Wstęp.

Obecnie są stosowane trzy metody badana przyczepności powłok do podłoża:

• Siatka nacięć opisana w normach ISO 2409 i ISO 16276-2 dotycząca badania odporności powłoki malarskiej na oderwanie od podłoża. Metoda stosowana do powłok o grubości nie przekraczającej 250 µm zarówno na podłożach twardych jak i miękkich (fig.1).
• Nacięcie w kształcie „X” opisane w normie ISO 16276-2. Metoda stosowana bez ograniczeń grubości powłoki może być stosowana zarówno na podłożach twardych jak i miękkich (fig.2).

• Metoda odrywowa znana też jako „pull off”. opisane w normach ISO 4624 i ISO 16276-1. Metoda stosowana bez ograniczeń grubości powłoki.

 Fig.3 Badane odrywowe

Dwie pierwsze z wymienionych metod polegają na porównaniu powierzchni po wykonaniu nacięć z wzorcami rysunkowymi zamieszczonymi w wymienionych normach. Są  one w pewnym stopniu zależne od indywidualnej oceny osoby wykonującej badanie. Metoda odrywowa (fig.3) daje wynik wyrażony w MPa i choć wiele czynników może mieć wpływ na uzyskany wynik to wydaje sią on bardziej konkretny bo wyrażony liczbą MPa i tym samym bardziej obiektywny.

Problemy związane z wykonaniem badania odrywowego.

Pierwszy to dobór kleju. Na rynku jest dostępnych bardzo wiele klejów nadających się do przyklejenia metalu do zróżnicowanych podłoży w tym powłok malarskich. Do badania „pull-off” w warunkach terenowych najlepiej użyć kleju szybkoschnącego z grupy cyjanoakrylowych, bo zerwanie można wykonać już po kilku godzinach. Niestety kleje te są niestabilne, szybko ulegają starzeniu i nie do wszystkich rodzajów powłok malarskich się nadają. Wtedy bezpieczniej użyć jest kleju epoksydowego, ale nie szybkoschnącego. Kleje szybkoschnące mają katalizatory przyspieszające utwardzanie, ale te dodatki na ogół osłabiają połączenie. Przy stosowaniu kleju epoksydowego należy poczekać na jego pełne utwardzenie co najmniej dobę, czas ten uzależniony jest od temperatury i innych warunków zewnętrznych.  Kolejny problem stanowić może podłoże. Nie ma problemu jak badanie wykonujemy na elemencie, którego grubość jest znana i wynosi co najmniej 10 mm, ale w przypadku elementów zamkniętych bywają z tym problemy. Również kształt podłoża ma ogromne znaczenie. Stemple są płaskie i na powierzchniach sferycznych trzeba ustalić metodykę badania i ewentualną adaptację sprzętu do takiego badania. Wszystkie wcześniej wymienione metody badania przyczepności uszkadzają powłokę, dlatego najczęściej, za zgodą zainteresowanych stron, przeprowadza się je na tzw. świadkach. Są to płyty wykonane z tego samego materiału co badana konstrukcja i które razem z nią są czyszczone i malowane. Wykonywanie badań na płytach-świadkach ma szereg zalet, a najważniejsze jest to, że zarówno kształt jak i grubość  elementów badanej konstrukcji nie mają wpływu na wynik badania przeprowadzonego na płytach świadkach.

Wpływ sztywności podłoża na wynik próby odrywania w normach

Norma ISO 16276-1 zastrzega, że badane podłoże lub płyty użyte do badania powinny mieć grubość co najmniej 10 mm. Można badać podłoża o grubości mniejszej niż 10 mm metodą sandwiczową lub gdy są one wzmocnionym typem konstrukcji, np. belka dwuteowa.

W ostatnim wydaniu normy ISO 4624 z lipca 2023, podobnie jak w poprzednim zaznaczono, że badanie metodą A, czyli metodą sandwiczową (fig. 4) nadaje się zarówno dla sztywnych jak i odkształcalnych (elastycznych) podłoży natomiast najpowszechniej stosowane badanie metodą B (rys.2) dedykowane jest jedynie do sztywnych podłoży.

Norma nie definiuje pojęcia sztywnego podłoża więc rozsądne, przynajmniej w odniesieniu do blach, wydaje się przyjęcie grubości 10 mm. Jest to jednak w pewnej sprzeczności lub brakiem doprecyzowania w odniesieniu do normy ISO 12944 cz.6 i cz.9. W ISO 12944-6 w rozdziale 5.1 zalecane wymiary płytek testowych ze stali węglowej to 150 x 75 x co najmniej 3 mm. Zalecony sposób badania w oparciu o ISO 4624 to metoda A lub B, przy czym nie zdefiniowano w jakich sytuacjach lub dla jakiej grubości blach stosować jaką metodę. Wszystkie instytuty jakim zlecałem badania powłok stosowały metodę B dla bach o grubości 3 mm, dawniej nawet 2 mm, a w wyjątkowych sytuacjach zgadzały się na blachy o grubości 4 mm. Wydaje się, że nie powinno się porównywać wyników badań wykonywanych na blachach o różnych grubościach. Brak precyzji w normach w odniesieniu do badań odrywowych na blachach poniżej 10 mm spowodował, że przeprowadziłem proste i zapewne niezbyt precyzyjne badanie zależności siły odrywu od grubości blachy w badaniu „pull off” .

Fig.4 Pull off - metoda A (sandwiczowa)

1-cyliderek, 2-podłoże, 3-warstwa kleju, 4-warstwa farby

Fig.5 Pull off - metoda A

1-pierścień zewnętrzny (oparcie siłownika), 2-cylinderek, 3-warstwa farby, 4- podłoże

Wpływ grubości blachy na wynik badania odrywowego.

Do badań przygotowałem blachy o wymiarach 75x150 mm (typowe blachy używane w badaniach laboratoryjnych) o grubościach: 2, 3, 4, 5, 6, 8 i 10 mm. Wszystkie blachy zostały wyśrutowane śrutem ostrokrawędziowym do stopnia Sa 3 (profil pośredni). Blach wykonano 2 komplety i zostały pomalowane dwoma systemami malarskimi składającymi się z epoksydowego podkładu i poliuretanowej farby nawierzchniowej, ale farby w systemie A oparte były na innej grupie żywic niż farby w systemie B. Komplet blach był malowany „jedną ręką” natryskiem bezpowietrznym. Grubość (DFT) powłok typu A wynosiła średnio ok. 160 µm (+15;-10), a typu B od 170 do 192 µm. Badanie wykonano po ok. 40 dniach od malowania. Stemple zostały przyklejone klejem epoksydowym Araldite 2011 (fig.6). Utwardzanie kleju trwało ok. 36 godzin.

Fot.6 Płytki z powłokami typu A i B z naklejonymi stemplami bezpośrednio przed zerwaniem

Zerwanie wykonano automatycznym przyrządem hydraulicznym z ustawionym przyrostem siły wynoszącym 1 MPa/s. Zerwania w grupie A miały w 90% charakter adhezyjny pomiędzy podłożem a gruntem, a pozostałe 10% zerwań to zerwania adhezyjne pomiędzy gruntem a farbą nawierzchniową. Zerwania w grupie B miały bardziej złożony charakter, z reguły 50% oderwania adhezyjnego od podłoża i 50 % zerwania kohezyjnego w warstwie nawierzchniowej, w kilku przypadkach zamiast zerwania kohezyjnego w warstwie nawierzchniowej dochodziło do zerwania adhezyjnego pomiędzy podkładem i nawierzchnią. Wyniki pomiarów siły zerwań zestawiono w tabeli 1 i zilustrowano na wykresach.

Tabela 1 Wyniki badań odrywowych wykonanych na blachach o różnej grubości

Wykres 1

Wykres 2

Wykres 3

W obu grupach pomiarowych widać, że siła zerwania wyraźnie jest uzależniona od grubości blachy, zauważalne jest również to, że siła zerwania w środku blachy była na ogół wyższa niż w pobliżu rogów. Zależność ta dopiero zanika przy blasze o grubości 10 mm.

W oparciu o zebrane wyniki wyznaczyłem zależność pomiędzy grubością blachy, a wynikiem i ustaliłem współczynnik pozwalający na przeliczenie siły odrywu na blachach cieńszych na siłę jaka byłaby do uzyskania na blasze 10 mm (fig.).

Fig.7  Sposób wyznaczenia współczynnika do przeliczania siły odrywu na cieńszych blachach do siły odrywu na blasze o grubości 10 mm

Wyliczona przeze mnie zależność wynosi:

[endif]--> ±[endif]-->

gdzie:

F₁₀ – skorygowany wynik do odrywu na blasze 10 mm [MPa]

F_x – rzeczywista siła odrywu na blasze o grubości X [MPa]

X – grubość blachy na której przeprowadzono badanie

Wyliczane w ten sposób wyniki odrywów nadal są obarczone sporym błędem, szczególnie w odniesieniu do blach o grubościach 2, 3 i 4 mm stąd wartość marginesu  wynosząca

[endif]--> MPa

W przypadku badań laboratoryjnych, np. w celu dopuszczenia systemu malarskiego do stosowana, tę wartość korygującą zalecałbym przyjmować wyłącznie ze znakiem ujemnym. W przypadku badań mających na celu np. potwierdzenie poprawności nałożenia systemu zalecałbym następujące postepowanie.

1. System spełnia wymagania ustalone przez strony dla wartości F₁₀ po odjęciu wartości korygującej oznacza akceptację
2. System spełnia wymagania bez uwzględnienia wartości korygującej - może zostać zaakceptowany za zgodą zainteresowanych stron

W pozostałych przypadkach system nie spełnia wymagań

Na pewno warto te próby powtórzyć na większej grupie blach, stemplach klejonych bezpośrednio do blach i różnych rodzajach farb, jednak nie zmienia to faktu, że prowadząc badania odrywowe trzeba pamiętać o wpływie sztywności podłoża na ich wynik.

Reasumując zalecenie dotyczący grubości blachy 10 mm zawarte w normie PN-EN ISO 16276-1 jest jak najbardziej zasadne, a zatem zasadne jest korygowanie wartości odrywów na cieńszych blachach.  Moim zdaniem, potwierdzonym przeprowadzonymi próbami, instytuty wykonujące badania odrywowe na blachach cieńszych niż 10 mm popełniają błąd. Na zakończenie dodam, że metoda sandwiczowa, która dopuszcza badanie na blachach cieńszych jest zupełnie niestosowana w Polsce i nie tylko. Skontaktowałem się prawie ze wszystkimi placówkami wykonującymi badania korozyjne i żadna z nich nie posiadała możliwości wykonania badań tą metodą, również żaden ze znanych producentów sprzętu pomiarowego nie był mi w stanie wskazać, gdzie taki sprzęt mógłbym kupić. Jedyna rada jaką otrzymałem i która się potwierdziła, to taka, żeby cienką blachę przykleić klejem epoksydowym do blachy o grubości 10 mm. Rzeczywiście takie postępowanie zdecydowanie poprawia wyniki odrywów. Po raz kolejny, w moim przypadku, potwierdziło się to, że w ocenie parametrów powłok znajomość norm to podstawa, a wynikom badań bez wnikliwej ich analizy nie należy ufać.

Michał Jaczewski