопросы, которые связаны с повышением срока эксплуатации автомобильных агрегатов. В работе рассматриваются такие вопросы, как:

- составы и технологии получения лакокрасочных материалов для защиты автомобильных агрегатов от коррозионного и абразивного повреждений.

- методы нанесения лакокрасочных покрытий

- свойства ЛКМ,

-методики определения свойств лакокрасочных составов и покрытий и т.д.;

Задачи:

Выполнить практическую часть, в которой оценить  влияние минеральных наполнителей на свойства покрытия на основе эпоксидной эмали ЭП – 1267. В качестве наполнителей использовать кремень и трепел. 

Глава 1.     Литературный обзор по теме: «Структура и технология нанокомпозиционных покрытий автомобильных агрегатов»

1.1  Лакокрасочные материалы для защиты автомобильных агрегатов от коррозионного и  абразивного воздействия

Лакокрасочные материалы — составы (преимущественно жидкие, вязкотекучие или порошковые), которые после нанесения тонким слоем на твердую подложку высыхают с образованием твердой пленки — лакокрасочного покрытия.

Лакокрасочные покрытия, образуются в результате пленкообразования (высыхания, отверждения) лакокрасочных материалов, нанесенных на поверхность (подложку). К природным пленкообразующим относятся растительные масла, подвергнутые специальной обработке, смолы естественного происхождения (янтарь, канифоль, копалы и др.), битумы, белковые вещества (казеин, костный клей), специально обработанная целлюлоза и т.д.. Формирование пленки происходит в результате химических или физических процессов.[1]

Химический процесс формирования пленки возможен в случае использования  реакционноспособных компонентов, которые являются составными частями  ЛКМ и вступают в химическую реакцию  под воздействием внешней энергии  нагревания или облучения. Часто  используется комбинированный способ формирования покрытий, включающий в  себя как физический, так и химический методы, например, краска горячей сушки, содержащая растворитель.

 При этом первой стадией  образования пленки является  испарение растворителя, а затем  под воздействием высоких температур  — ее отверждение.

По составу и назначению ЛКМ  подразделяют на краски (в том числе  эмали), грунтовки, шпатлевки, лаки.

Лакокрасочные покрытия получают нанесением ЛКМ в несколько слоев (см. рис.1).

Рис. 1. Схема  защитного покрытия на основе лакокрасочных  материалов.

  1- защищаемая поверхность (металл.);  2- грунтовочный слой;

  3- шпатлевочный слой;  4-защитно-декоративный слой краски, эмали или лака.

Возможно нанесение отдельно краски  или эмали, с последующим покрытием ее лаком.

Сначала выбирается покрывной материал, пригодный  для заданных условий эксплуатации, а затем наносят грунтовку, которая обеспечивает хорошую адгезию, а также   замедляет электрохимическую  коррозию. Основа грунтовок — синтетические и природные пленкообразователи (алкидные, полиэфирные, эпоксидные смолы,  эфиры целлюлозы, растительные масла), часто используемые в виде растворов (лаков) или дисперсий. [2]

Многие  грунтовки содержат антикоррозионные  пигменты и наполнители. По механизму  защитного действия эти грунтовки  подразделяют на:

• изолирующие,
• пассивирующие,
• фосфатирующие,
• протекторные и преобразующие.

Шпатлевки наносят для выравнивания окрашиваемой поверхности (заполнение пор, мелких трещин и др. дефектов). Основа шпатлёвок — синтетические и природные пленкообразователи; другие компоненты — наполнители, пигменты и растворители (до 85-90 %).[3]

 По природе пленкообразователя  различают шпатлёвки:

• лаковые (основа — термопластичные или термореактивные синтетические смолы и лаки),
• масляные (основа — растительные масла, олифы);
• по природе растворителя — водорастворимые (главным образом клеевые) и водонерастворимые.

В зависимости от вида основы в состав шпатлёвок могут также входить  пластификаторы, отвердители, ускорители полимеризации, диспергаторы, стабилизаторы, и добавки. Отвердители вводят в  шпатлёвки непосредственно перед  их нанесением на поверхность.

Эмали и краски служат для получения наружного слоя лакокрасочного покрытия, который придает ему необходимый цвет, блеск, гладкость, устойчивость против воздействия окружающей среды, механическую прочность и химическую стойкость. Могут содержать также пигменты, растворители, пластификаторы, отвердители, сиккативы, стабилизаторы, структурообразователи и добавки.

Лаки служат для получения прозрачных покрытий или нанесения поверхностного слоя по слою эмали для увеличения блеска покрытия.

Общая толщина покрытия в случае использования традиционных лакокрасочных  материалов составляет обычно 60-100 мкм, иногда - до 300 -350 мкм. Средняя толщина одного слоя высохшего покрытия, нанесенного распылением, колеблется от 10 до 25 мкм. [4]

1.2 Методы нанесения лакокрасочных покрытий

 

Первым и простейшим способом нанесения ЛКМ является метод с использованием кисти. Несмотря на ряд бесспорных достоинств (простота и удобство нанесения ЛКМ), метод имеет определенные недостатки, прежде всего небольшую скорость окраски.

Использование валика вместо кисти  позволяет в значительной степени  повысить скорость окраски, в частности  больших и плоских поверхностей, но с его помощью трудно или  даже невозможно производить окраску  быстросохнущими лаками или материалами, имеющими высокую условную вязкость.

Первый шаг на пути заметного  увеличения скорости окраски и улучшения  декоративных свойств лакокрасочных  покрытий сделан при создании пневматического  распылителя жидкостей.

Практически во всех пистолетах для  пневматического распыления воздух, передвигаясь со скоростью около 30 м/сек, вызывает разрыв потока жидкости на капли диаметром 40-120 мкм, что позволяет красить со скоростью 30 /час. Однако в процессе применения пневматического распыления довольно быстро обнаружились негативные стороны: большие потери ЛКМ, увеличивающиеся с ростом скорости воздуха в пистолете, трудности при нанесении высоковязких материалов, высокая испаряемость органических растворителей.[5]

Для нанесения высоковязких красок большое развитие получила гидродинамическая  технология окраски — безвоздушное распыление. Окраска методом безвоздушного распыления — сложный процесс, требующий высокой квалификации оператора. Эта технология отличается от пневматического распыления, где краска наносится полосами, которые только в небольшой степени перекрывают друг друга. При безвоздушном распылении необходимо крестообразное ведение пистолета. Высокая производительность гидродинамической окраски (200-400 \час) эффективна при окрашивании больших поверхностей (например, бортов или палуб судов), но неудобна для окраски небольших элементов или при необходимости частой смены окрашиваемых поверхностей.

 Широкое распространение получил  метод электростатической окраски.

Главный принцип  метода заключается в том, что  жидкий ЛКМ, соприкасаясь с электродом, которым оборудован каждый электростатический краскораспылитель, получает высоковольтный отрицательный заряд (60—100 кВ), и  после распыления его частицы  направленно движутся к заземленному окрашиваемому изделию по силовым  линиям электростатического поля, возникающим  между краскораспылителем и изделием.

1.3 Основные свойства лакокрасочных материалов и покрытий на их основе

Степень перетира

Частички наполнителей или пигментов, входящие в состав краски, эмали, грунтовки и шпатлевки отличаются своими размерами. Наименьший размер частички имеют в составе эмали (5-10 мкм) и наибольший размер в шпатлевках (40-60 мкм и более). Уменьшение размера частичек происходит в процессе перетира наполнителей в мельницах различного устройства (краскотерки, шаровые, бисерные). [6]

Время и степень высыхания  покрытия

За время высыхания принимают  время, за которое покрытие определенной толщины с нанесенное на пластинку, достигает необходимой степени высыхания при заданных условиях сушки.

Степень высыхания характеризует  состояние поверхности покрытия при определенной температуре и  продолжительности сушки в стандартных  условиях испытания:

• высыхание от пыли - момент, когда на поверхности покрытия образуется тончайшая поверхностная пленка;
• практическое высыхание - пленка утрачивает липкость и изделие с лакокрасочным покрытием может подвергаться дальнейшим операциям;
• полное высыхание - окончание формирования покрытия на окрашенной поверхности.

Укрывистость - важнейший технологический показатель, характеризующий расход лакокрасочного материала на 1 окрашиваемой поверхности. Значение этого показателя определяет равномерность нанесения слоя лакокрасочного материала, что обуславливает его экономическую эффективность. Укрывистость зависит от оптических свойств пигмента, его дисперсности и объемной концентрации в связующем. Существенное влияние на укрывистость оказывают также химический состав, цвет и физико-химические свойства связующего, тип растворителя и др. 

Условная вязкость лакокрасочного состава должна быть таковой, чтобы не затруднять работу малярной кистью или валиками и не применять слишком высоких давлений при покрытии методом пневматического распыления. Условной вязкостью называют время непрерывного истечения в секундах определенного объема материала через сопло определенного размера.

Твердость - сопротивление, оказываемое покрытием при проникновении в него другого тела. Твердость пленки - одно из важнейших механических свойств лакокрасочного покрытия характеризующее прочность поверхности.

Адгезия - способность лакокрасочных покрытий к прилипанию или прочному сцеплению с окрашиваемой поверхностью. От величины адгезии зависят механические и защитные свойства покрытий.  

Водостойкость - способность лакокрасочного покрытия выдерживать длительное воздействие пресной или морской воды.

Атмосферостойкость - способность лакокрасочного покрытия сохранять в течение продолжительного времени свои защитные и декоративные свойства в атмосферных условиях. Срок службы зависит от климатических и специфических условий местности. К видам разрушений, связанным с потерей декоративных свойств лакокрасочных покрытий относятся: потеря блеска, изменение цвета, белесоватость, грязеудержание и др.

Дисперсность, характеризующаяся степенью измельчения порошка, зависит от его природы и методов изготовления. С дисперсностью связаны цветовые свойства пигмента, его красящая способность, укрывистость и маслоемкость.

 1.4 Новые  технологии в нанокомпозиционных  покрытиях

 

Инновационные покрытия с наночастицами (нанокраски и нанолаки)

Применяемый компанией Mercedes-Benz инновационный лак  с добавлением наночастиц по сравнению  с обычной автомобильной краской  имеет большую устойчивость к  царапинам и улучшенный глянец, что  позволяет продлить блеск еще на многие годы. Разработанный недавно прозрачный лак, который компания Mercedes-Benz использует в качестве внешнего покрытия, содержит наноразмерные керамические частицы.[7] Нанотехнологии обеспечивают интеграцию наноразмерных керамических частиц в молекулярную структуру связующего агента. Термореактивный акрил служит первичной основой лака; используются также варианты с термореактивными алкидными смолами и полиуретаном. Система из керамических частиц и лака отверждается в сушильном шкафу, создавая выраженно сетевидную чрезвычайно плотную и равномерную пространственную структуру на поверхности покрытия. Прозрачное покрытие с наночастицами образует защитный слой, который отличается значительно большей устойчивостью к царапинам, например, наносимым в процессе контактного мытья. Производители утверждают, что внедрение керамических наночастиц в это защитное наружное покрытие позволяет в 2-3 раза повысить устойчивость к царапинам, обеспечивая высокую стабильность глянца в течение длительного промежутка времени.[8]