16 Структура и свойства полимерных покрытий

Основным технологическим параметром, влияющим на структуру полимерного покрытия, является скорость его охлаждения. Кристаллизующиеся полимеры имеют большой набор полиморфных состояний, которые могут быть зафиксированы в результате соответствующего охлаждения.

В общем случае, степень структурной упорядоченности зависит от природы полимера и условий формирования покрытий. Для полимерных покрытий характерно проявление следующих структурных особенностей:

1. На границе раздела фаз образуется упорядоченный слой полимера, имеющий достаточно высокую плотность. Это связано с тем, что на границе фаз реализуется, как правило, сильное адгезионное взаимодействие и участки поверхности подложки могут выполнять роль искусственных центров зародышеобразования.

2. На некотором расстоянии от поверхности всегда формируется слой, который имеет высокую концентрацию дефектов, низкую упорядоченность, и, как следствие этого, — низкую плотность (рис. 1).

Рис. 1. Структура граничного слоя полимера.

Характер и степень их проявления зависимости плотности от расстояния до поверхности в значительной степени зависят от природы и состояния поверхностных слоев подложки. Так, в зависимости от степени влияния, все поверх- ности условно разделяют на активные и неактивные.

Для характеристики состояния слоев, находящихся на границе раздела фаз вводят понятие граничный слой. В общем случае это слой, в пределах которого сказывается влияние поверхности подложки. Это влияние заключается в:

1. Изменении сегментальной подвижности макромолекул (на границе раздела она ниже).

2. Изменении плотности упаковки, плотности материала (причина — ориентационное действие поверхности подложки, которое проявляется в слоях полимера на расстоянии до 100 мкм).

3. Изменении массо-молекулярного распределения. В граничном слое максимум распределения молекул по значению молекулярной массы смещается в область меньших значений (рис.2).

 

Рис. 2. Массо-молекулярное распределение в поверхностных слоях и в объёме полимера.

4. В протекании в граничных слоях диффузия атомов и молекул материала, с которым контактирует полимер. При этом процессы диффузии сопровождаются хемосорбционным взаимодействием макромолекул полимера с поверхностью подложки.

5. В ингибирующем или инициирующем действии твердой поверхности подложки на протекание процессов окисления, сшивки и других химических реакций.

Механические свойства полимерных покрытий

 

В общем случае, они зависят от структуры, условий формирования и природы полимера и металла. В числе общих закономерностей, характерных для полимерных материалов, можно отметить следующее.

Прочность покрытий возрастает с увеличением молекулярной массы поли- мера, степени кристаллизации.

Увеличение степени кристалличности достигается либо повышением плотности кристаллитов, либо увеличением их размера при сохранении плотности.

В первом случае прочность падает при повышении степени кристаллизации, во втором – возрастает. Это объясняется тем, что при увеличении размеров кристаллитов возрастает плотность дефектов, образующихся на границе раздела. Этот процесс и вызывает снижение механических свойств.

Механическая прочность покрытия очень сильно зависит от пористости покрытия и природы среды, в которой оно эксплуатируется. В воде, как правило, прочность резко падает.

Ряд полимерных покрытий имеют низкий коэффициент трения. В качестве антифрикционных покрытий используют покрытия из полиамида, ПТФЭ, ПЭ. Износостойкость значительно возрастает при использовании полимерных смесей в определенном соотношении: полиамид +ПТФЭ, полиамид +ПЭ и т.д.). ПТФЭ имеет самый низкий коэффициент трения, но он и течет при малых напряжениях, поэтому его часто используют в смеси с другими полимерами. Наиболее высокой стойкостью к абразивному изнашиванию обладают покрытия из полиуретанов.