Методы контроля качества порошковых покрытий

В статье представлен обзор основных методов контроля качества порошковых покрытий, а также даны сведения о возможных причинах дефектов покрытий, с которыми каждый день сталкиваются производители.

Главный показатель высокого качества финишных покрытий (Пк) — правильно отлаженный производственный процесс, состоящий из множества операций. Чтобы процесс был постоянным, необходимо устанавливать и строго соблюдать программу управления качеством. Контролировать нужно все — от входного сырья до готовых изделий, и каждый сотрудник должен быть вовлечен в этот процесс. Условия высоких результатов:

-    жесткое соблюдение технологического регламента;

-    выработка единых стандартов между поставщиком и потребителем;

-    непрерывное совершенствование процесса, устранение производственных потерь;

-    постоянное обучение персонала;

-    ежедневный контроль качества;

-    ведение и хранение отчетности.

Как правило, качество Пк оценивают по внешнему виду поверхности, физико-механическим свойствам и устойчивости к воздействию окружающей среды.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ВНЕШНЕГО ВИДА ПОКРЫТИЯ

Состояние внешнего вида, блеск и цвет — важные характеристики Пк. Цвет Пк можно оценивать визуально, сравнивая с эталоном, либо с помощью специальных измерительных приборов. Зачастую численные показатели приборов трудно соотнести с субъективной визуальном оценкой, поэтому их можно рассматривать как метод ежедневного контроля, для выявления отклонений. Ведущим мировым производителем таких приборов является компания X-rite, спектрофотометры которой измеряют цвет покрытий с очень высокой точностью. Числовые значения представлены в трехмерных координатах по осям L, a, b. О соответствии цвета партии эталону обычно судят по разнице (отклонению), которая автоматически вычисляется прибором и отображается в виде ΔL, Δa, Δb.

Визуальный осмотр Пк и его сравнение с эталоном — первый шаг в процессе принятия решения. И это естественно, так как у конечного потребителя продукции нет специальных устройств для проверки цвета, и он будет оценивать Пк визуально. Осмотр проводят при дневном свете, который соответствует стандартному спектру D65, под одним и тем же углом наклона. Световые условия для оценки имеют очень большое значение, поскольку наблюдаемый цвет есть функция отражательных свойств Пк, источника света и цветового зрения отдельного наблюдателя. Образец и мастер-панель, полностью совпадающие по цвету при одном источнике света, могут заметно различаться при другом, если цветовая композиция не одинакова. В лабораторных условиях используют специальное устройство для визуальной оценки характеристик цвета в стандартных, строго контролируемых условиях освещения — шкаф, оснащенный пятью основными источниками света (дневной, люминесцентный, «солнце над горизонтом», «лампа накаливания» и УФ); область наблюдения защищена от внешних источников света, а внутренние стенки окрашены в нейтральный матовый серый цвет, поглощающий блики и исключающий «загрязнение» образца. Цветовая температура в таких устройствах колеблется от 2000 до 7500 °К.

Блеск — это способность поверхности отражать свет без рассеяния. Блеск Пк, как и цвет, напрямую зависит от свойств и качества самого Пк. Например, у сильно не-доотвержденного Пк блеск будет высоким, а при пере-отверждении коэффициент блеска уменьшается.

Инструментальное измерение блеска лишь приблизительно соответствует визуальной оценке, но оно необходимо, чтобы отслеживать равномерность, возможное ухудшение или износ Пк. В приборах для измерения блеска используется фотоэлектрический метод. На измеряемую поверхность под определенным углом направляют пучок света постоянной силы и определяют количество (интенсивность) отраженного света. Показатель блеска представляют как значение отражения поверхности по отношению к эталону из черного стекла. Как правило, блеск не измеряют на текстурированных или очень грубых поверхностях. С 1 января 2008 г. в России действует новый ГОСТ Р 52663-2006 — модифицированный международный стандарт ИСО 2813:1994 «Краски и лаки. Определение блеска лакокрасочных покрытий, не обладающих металлическим эффектом, под углом 20°, 60° и 85°». Стандарт устанавливает метод определения блеска под углами 20° — для поверхностей с зеркальным блеском, 60° — для среднего уровня блеска, 85° — для тестирования поверхностей с очень низкой степенью глянца, например, лаки soft touch. Общепризнанным мировым лидером в производстве таких измерительных приборов является компания BYK.

Коэффициент контрастности — еще одна характеристика внешнего вида Пк, определяющая его способность делать невидимым цвет подложки при равномерном нанесении. Согласно российским стандартам, укрывистость выражается в граммах пигментированного материала, необходимого для укрытия 1 м² поверхности. В Европе, как правило, укрывистость порошковых красок выражают в кг/м2. При визуальном определении укрывистости краску наносят слоями до полного исчезновения границы между черными и белыми участками поверхности. Поверхность считается полностью укрытой, если коэффициент контрастности, т.е. отношение коэффициента отражения покрытия над черной подложкой к коэффициенту отражения над белой подложкой превышает 0,98. При инструментальной проверке укрывистости применяют спектрофотометр.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОКРЫТИЙ

Толщина пленки напрямую влияет на эксплуатационные качества Пк и определяет расход материала. Для неразрушающего контроля обычно применяют толщиномеры, основанные на магнитном, вихретоковом или ультразвуковом методе действия. Толщину Пк на сталях измеряют магнитными измерителями, алюминиевых и титановых подложек — измерителями, работающими на принципе вихревых токов, неметаллические подложки (пластик, древесина, бетон, дерево) — ультразвуковым методом. Стандартный диапазон измерения толщины — от 0 до 2000 мкм. Наиболее известные производители подобного оборудования — Fischer, QuaNix, Elcometer, DeFelsco, из отечественных стоит отметить компанию «Константа».

Контроль толщины пленки необходимо проводить ежедневно и вести соответствующую отчетность, так как в случае отклонения этого показателя от стандарта эксплуатационные качества Пк могут снизиться. Недостаточная толщина Пк уменьшает коррозионную или химическую стойкость. Высокая толщина Пк может стать причиной уменьшения механической прочности, например, его растрескивания или повышенной колкости. Следует учитывать, что показания толщиномера на краях изделия могут быть необъективными вследствие утолщения кромок в процессе окраски, поэтому стандартные измерения лучше проводить на некотором отдалении от краев образца. Измерять можно только полностью отвержденные и остывшие поверхности, в противном случае результаты будут недостоверны.

Количество контрольных точек и их местоположение должны быть такими, чтобы получать объективные данные о состоянии лакокрасочного Пк. И не стоит забывать о калибровке прибора, частота которой описана в инструкции по эксплуатации.

Прочность при ударе — одно из основных физикомеханических свойств порошкового Пк, показывающее его способность выдерживать ударные воздействия. Удар со стороны покрытия расценивается как прямой удар, со стороны подложки — как обратный. При этом испытании важно учитывать толщину покрытия и эластичность подложки. Прибор для измерения удара называется копер. Результаты испытания выражают в сантиметрах высоты падения груза массой 1 кг, а полученное значение представляет собой максимальный удар, не нарушающий целостность покрытия при стандартной толщине. Важно помнить, что толщина пленки напрямую связана с ударопрочностью, поэтому при увеличении толщины пленки стойкость покрытия к удару снижается. Как правило, порошковые покрытия имеют хорошую ударопрочность, но некоторые покрытия с наивысшей степенью стойкости, например, к химическим веществам, не всегда ударопрочны.

Тест на прочность при вытяжке определяет долговечность и антикоррозионную стойкость Пк при деформации изделия. Каждая деталь с покрытием отдельно, в составе изделия или конструкции испытывает статические и динамические воздействия, и Пк должно сохранять свою высокую адгезию, на нем не должны появляться трещины и отслаивания. Для определения прочности Пк и установления срока его эксплуатации важно провести комплекс испытаний, в частности испытание вытяжкой на штампе Эриксена. Международный стандарт ИСО 1520 «Определение прочности лакокрасочных покрытий при чашеобразном изгибе» (вытяжка покрытия по Эриксену) и российский ГОСТ 29309 определяют метод измерения прочности лакокрасочных покрытий при растяжении. Метод основан на измерении глубины выдавливания металлической пластины с покрытием в момент его разрушения при вдавливании сферического пуансона.

В процессе выдавливания металлической пластины имитируются статические нагрузки, действующие на покрытие в процессе его эксплуатации. Штамп Эриксе-на измеряет глубину выдавливания пуансона с погрешностью не более 0,1 мм. Контроль разрушения покрытия проводят визуально или при помощи лупы с 4- или 10-кратным увеличением. Прочность покрытия при растяжении определяется глубиной вдавливания пуансона в пластину, выраженной в мм. Из наиболее известных отечественных производителей такого оборудования можно назвать «Градиент-Техно».

Адгезия — основная характеристика, определяющая эксплуатационную долговечность любого покрытия; показывает силу сцепления между пленкой и подложкой. В большей степени адгезия зависит от чистоты поверхности, правильного выбора и предварительной подготовки подложки, а также от условий формирования покрытий. Величина адгезии напрямую влияет на ударопрочность и гибкость Пк, а также на его стойкость к атмосферным воздействиям и коррозии.

Наиболее распространенный, простой и оптимальный метод проверки адгезии одно- и многослойных покрытий — метод решетчатых надрезов ( ISO 2409, ГОСТ 15140). Адгезиметры бывают двух типов: с плоским лезвием и с круглой фрезой. Фрезы изготавливают из высококачественной закаленной стали, они имеют 6 параллельных режущих кромок с расстоянием 1, 2 или 3 мм.

Второй метод проверки адгезии — метод прямого отрыва покрытия от подложки, на которое оно нанесено. Специальный прибор измеряет усилие отрыва различных лакокрасочных материалов. Принцип работы прибора основан на измерении усилия отрыва приклеенных к Пк цилиндров различного диаметра. Сила, необходимая для удаления покрытия, и представляет собой значение адгезии.

При неудовлетворительной адгезии необходимо выявить причины ее появления. И начинать следует с проверки подготовки изделия перед окрашиванием. Несмотря на то что адгезия порошковых красок несколько лучше, чем жидких, присутствующие на поверхности изделия примеси и загрязнения в процессе расплава мешают качественному смачиванию подложки, а это отрицательно сказывается не только на адгезии, но и на внешнем виде покрытия. Во-вторых, следует провести термостатиро-вание печи полимеризации, чтобы выявить истинные время отверждения и температуру, а также время выхода печи на рабочие характеристики.

Твердость Пк — это способность противостоять образованию царапин и истиранию. Наиболее распространено измерение твердости с помощью карандаша, несмотря на недостаточную точность и субъективность данного метода. Карандашные грифели возрастающей твердости вдавливают в покрытие под углом 45° до тех пор, пока пленка не будет процарапана либо пока на ней не образуется след. Твердость выражают номером самого твердого грифеля карандаша, который не царапает покрытие либо не образует на нем следа. Можно использовать и другие методы оценки твердости покрытий: метод определения твердости маятниковым способом (прибор М-3) и по вдавливанию призмы (прибор ПМТ-3).

При тесте на изгиб определяют способность покрытия противостоять изгибу подложки. Минимальный диаметр металлического цилиндрического стержня, изгибание на котором окрашенной металлической пластинки не вызывает механического разрушения или отслаивания одно- или многослойной лакокрасочной пленки. Метод определения эластичности пленки при изгибе устанавливают ГОСТ Р 52740-2007 и ИСО 1519-73. Важно помнить, что толщина пленки напрямую влияет на гибкость. При увеличении толщины способность Пк вытягиваться уменьшается, поэтому при получении отрицательных результатов не стоит спешить с выводами — возможно, причина кроется в толщине пленки.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОКРЫТИЙ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ РАЗЛИЧНЫХ СРЕД

Способность Пк противостоять воздействию среды, в которой оно будет использоваться, крайне важна. Основная часть таких испытаний включает устойчивость к воздействию растворителей, влаги, солевого тумана, атмосферы, УФ-излучения и высокой температуры. Поскольку подобные испытания занимают длительное время и требуют специального оборудования, они проводятся только в лабораторных условиях. Очень редко производители окрасочных работ самостоятельно используют подобные методы испытаний, поэтому мы ограничимся сводной таблицей, в которой указаны основные испытания, стандарты и приборы для их проведения.

По материалам журнала "Промышленная окраска"