CC BY
73
УДК 667.64
Н.И. Нефедов, Л.В. Семенова
УФ-ОТВЕРЖДАЕМЫЕ ЛАКОВЫЕ ПОКРЫТИЯ*
Способ отверждения покрытий УФ-излучением получил промышленное развитие в конце 60-х годов прошлого века и в настоящее время считается одним из наиболее перспективных. Достоинствами этого способа являются: высокая производительность, малые затраты энергии, несложность оборудования.
Ключевые слова: лакокрасочные материалы, лаковые покрытия, УФ-отверждение, влагозащитные электроизоляционные лаки, печатные платы, элементы радиоэлектронной аппаратуры.
The way of curing coatings with UV-radiation was put into operation in the late 60-ies of the last century and now is considered as one of the most promising. Advantages of this way are as follows: high efficiency, low power consumption, simplicity of the equipment.
Key words: paint-and-lacquer materials, lacquer coatings, UV-curing, moisture-protective and electric insulating varnishes, printed-circuit boards, electronics elements.
* В работе принимала участие В.А. Кузнецова.
В последние годы все более широкое применение находят новые высокоскоростные методы отверждения лакокрасочных покрытий. На смену традиционным термоотверждающимся покрытиям приходят более прогрессивные лакокрасочные материалы, отверждаемые менее энергоемкими способами - за счет действия излучений высоких энергий: ускоренных электронов, ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Из существующих методов радиационной сушки отверждение покрытий УФ-излучением находит все более широкое применение [1-7].
В отличие от рецептур атмосферостойких фторполиуретановых покрытий, когда требовалось свести к минимуму скорость фотохимических реакций, протекающих под воздействием УФ-излучения, в случае разработки УФ-от-верждаемых покрытий требуется подбор наиболее чувствительного к УФ-излучению инициатора для начала процесса полимеризации акрилового мономера или раскрытия двойных связей у используемого олигомера.
Ультрафиолетовое отверждение покрытий обладает рядом существенных преимуществ перед традиционными методами термоотверждения:
- заметно уменьшается деформация деталей большого размера за счет снижения интенсивности тепловых полей;
- оборудование для отверждения покрытий характеризуется относительно невысокой ценой, портативностью и малым энергопотреблением.
Процесс УФ-отверждения в экологическом плане более чистый в отличие от термического отверждения, поскольку отсутствуют испарение растворителей и выделение летучих продуктов.
Для использования метода УФ-отверждения применяются специальные быстросохнущие фо-тополимеризующиеся лаки. Они отверждаются только непосредственно под воздействием излу-
чения, что не позволяет использовать такие лаки для защиты изделий со сложной конфигурацией, при наличии теневых участков, куда не попадает УФ-излучение.
Одними из наиболее сложных вопросов, стоящих перед авиационным приборостроением, являются влагозащита и электроизоляция плат печатного монтажа. Применяемые в настоящее время в промышленности влагозащитные электроизоляционные лаки (ЭП-730, ЭП-9114, ФЛ-582 и др.) для защиты плат печатного монтажа отверждают-ся конвекционным или терморадиационными методами в течение длительного времени. Наличие теневых участков на поверхности плат под радиоэлектронными элементами и сложный комплекс высоких требований, предъявляемых к электроизоляционным лакам для защиты плат печатного монтажа, объясняют отсутствие в настоящее время отечественных и зарубежных фотополимеризу-ющихся лаков для защиты плат печатного монтажа с навесными радиоэлектронными элементами.
В ВИАМ для защиты плат печатного монтажа разработан быстросохнущий фотополимеризую-щийся лак с двойным механизмом отверждения -отверждаемый как непосредственно под воздействием УФ-облучения, так и в теневых участках, недоступных для проникновения УФ-лучей [8]. В основе разработанной фотополимеризущейся композиции лежит пленкообразующее, входящее в состав широко применяемого двухкомпонентно-го эпоксиуретанового лака УР-231. Такое покрытие должно обеспечить необходимые влагозащитные и электроизоляционные свойства и отвечать всем требованиям, предъявляемым к покрытиям для защиты плат печатного монтажа, эксплуатируемых во всеклиматических условиях. В ходе работы было проведено исследование процессов полимеризации непредельных соединений под воздействием УФ-облучения. В том числе иссле-
Продолжительность УФ-излучения, мин
Рис. 1. Зависимость степени отверждения лака Рис. 2. Процесс УФ-отверждения маркировоч-
УР-231 от продолжительности УФ-излучения (-•- непо- ных знаков самолета с использованием небольшой
средственно после излучения; — через 5 сут): 1 - твер- УФ-панели дость; 2 - количество гель-фракции
Свойства покрытий на основе лака УР-231 при различных способах отверждения
Показатель Конвекционная сушка Сушка при УФ-излучении
Без фотоинициатора Фотоинициатор
№1 №2
Продолжительность 8 0,5 0,25 0,25
отверждения, ч
Влагопоглощение, % 1,2 1,2 1,8 1,4
Адгезия к меди, балл 2 2 3 2
Эластичность, мм 1 1 3 3
Твердость, отн. ед. 0,7 0,7 0,7 0,7
Ударная прочность, см 50 50 10 20
Спиртобензостойкость Обеспечивается
довано влияние типа инициатора на кинетические параметры процесса отверждения и свойства получаемых покрытий. Разработана рецептура фото-полимеризующегося лака, отработан технологический режим отверждения покрытия, изучена кинетика полимеризации в открытых и теневых зонах. Изучены физико-механические, защитные и диэлектрические свойства разработанного покрытия [9-12].
В.В. Амеличевой под руководством В.В. Чебо-таревского были проведены эксперименты, подтверждающие возможность ускоренного отверждения лака УР-231 под действием УФ-из-лучения, и получены пленки, не уступающие по свойствам пленкам, формируемым с помощью термоотверждения. Полученные данные (рис. 1) показывают, что при действии УФ-излучения отверждение до степени 0,35 достигается через 30 мин в основном за счет полимеризации по двойным связям ненасыщенных кислот. Дальнейшая реакция протекает по механизму полиприсоединения при температуре 20°С в течение 5 сут с образованием пленки с твердостью ~0,65 отн. ед.
Изучены физико-механические свойства пленок лака УР-231 (см. таблицу).
Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что введение фотоинициаторов в лак УР-231, не увеличивая заметно скорости отверждения, снижает физико-механические свойства пленок лака. Поэтому представляется целесообразным при УФ-отверждении использовать лак УР-231 без специальных добавок.
УФ-отверждаемые защитные и декоративные полимерные покрытия хорошо зарекомендовали себя в авиационной промышленности. На рис. 2 показан процесс УФ-отверждения маркерных знаков на киле самолета с помощью небольшой УФ-панели, перемещаемой рабочим вручную.
С развитием производства крупногабаритных УФ-квантовых излучателей станет возможным использовать технологию УФ-отверждения для промышленного внедрения разработанного УФ-отверждаемого электроизоляционного лака [13-18].
ЛИТЕРАТУРА
1. Чеботаревский В.В., Кондрашов Э.К. Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. М.: Машиностроение. 1978. С. 214-220.
2. Кондрашов Э.К., Кузнецова В.А., Семенова Л.В., Лебедева Т.А., Малова Н.Е. Развитие авиационных лакокрасочных материалов //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. №5. С. 49-54.
3. Кондрашов Э.К., Кузнецова В.А., Семенова Л.В., Лебедева Т.А. Основные направления повышения эксплуатационных, технологических и экологических характеристик лакокрасочных покрытий для авиационной техники //Российский химический журнал. 2010. Т. LIV. №1. С. 96-102.
4. Гращенков Д.В., Чурсова Л.В. Стратегия развития композиционных и функциональных материалов //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 231-242.
5. Лакокрасочные покрытия. История авиационного материаловедения: ВИАМ - 75 лет поиска, творчества, открытий /Под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: Наука. 2007. С. 326.
6. Каблов Е.Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 7-17.
7. История авиационного материаловедения. ВИАМ -80 лет: годы и люди /Под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: ВИАМ. 2012. 520 с.
8. Чеботаревский В.В., Еникеева Г.А., Амеличева В.В., Першина Н.А. Отверждение лака УР-231 методом ультрафиолетового облучения //Технология авиационного агрегато- и приборостроения. 1982. №2. C. 14-17.
9. Семенова Л.В., Малова Н.Е., Кузнецова В.А., Пожога А.А. Лакокрасочные материалы и покрытия //Авиационные материалы и технологии. 2012. №S. С. 315-327.
10. Кузнецова В.А., Семенова Л.В., Кондрашов Э.К., Лебедева Т.А. Лакокрасочные материалы с пони-
женным содержанием вредных и токсичных компонентов для окраски агрегатов и конструкций из ПКМ //Труды ВИАМ. 2013. №8. Ст. 05 (viam-works.ru).
11. Бейдер Э.Я., Донской А.А., Железина Г.Ф., Кондрашов Э.К., Сытый Ю.В., Сурнин Е.Г. Опыт применения фторполимерных материалов в авиационной технике //Российский химический журнал. 2008. Т. LII. №3. С. 30-44.
12. Бузник В.М. Сверхгидрофобные материалы на основе фторполимеров //Авиационные материалы и технологии. 2013. №1. С. 29-34.
13. Семенова Л.В., Кондрашов Э.К. Модифицированный бромэпоксидный лак ВЛ-18 для защиты полимерных композиционных материалов //Авиационные материалы и технологии. 2010. №1. С. 29-32.
14. Семенова Л.В., Родина Н.Д., Нефедов Н.И. Влияние шероховатости систем лакокрасочных покрытий на эксплуатационные свойства самолетов //Авиационные материалы и технологии. 2013. №2. С. 37-40.
15. Нефедов Н.И., Семенова Л.В., Оносова Л.А. Исследование процессов отверждения фторполимерных композиций //Все материалы. Энциклопедический справочник. 2013. №11. С. 23-27.
16. Нефедов Н.И., Семенова Л.В. Тенденции развития в области конформных покрытий для влагозащиты и электроизоляции плат печатного монтажа и элементов радиоэлектронной аппаратуры //Авиационные материалы и технологии. 2013. №1. С. 50-52.
17. Кондрашов Э.К., Козлова А.А., Малова Н.Е. Исследование кинетики отверждения фторполиуретано-вых эмалей алифатическими полиизоцианатами различных типов //Авиационные материалы и технологии. 2013. №1. С. 48-49.
18. Нефедов Н.И., Семенова Л.В. Нанесение лакокрасочных покрытий методом «сырой по сырому» //Авиационные материалы и технологии. 2013. №4. С. 39-42.
