Химия и технология лакокрасочных покрытий

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Наиболее важными теплофизическими характеристиками покры­тий, как и любых материалов, являются теплопроводность, темпера­туропроводность, теплоемкость, коэффициент теплового линейного (или объемного) расширения.

Температуропроводность а связана с Теплопроводностью X сле­дующей зависимостью:

А = А/ср,

Где С- Удельная теплоемкость; р - плотность материала.

Знание теплофизических характеристик необходимо при разра­ботке покрытий теплообменной аппаратуры, электрических двига­телей, электроприборов, обмоток электрических машин, элементов радио - и электронной аппаратуры. Теплопроводность слоя пленки определяет чувствительность термоиндикаторных покрытий, а Ко­эффициент теплового линейного расширения а - значение термиче­ских напряжений в покрытиях.

Лакокрасочные покрытия представляют собой достаточно тепло­изолирующие материалы. Теплопроводность большинства покрытий в 100-400 раз меньше теплопроводности стали и почти в 1000 раз меньше теплопроводности меди. Это обусловливает плохую теплопередачу от окрашенных нагретых изделий и затрудняет их быстрый нагрев. Ха­рактерно, что тепло - и температуропроводность покрытий на основе кристаллических полимеров выше, чем покрытий, изготовленных из аморфных полимеров:

X, Вт/(м • К) а • 106, И21с 3>к) А ■ 104, К4

Аморфные полимеры 0,09-0,27 0,1-0,17 0,8-1,2 0,4-1,0

Кристаллические полимеры 0,25-0,42 0,1-0,3 1,0-2,2 0,6-6,0

Сталь ‘ 54,5 16,7 0,4 0,11

Удельная теплоемкость полимерных пленок при нормальных ус­ловиях приблизительно в 2 раза выше удельной теплоемкости стекла и в 3-5 раз выше теплоемкости металлов.

Теплофизические свойства покрытий изменяются с изменением температуры, при этом температурная зависимость а и Ср в случае кристаллических пленкообразователей имеет более сложный характер, чем аморфных (рис. 4.43).

Коэффициент теплово­го расширения полимеров о3 является функцией удель­ной теплоемкости. С повы - О °’2

<ч

Шением температуры объем * 0

И линейные размеры плен - 2 ки непрерывно возрастают. 5 М

0,7

Рис. 4.43. Температурная за­висимость теплофизических 0,3

Свойств поливинилбути - ральных (А) и полиэтиле­новых (Б) покрытий

Рис. 4.44. Зависимость теплопро­водности полиакрилатных покры­тий от массовой доли пигментов:

1 - диоксид титана; 2 - оксид хрома; 3 - цинковые белила

Особенно резкий скачок наблюда-

З ется в области температур стекло - Х, % вания и плавления полимеров, что

Связано с увеличением подвижности макромолекул.

Теплофизические свойства покрытий значительно изменяются при наполнении (рис. 4.44). У минеральных пигментов и наполните­лей тепло - и температуропроводность на 1-2 порядка выше, чем у полимерных материалов. Так, для оксида цинка X = 19,5, а для диок­сида титана X = 9,86 Вт/(м • К). Особенно заметно улучшают тепло - и температуропроводность пленок металлические порошки (цинковая пыль, алюминиевая пудра, бронзы, железная слюда), а также оксиды металлов с высокими значениями X и а. Снижение теплоизолирую­щих свойств покрытий может быть достигнуто также уменьшением толщины покрытий. Напротив, для повышения теплоизоляции (соз­дания "теплых" покрытий) применяют в качестве наполнителей мик­роасбест, древесную муку, стеклянные и пластмассовые микросферы (синтактовые пены), кероген сланца, лигнин и др.

Ниже приведены значения тепло - и температуропроводности по­крытий на основе ряда промышленных лакокрасочных материалов:

А, Вт/(м - К) а • 107, м2/с

Пентафталевый лак ПФ-231 Полиакрилатный лак АС-82 Перхлорвиниловая эмаль ХВ-16 красная Пентафталевая эмаль ПФ-223 желтая Полиакрилатная эмаль АС-131 белая Меламиноалкидная эмаль МЛ-165 серебристая Эпоксидная эмаль ЭП-140 защитная

Методы определения теплофизических свойств Покрытий разно­образны. Для определения тепло - и температуропроводности покры­тий пользуются методом плоского слоя в условиях нестационарного теплового потока, при котором оценивается перепад температур между внешней и внутренней сторонами пленки при одностороннем нагреве.

Коэффициент теплового линейного расширения определяют по удлинению свободной пленки (или ее части) при постоянной скоро­сти подъема температуры. Определение проводится катетометром или с помощью специального прибора - бесконтактного оптическо­го дилатометра.