Hodnocení kvality povrchových úprav

Část 1: Kontrola povrchu a nátěrových hmot před vlastní aplikací povlakového systému

Ing. Michaela Pospíšilová

Povrchové úpravy jsou oblastí zajímající jedno z čelních míst v průmyslu a stavebnictví. Vždyť téměř vše kolem nás, je opatřeno povrchovou úpravou (od nábytku po automobily). Tento obor se tak prolíná prakticky všemi výrobními odvětvími, od těžkého průmyslu až po hračky. Přestože se jedná o obor s dlouhou historií, je to obor zároveň velmi perspektivní, který dokáže výrazně zhodnotit anebo, při špatném provedení, značně poškodit vlastní výrobek, stavbu či technologii. Požadavky na kvalitu, funkčnost i životnost povlakových systému se tak neustále zvyšují. S tím se také ruku v ruce zvyšují požadavky na systém kontroly, na který jsou zákazníky kladeny stále větší nároky.

Důvodem je jednak tlak konečného uživatele na kvalitu povrchových úprav a také stoupající požadavky výrobců povlakových systémů na předúpravu a aplikační technologie. Stále větší důraz je kladen na dodržování technologické kázně.

Proto jsme připravili sérii článků o kontrole kvality povrchových úprav. Toto je první z nich.

Kontrolu povrchových úprav je možné rozdělit do několika fází:

Kontrola povrchu a nátěrových hmot před vlastní aplikací povlakového systému (tzv. vstupní kontrola, ať už vlastního výrobku nebo lázní, nátěrových hmot včetně jejich správného skladování atd.)
Kontrola prováděná během aplikace a těsně po aplikaci (klimatické podmínky, tloušťka mokré vrstvy, vizuální kontrola, poměr míchání, ředění, nastavení technologie …)
Kontrola povlaku po aplikaci (tzv. výstupní)
- Ochranné vlastnosti povlakového systému (tloušťka povlaku, porozita, korozní odolnost)
- Funkční vlastnosti povlakového systému (přilnavost, tvrdost, odolnost proti deformaci …)
- Vzhledové vlastnosti povlakového systému (barevnost, lesk, celkový vzhled)

Každé této fázi se budeme věnovat v dalších článcích.

Kontrola povrchu před vlastní aplikací povlakového systému

Příprava povrchu před vlastní aplikací povlakového systému je velmi důležitá pro vlastní funkčnost povlaku. Při aplikaci povlakových systémů jsou nejdůležitějšími faktory stav povrchu před aplikací, teplota povrchu, atmosférické podmínky při aplikaci a správná příprava povlakového systému.

Prvořadým cílem přípravy povrchu je odstranění znečišťujících látek z povrchu a získání povrchu zajišťujícího dostatečnou přilnavost povlakového systému k podkladu.

Ochrana podkladových materiálů použitím organických povlaků na bázi nátěrových hmot je nejběžnější a ekonomicky nejvýhodnější způsob ochrany výrobků před vlivem koroze. Proto se v další části budeme zaměřovat především na způsoby kontroly, které se týkají těchto povrchových úprav.

Podkladovým materiálem pro nátěrové systémy mohou být kovové i nekovové materiály, jako například ocel, litina, hliník, měď, pozinkovaný plech, dřevo, beton, plasty atd.

Na co je třeba dát pozor před vlastní aplikací nátěrového systému?

Čistota podkladu

Na povrchu, na který chceme aplikovat nátěrový systém, se mohou vyskytovat různé druhy nečistot. Od prachových částic, hrubých nečistot, solí až po mastnotu. Tyto látky mohou na povrchu ulpívat různými způsoby: z ovzduší, z prostředí, ve kterém je výrobek skladován, z abraziva apod.

Proto je důležité kontrolovat čistotu před vlastní aplikací nátěrového systému a to hlavně pro zajištění dobré přilnavosti systému na podkladový materiál.

Kontrola čistoty povrchu je specifikována v souboru norem ISO 8502.

Stupeň přípravy povrchu

S čistotou povrchu souvisí také další parametr a tím je stupeň přípravy povrchu (např. parametr Sa). Tuto oblast kontroly upravuje norma ISO 8501-1, v zámořských zemích se používají normy SSPC či NACE. Často je tento parametr považován za parametr drsnosti, což je ovšem velký omyl, jedná se o stupně čistoty. Obecně je možné říci, že se jedná o vizuální kontrolu podkladu v závislosti na druhu opracování a stavu podkladového materiálu před vlastním opracováním. Jedinou možností, jak kontrolovat stupeň přípravy povrchu je porovnání opravovaného podkladu s fotografickou předlohou, která je součástí normy ISO 8501-1.

Profil povrchu

Jedním ze základních činitelů, které ovlivňují funkčnost a kvalitu nátěru, patří profil povrchu (mikroskopická drsnost povrchu). Ten má zásadní vliv na přilnavost povlakového systému. Bez ohledu na postupy a typy otryskávacích prostředků použitých k přípravě povrchu se na povrchu po tryskání vyskytují náhodně rozmístěné nepravidelnosti s výstupky a prohlubněmi. Obecně je možné označit profil za zaoblený nebo ostrohranný, podle typu použitého abraziva a dále se klasifikuje na jemný, střední nebo hrubý, podle velikosti použitého abraziva.

Kontrola profilu povrchu je specifikována v normách ISO 8503-1, ISO 8503-2, ISO 8503-5, ISO 4287 apod.

Možností kontroly profilu povrchu je několik:

Vizuální kontrola pomocí komparátorů – etalon skládající se z definovaných segmentů o různé drsnosti (obr. 1)
Testexová páska
Profilometr (profiloměr, drsnoměr) – výstupky a prohlubně jsou měřeny pohybem hrotu po měřeném povrchu

Viskozita nátěrového hmoty

Dalším důležitým parametrem je viskozita nátěrové hmoty, dalo by se také říci její hustota. Často se stává, že dochází k nadměrnému ředění, čímž může dojít ke ztrátě specifických vlastností nátěrové hmoty. Příčinou zbytečného ředění bývá neznalost produktu nebo nízká teplota nátěrové hmoty. Nesprávné ředění způsobuje vady v nátěru, jako je např. stékání, vzhled pomerančové kůry, zaprášení apod. Zároveň však může vést ke zbytečnému prodloužení technologického procesu – v případě nadměrného naředění se musí k dosažení nominální tloušťky použít více vrstev. Tím však dojde k větší produkci VOC látek do ovzduší, což může vést ke komplikacím s orgány ochrany ovzduší (ČIŽP).

Většina výrobců nátěrových hmot uvádí ve svých technických listech viskozitu nátěrových systémů měřenou pomocí výtokového pohárku (přestože správně se jedná o tzv. výtokovou dobu uváděnou ve vteřinách, které nejsou jednotkou viskozity). Jedná se jednoduchý a rychlý způsob měření viskozity. Pohárků (obr. 2) je na trhu celá škála. Mohou odpovídat některé z mezinárodních nebo státních norem (ISO 2431, DIN 53 211 či DIN 53 224, ASTM D1200) nebo jsou používány v určitém typu průmyslu a označeny podle typického uživatele Shell či Lory apod. Vyrobeny jsou nejčastěji z nerezi, hliníku nebo plastu, v nejrůznějších tvarech. Mohou mít vyměnitelnou nebo pevnou trysku různého průměru, podle toho, jaká viskozita se u dané hmoty předpokládá. Je tedy velmi důležité si vždy předem přesně stanovit podle jaké normy chceme testovat. Často se pohárky označují např. jako Fordovy, přestože ve skutečnosti se pohárkem Ford měří pouze dle normy ATSM.

Velmi často se v aplikační praxi používají plastové výtokové pohárky bez kovové trysky. Měřením takovými pohárky nelze získat relevantní výsledky, jedná se pouze o orientační měření. Pro přesná měření je třeba používat normované a správně udržované výtokové pohárky, případně přímo viskozimetr.

Jednoduchým proměřením zjistíme, zda má nátěrová hmota správnou viskozitu, zda je připravena k aplikaci, zda není přeředěná nebo naopak málo ředěná.

Teplota nátěrové hmoty

U většiny nátěrových hmot platí, že viskozita závisí na teplotě a tlaku. Tento parametr je velmi často opomíjen. S rostoucí teplotou viskozita klesá, s rostoucím tlakem vzrůstá. Vliv tlaku je však většinou zanedbatelný, projevuje se až při velmi vysokých tlacích. Vliv teploty je naopak zásadní. Správná aplikační teplota nátěrové hmoty je velmi důležitým parametrem a obvykle je uvedena v technickém listě nátěrového hmoty. Nátěrové hmoty není doporučeno skladovat při nízkých teplotách (obvykle pod 0°C), neboť jejich vlivem může docházet uvnitř systému k molekulárním změnám, které mají vliv na aplikaci, přilnavost i životnost nátěrové hmoty barvy.

Skladování nátěrových hmot často uvádí výrobci v technických listech. Pokud však není teplota skladování uvedena od výrobce, měly by být nátěrové hmoty skladovány při teplotách nad +3°C a pod +30°C.

Před vlastní aplikací je dobré nátěrovou hmotu nejen promíchat, ale také změřit její teplotu a viskozitu. Je vhodné pro měření používat dotykové teploměry se sondou (obr. 3), kterou ponoříme do nátěrové hmoty a změříme tak teplotu i uvnitř nádoby, nejen na hladině.

Výrobci nátěrových ne vždy doporučenou teplotu nátěrové hmoty v technických listech uvádí, ale obvykle je aplikační teplota nátěrové hmoty 15-25°C, nezávisle na teplotě okolí a povrchu výrobku. Vhodné je nátěrovou hmotu před vlastní aplikací natemperovat, např. v prostoru lakovny a to obzvláště v případě, kdy je teplota ve skladu nátěrových hmot nižší než v lakovně.

Klimatické podmínky

Funkčnost ochranných povlaků závisí rovněž na stavu povrchu bezprostředně před jejich nanesením.

Většina nátěrových hmot vyžaduje, aby povrch byl před nanášením suchý. Tenké vrstvy kondenzované vody však nemusí být okem viditelné. Spolehlivou metodou zjištění možné přítomnosti kondenzované vody na povrchu je měření relativní vlhkosti vzduchu v kombinaci s teplotou vzduchu a především teplotou povrchu, na který bude povlak aplikován.

Faktorů, které ovlivňují kondenzaci, je celá řada: tepelná vodivost podkladu, sluneční záření, proudění vzduchu a jeho vlhkost apod.

Není-li předem dohodnuto jinak, platí, že teplota povrchu musí být minimálně 3˚C (často je požadováno dokonce 5°C) nad rosným bodem, neboť pravděpodobnost kondenzace je v tomto okamžiku považována za vysokou.

Dnes používané tzv. kombinované přístroje (obr. 4) umožňují současné měření a zobrazení všech potřebných měřených hodnot včetně výpočtu odchylky rosného bodu od teploty podkladu (ΔT) s případnou akustickou signalizací. Běžně jsou k dispozici přístroje se záznamem naměřených hodnot a jejich dalším zpracováním pro dokladování správného technologického postupu.

V okamžiku, kdy dojde k aplikaci povlaku na povrch při nevhodných klimatických podmínkách, zvyšuje se pravděpodobnost selhání celého systému v záruční době nebo zkrácení předpokládané životnosti nátěrového systému. Povlak vlhkost na povrchu uzavře, vlhkost má snahu dostávat se ven a tím dochází k odlupování nátěru a ke vzniku korozního článku.

Proto je nutné, a to zvláště při aplikacích na stavbách, měřit před, v průběhu aplikace až do zaschnutí povlaku (vlhkost na čerstvě aplikovaném povlaku může mít zásadní vliv na jeho další vlastnosti nebo vzhled) klimatické podmínky.

Neméně důležitá je i teplota podkladu, na který je nátěrová hmota aplikována. Běžně jsou minimální teploty podkladu omezeny výrobci na -10°C až +10°C (+10°C u dvousložkových, vodou ředitelných a rozpouštědlových chemicky vytvrzujících nátěrových hmot, +5°C u rozpouštědlových oxidativně vytvrzujících nátěrových hmot a -10°C u rozpouštědlových fyzikálně zasychajících nátěrových hmot). Horní hranice teploty se uvádí +40°C, nad kterou nátěrové hmoty po aplikaci nestihnou správně vytvrzovat, ale vysychají.

Těchto šest parametrů (čistota povrchu, klimatické podmínky, profil povrchu, stupeň přípravy povrchu, teplota nátěrové hmoty a viskozita nátěrové hmoty), které jsme zde ve stručnosti představili, dokáže, samostatně, nebo kombinací některých z nich, zásadním způsobem ovlivnit vlastnosti povlakového systému až po jeho selhání. Přesto je jejich důsledné sledování a měření často podceňováno, přičemž náklady na takováto měření jsou často zanedbatelné v porovnání s riziky, které nedodržování technologických postupů a technologické kázně přináší.