Испытания на адгезию

Существует несколько способов проверки адгезии покрытий. Одним из наиболее распространенных считается метод отрыва. Его применяют для однослойных и многослойных покрытий, а также для комплексных систем, нанесенных на различные основания. Именно этот метод будет подробно рассмотрен в статье. Однако сначала важно разобраться, что такое адгезия, какие виды сцепления существуют и почему этот показатель имеет значение при оценке качества покрытия.

Что такое адгезия

Адгезия — это сцепление между разнородными поверхностями, которые находятся в непосредственном контакте. Такая связь формируется за счет межмолекулярного взаимодействия, химических процессов или их сочетания. Показатель адгезии позволяет оценить, насколько прочно соединяются твердые материалы с помощью адгезива, то есть клеящего состава, а также насколько надежно лакокрасочные, защитные или декоративные покрытия удерживаются на основании.

При сухом трении адгезия также имеет важное значение, поскольку влияет на характер взаимодействия соприкасающихся тел. Если контактируют поверхности одинаковой природы, говорят уже об аутогезии. Это явление особенно важно при переработке полимерных материалов, где требуется обеспечить прочное соединение однородных структур.

На межфазной границе твердого тела и жидкости либо двух жидкостей адгезия может достигать очень высоких значений. Это связано с тем, что между поверхностями возникает практически полный контакт. При неровных основаниях ситуация иная: если соприкосновение происходит только в отдельных точках, прочность сцепления обычно остается низкой. Исключением являются пластичные и высокоэластичные материалы, которые при значительном усилии прижатия способны деформироваться и обеспечивать более плотный контакт между поверхностями.

Особенности метода отрыва

Испытание адгезии методом отрыва может выполняться как в лаборатории, так и непосредственно на объекте или в условиях производства. При производственном контроле обычно ориентируются на требования ГОСТ 28574-2014. Этот стандарт применяется для оценки адгезии защитных лакокрасочных, мастичных и оклеечных покрытий, нанесенных на бетонные и железобетонные конструкции.

Суть метода заключается в измерении усилия, необходимого для отрыва покрытия от защищаемого основания. Нагрузка прикладывается перпендикулярно плоскости покрытия. Для испытания используют металлический диск и адгезиметр. На поверхности конструкции выбирают контрольные участки: как правило, 5 точек на каждые 80–100 м² поверхности. Расстояние между участками должно составлять не менее 300 мм. На выбранные зоны приклеивают металлические диски. После полного затвердевания клея покрытие прорезают по контуру диска до несущего основания. Затем с помощью адгезиметра выполняют отрыв и фиксируют значение усилия по шкале прибора. Полученный показатель рассчитывают по формуле, приведенной в ГОСТ 28574-2014.

В лабораторных условиях метод отрыва также применяется для определения адгезии однослойных и многослойных лакокрасочных покрытий, а также целых систем покрытий, нанесенных на различные окрашиваемые основания. Такие испытания проводят по ГОСТ 32299-2013. Конкретный способ зависит от свойств основания. Если материал способен деформироваться, например тонкий металл, древесина или пластик, выбирают один подход. Для жестких недеформируемых оснований, таких как металлические пластины или бетон, применяют другой порядок испытаний. В отдельных случаях покрытие наносят на плоскую сторону цилиндрической заготовки, специально подготовленной для проверки.

Для определения адгезии используют пластинки одинаковой толщины с близкой текстурой поверхности. На них наносят лакокрасочный материал, после чего к покрытию приклеивают цилиндрические заготовки. Когда клей полностью высыхает или затвердевает, проводят отрыв и измеряют усилие, при котором покрытие отделяется от окрашиваемого основания. Результатом испытания становится величина отрыва, вызывающая нарушение адгезионной связи.

При лабораторной проверке защитных покрытий на бетоне часто используют образцы-кубы размером 100×100×100 мм или 70×70×70 мм. На их поверхность наносят защитное покрытие, а затем приклеивают металлический диск или грибок. Состав бетонной смеси и режим твердения подбирают с учетом целей исследования. Обычно рекомендуется применять бетон класса В30 и изготавливать образцы по ГОСТ 10180. Твердение проводят в течение 28 суток при температуре около 20 °C и относительной влажности воздуха 95%.

Перед нанесением защитного покрытия поверхность бетонных образцов очищают, выравнивают и обеспыливают. Аналогично подготавливают металлические диски, которые будут использоваться при испытании. После этого на бетон наносят покрытие и выдерживают его в течение срока, указанного в технических условиях или нормативной документации. Затем на подготовленную поверхность приклеивают диск, удаляя излишки клея. После затвердевания клеевого состава покрытие прорезают по периметру диска до основания. Для получения достоверного результата испытывают не менее 5 одинаковых образцов.

Используемое оборудование и материалы при производственном контроле

Для проведения испытаний на адгезию в производственных условиях заранее подготавливают оборудование, расходные материалы и вспомогательные приспособления. От их качества и правильного применения зависит точность измерения силы сцепления покрытия с бетонным основанием.

В работе используют:

• адгезиметр, предназначенный для определения прочности сцепления лакокрасочных и защитных покрытий с бетоном. Прибор должен обеспечивать удельное усилие отрыва не менее 5 МПа;
• приспособление для прорезания или среза лакокрасочного покрытия вокруг приклеенных металлических дисков, также называемых грибками;
• органические растворители, подобранные с учетом состава и свойств испытуемого покрытия;
• металлический шпатель для подготовки поверхности и удаления лишних материалов;
• проволочную или волосяную щетку для очистки основания;
• наждачную бумагу, предназначенную для сухого шлифования поверхности.

После подготовки оборудования, металлических дисков и контрольных участков переходят к непосредственному проведению испытания адгезии методом отрыва.

Проведение испытания на отрыв

Чтобы определить адгезию защитного покрытия к основанию, адгезиметр соединяют с металлическими пластинками или дисками, которые заранее приклеены к испытуемой поверхности. После фиксации прибора начинают плавно увеличивать нагрузку. Нагружение должно выполняться равномерно, со скоростью не более 1 МПа/с. Значение силы отрыва фиксируют по шкале адгезиметра.

После отделения диска обязательно оценивают характер разрушения. Специалист визуально определяет, где именно произошел отрыв: по границе покрытия и основания, внутри слоя покрытия, по клеевому составу или по телу бетона. Если при испытании наблюдается несколько типов разрушения, необходимо установить долю каждого из них по площади поверхности. Например, результат может быть записан в виде соотношения:

А : П : Б = 30% : 45% : 25%.

При обработке результатов по пяти образцам-близнецам крайние значения исключают. Затем рассчитывают среднее арифметическое не менее чем по трем образцам. Если отдельный результат отличается от среднего значения более чем на 15%, испытание не засчитывают и проводят повторную проверку.

Если дополнительное испытание также дает неудовлетворительный результат, среднеарифметическое значение не рассчитывают. В этом случае в протокол испытаний вносят фактические показатели адгезии, полученные для всех пяти образцов-близнецов.

Если разрушение произошло внутри системы лакокрасочного покрытия или по телу бетона, считается, что адгезия покрытия к бетонному основанию выше, чем прочность самого покрытия либо прочность бетона при растяжении. Такой результат показывает, что сцепление покрытия с основанием не является слабым звеном системы.

Если же отрыв произошел по клеевому слою, испытание необходимо повторить. Для повторной проверки применяют другой клеящий состав с более высокими адгезионными характеристиками.

Протокол испытаний

После завершения испытания адгезии методом отрыва оформляют протокол. В него вносят все данные, которые позволяют оценить условия проверки, воспроизвести порядок испытаний и подтвердить достоверность полученных результатов.

В протоколе указывают:

• характеристики испытуемого покрытия: наименование материала, вид, марку, основные свойства и дату изготовления;
• применяемый метод испытания;
• вид и размеры опытных образцов или контрольных участков;
• сведения о подготовке поверхности, технологии нанесения покрытия, условиях и продолжительности твердения;
• вид клеевого состава и его основные характеристики;
• условия проведения испытания, включая способ отбора образцов или участков, температуру и относительную влажность воздуха;
• дату и место выполнения контроля;
• полученные результаты испытаний.

Испытание адгезии требует аккуратной подготовки и строгого соблюдения методики. Нарушение порядка работ, неправильная подготовка основания, неподходящий клей или ошибки при нагружении могут привести к искажению результатов. От качества определения адгезии зависит вывод о пригодности покрытия к эксплуатации, а также надежность защиты основания под этим покрытием.

Чтобы получить корректные и объективные данные, испытания адгезии на отрыв следует поручать аккредитованным строительным лабораториям. Такие организации располагают необходимым оборудованием, применяют утвержденные методики и оформляют результаты в установленном порядке. Обращение в непроверенные компании повышает риск недостоверных измерений, поэтому для контроля покрытий лучше выбирать лаборатории с подтвержденной компетентностью, опытом и положительной деловой репутацией.