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做座涂层附着力测试方法比较及影响因素探讨

发布时间:2021-10-09 20:00:24 阅读: 来源:玻化微珠厂家

涂层附着力测试方法比较及影响因素探讨

涂层附着力测试方法比较及影响因素探讨

2018年12月15日

0 引言附着力是指漆层与被涂漆物体表面通过物理或化学力的作用结合在一起的牢固程度。涂层附着力是评价一个涂层或涂层体系最重要的一项指标。涂料涂覆在物体表面, 形成黏附牢固、具有一定强度的连续涂层中国涂料。附着力良好的涂层具有装饰、保护作用和其他一些特殊作用,易维护和更新。因此,涂层附着力的测定受到涂料、涂装行业的广泛关注。涂料对于航空工业来说,也是一种不可或缺的非金属材料。一架飞机在服役期间会遇到各种苛刻的环境,比如骤冷骤热的交替变化、湿热气候、酸雨和各种腐蚀介质的侵扰,所以飞机表面的防护作用变得至关重要。近年来,新机的研制对涂料的性能提出了更高的要求,涂层附着力便是重中之重。本文通过对国内外几种典型的附着力测试方法进行比较,分析了各种方法的特性、区别和测试时的注意事项,并简单探讨了附着力的影响因素,为附着力的测试和提高提出了一些建议。

1 国内附着力测试方法概述及比较目前,国内的附着力测试方法一般采用以下3 种:划圈法(GB/T 1720)、划格法(GB/T 9286)和拉开法(GB/T 5210)。下面简单介绍其内容及注意事项。

1.1 划圈附着力测试法

测定概述:用划圈法附着力测定仪进行附着力测试,按照圆滚线划痕范围内漆膜的完好程度评定附着力,结果以分级表示。

仪器及试验材料:划圈法附着力测定仪、转针、4 倍放大镜、软毛刷。

试验步骤:在马口铁上制备样板,漆膜实干后,在恒温恒湿环境下测定附着力。先检查测定仪的针头保持锐利,调整回转半径,直至圆滚线与标准半径5.25mm 相同。固定试验样板,向后移动升降棒使转针尖端接触漆膜。按顺时针方向以80 ~ 100 r/min 均匀摇动摇柄,得到长度为(7.5±0.5)cm 的圆滚线,用软毛刷除去划痕上的漆屑,4 倍放大镜检查划痕并评级。

评级方法:附着力共分为7 个等级,按顺序检查各部位漆膜的完好程度。从1 级至7 级附着力依次降低,7 级最差。用3 块样板进行测试,结果以至少2 块样板的级别一致为准。

注意事项:1)一定要保证转针的尖端锐利,否则结果的判断会受到影响无法分清楚1 级和2 级的区别。测试前先可用手指触摸针尖来感觉锋利程度。测量多个样板后酌情更换转针;2)先试着刻划几圈,如果针尖未划透底材,应酌情添加法码,但力不宜过大,以免增加阻力而磨损针头;3)要保证回转半径满足要求。

1.2 划格法附着力测试

测定概述:当多涂层按照格阵图形被切割,并恰好穿透涂层到达基材时,评价涂层从底材分离的抗性,或多涂层体系彼此抗分离的能力,结果以分级表示。

仪器及试验材料:6 刃切割刀具、透明压敏胶带、软毛刷。

试验步骤:将样板置于坚硬而平的物面上,进行90°交叉划痕的垂直切割,切割刀具要以均匀的力和速率,在涂层上形成规定间隔的格阵图形。用软毛刷沿格阵的对角线方向往返轻刷几次,除去漆屑。将75 mm透明压敏胶带的中心点放在格上,方向与一组切割线平行,用手指将胶带在格上的部位压平,指尖用力蹭压胶带以确保胶带与涂层良好接触,5 min 内,以接近60°的角度,在0.5 ~ 1.0 s 内平稳地剥离胶带。

评级方法:在良好的照明环境下,目视检查切割面涂层的脱落情况。附着力共分为6 个等级,从0 级至5级涂层附着力依次递减,5 级最差。在样板的至少3 个不同部位进行测试,如果结果不一致,差异大于1 个级别单位,再另选3 个部位重新测试。

注意事项:1)根据所用底材和涂层厚度,正确选择划线间隔;2) 切割刀刃保持锐利状态,必要时更换刀刃;3)注意胶带黏附在涂层上的时间不宜过长,剥离角度尽可能接近60°,快速平稳剥离。

1.3 拉开法附着力测试

测定概述:在指定的速度下,在试样的胶结面上施加垂直、均匀的拉力,来测定涂层之间或涂层与底材之间附着力破坏时所需要的力,以N/cm2 表示。

仪器及试验材料:拉力试验机、夹具、试柱、定中心装置、胶黏剂。

试样的制备:试样为2 个金属试柱对接或组合件。

试柱材料和表面处理应和产品实际相同。1 个试柱的表面按照被试涂料规范进行涂装,用胶黏剂与另1 个试柱胶结,未涂装的试柱上均匀的涂上一层薄的黏胶剂,借助定中心装置同轴心胶结,按要求固化。

试验步骤:将试样放入拉力机的上下夹具,调至对准,使其横截面均匀受力。以10 mm/min 的拉伸速度进行拉开试验,直至破坏,记录负荷值,并观察断面的破坏形式。

附着力计算方法:试样被拉开破坏时的负荷值除以被试涂层试柱的横截面积,即为涂层的附着力,单位为N/cm2。

破坏形式:附着破坏表示为A;内聚破坏表示为B;胶黏剂自身破坏或被测涂层的面漆部分被拉破表示为C;出现2 种或2 种以上的破坏形式,应注明破坏的面积百分数,大于70%为有效。

结果表示:每组被测涂2036-T4层试验应不少于5 对,至少3 对的算术平均值作为试验结果,以附着力与破坏形式表示。

注意事项:1)应使用最小量的胶黏剂,以使在组合试样时产生一个牢固、连续、均匀的胶结面;2)试柱周围一圈的漆膜及溢出的胶黏剂要除去,以保证受力面积;3)为提高胶结试柱的黏结力,可适当打磨试柱表面。

1.4 国内试验方法的比较分析

试验环境:对于非金属材料试验环境是非常重要的,进行附着力测试时,都应该将样板放在恒温恒湿条件下进行状态调节。国标上规定的标准试验条件为:温度(23±2)℃,相对湿度(50±5)%。

适用范围:划圈法适用于各种单一涂层附着力的测定,被广泛应用。划格法是用于测量厚度小于250μm 的涂层,虽然也可以用于多涂层的测定,但由于不易判断是涂层与底材之间的附着力还是涂层之间的附着力,因此2、在使用卧式拉力机时多用于单涂层的测定。拉开法适用于较厚涂层(如腻子),单涂层和多涂层体系均适用,但测定涂层之间的附着力时,可优先选用该方法。

优缺点:划圈法和划格法均属于间接测定法,得到的不是单纯的附着力,还含有涂层的变形和破坏时的抵抗力,但是操作简单快捷,被广泛应用。拉开法属于直接测定法,能用数字表示涂层附着力,是考察涂料配套性是否合理、全面评价涂层整体附着效果的好方法,通过附着力的检查,也可以检查涂料的组成,特别是树脂的使用是否合理。但是拉开法过程比较复杂,且必须等胶黏剂完全固化后才能进行试验。

2 国外附着力试验方法概述及比较国外的附着力测试方法也有很多,其中BSS 7225(胶带结合力试验)、FED 141D 6301.3 (浸水后湿胶带结合力)和ISO 2409(交叉划痕试验)常被引用。

2.1 BSS 7225 胶带结合力试验

BSS 7225 胶带结合力试验方法是一种比较全面的涂层胶带结合力试验方法,在多个波音材料规范中被广泛引用。该试验方法共分为3 型5 类,3 型分别为I型干附着力、Ⅱ型浸过水的上浆布湿附着力、Ⅲ浸水法附着力;5 类是指刻线类别,1 类为无划痕、2 类为平行划线、3 类为平行线加45°划线、4 类为90°交叉划线、5类为45°交叉划线。

I 型干附着力:按照规范指定的类别,选择刻线的图形刻划试样,若指定为1 类,无需刻划试样。按照方法要求的方向将胶带粘贴于试样的试验部位或刻线上,并用胶带自身的滚筒按压胶带,然后用滚筒在胶带上滚压2 次。在试样贴好胶带1 min 内,垂直于试样方向用力迅速撕去胶带,检查被试区域是否有涂层脱落。

Ⅱ型浸过水的上浆布湿附着力:在试验区域贴1块4 in×4 in 的、干净的、浸过去离子水的上浆布,用干净的聚乙烯薄膜覆盖后,用胶带封边。如果因尺寸或形状的原因不能使用以上尺寸的上浆布,可使用1 个或多个1 in×1 in 的浸水上浆布,试验部位为2 ~ 4 个。将上浆布在试样表面保留规定的时间,在此过程中试样应始终保持湿润。到达时间后,移走上浆布,用干净的上浆布擦干试样表面。按照干附着力的步骤进行试验。

Ⅲ型浸水法附着力:将试样的全部或者部分浸入去离子水中,保留规定的时间,到达时间后,取出试样,用干净的上浆布擦干试样表面。按照干附着力的步骤进行试验。

结果评级:按照涂层的剥落情况对结果进行评级,共分为10 个级别,按照次序从10 级(完好)至1 级(试样涂层全部脱落)附着力依次降低。到达时间后,取出试样,用软布擦干试样表面。从水中取出的1 min 内,用切割工具划2 条相距1 in 的平行划痕,穿透涂层直达金属基底。

2.2 FED 141D 6301.3 浸水后湿胶带结合力

试验步骤:将试样校直装置的主要型式有:滚筒式(分为水平式和垂直式);滑轮式(分为单滑轮和滑轮组);绞轮式浸入蒸馏水中保持24 h,取出试样,用软布擦干试样表面。从水中取出的1 min 内,用切割工具划2 条相距1 in 的平行划痕,穿透涂层直达金属基底。立即贴上1 in 宽的保护胶带,胶带与平行划痕交叉,滚筒滚压胶带8 次,迅速撕下胶带并检查涂层之间或涂层与基底之间的黏附性破坏情况。

2.3 ISO 2409 交叉划痕试验

ISO 2409 交叉划痕试验与GB/T 9286 等效,这里就不作详细介绍了。该方法也被一些工艺规范引用,有时在耐水介质浸泡后进行划格即交叉划痕试验。

2.4 国外试验方法的比较分析及注意事项

3 种方法均可用于考察涂层之间或涂层与底材之间的附着力情况。BSS 7225 引入了湿上浆布法和耐水后的附着力试验,特别是湿上浆布法被广泛应用。FED141D 6301.3 与BSS 7225 的Ⅲ型2 类试验相似,但它明确规定了试样进入水中保持的时间为24 h。ISO 2409所采用的胶带是透明压敏胶带,宽度为至少50 mm。BSS 7225 中指明为3M 公司的造成车翻人伤的后果250# 胶带,该胶带也满足FED 141D 6301.3 用胶带的要求。与国内试验方法相比较,引入了覆盖湿上浆布或耐水后的划痕试验。

注意事项:1)切割工具要保持锐利状态,当切割边磨损时,应重新打磨或更换;2)刻线要穿透涂层直达金属基底;3)用滚筒滚压胶带时,注意用的是滚筒自身的质量,额外施加的压力会使结果产生偏差;4)在用切割工具刻划时,注意一次刻划至基底,不能补划刻线,必要时更换试验部位;5)BSS 7225 采用垂直于试样方向用力迅速撕去胶带的方式,而ISO 2409 则采用平稳剥离,剥离角度尽可能接近60°。

3 附着力的影响因素影响附着力的因素很多,根据吸着学说,附着强度的产生是由于涂膜中聚合物的极性基团(如羧基、羟基)与被涂物表面的极性基团结合所致。因此任何减少这种极性结合的因素均将导致涂层附着力的降低。

1)涂层表面的清洁度会影响附着力的好坏。例如,当被涂物表面有油渍、水分等其他污染物时,会导致附着力的降低,应尽量避免试样表面被污染,且试验前应仔细检查,用适当的溶剂或干净的软布将被试表面擦干净。

2)涂层表面的平整度。当采用胶带法附着力时,涂层表面平整光滑,胶带能够很好地粘贴于涂层表面,进行剥离时能够真实反映涂层的附着情况;一些特殊用途的涂层表面并不平整,胶带不能紧密地接触被涂物表面,剥离后观察到的结果并不能真实反映涂层附着力,所以不建议采用胶带附着力进行试验。

3)涂层的厚度。涂层的附着力测试必须在规定的厚度下进行,即使同一类产品的涂层,由于涂层的厚度不同,也会得到不同级别的附着力测试结果。

4)底材的类型和表面处理也是影响附着力的一个重要因素。同一种涂料在表面处理不同的底材上附着力也会产生差异。如果想要获得良好的附着力,涂装工艺是非常重要的。

5)涂层的干燥方式和固化程度也是影响附着力的一个重要原因。对于一般涂层,在标准环境条件下自然干燥,固化程度较好,得到的涂层附着力也较好。

6)施工因素。在施工时应严格按照标准控制施工环境、涂装工艺、干燥程度,正确进行施工,就能得到良好的附着力效果。

7)在施工良好的被涂物体表面,采用适当的测试方法进行附着力测试,正确评价附着力测试结果。本文针对提到的测试方法都提出了注意事项,应注意每一个细节的操作,就能够正确地测试并得到真实准确的附着力评级。

4 结语涂层附着力的好坏直接影响涂料对基材的保护能力。附着力指标对于评价涂层的好坏尤为重要。附着力测试方法的结果各自独立,互相之间不存在换算关系,各有优缺点。涂层附着力除了取决于所选涂料外,还与表面处理、施工及涂膜保养有很大关系。我们应根据实际情况选择合适的方法来测定附着力,并对材料、工艺、方法不断探寻,以使涂层附着力在应用中发挥良好的作用。

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