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涂料附着力测试与标准简介

嘉峪检测网        2023-07-30 20:53

什么是附着力
 
涂膜的附着力是指涂膜与被附着物体表面之间或涂膜各涂层之间,通过物理和化学作用相互粘结的能力。
 
附着力是检测涂料品质好坏的一项重要的技术指标:附着力好的涂膜经久耐用,具备使用要求的性能;附着力差的涂膜容易起泡、龟裂、脱落等问题,影响正常使用。
 
广义上讲附着力可分为二类:主价力和次价力。化学键即为主价力,具有比次价力高得多的附着力。次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。这些作用力在具有极性基团(如羧基)的基材上更常见,而在非极性表面如聚乙烯上则较少。
 
 

 
 
附着力的机理:
 
一、机械连接理论
 
这种附着的机理主要是针对界面不平整,含有孔、洞或裂隙的基材上的涂装。当涂料涂于基材表面时,涂料能够润湿渗透进入这些缝隙,这样等涂膜固化以后,这些进入缝隙的涂膜则能够起到类似于钉子的作用,从而抓牢底材。
 
 
机械附着的机理在例如木材、喷砂处理、机械打磨等方面都有一定的表现。
 
二、共价键理论
 
共价键理论是指在涂膜与底材接触后,形成某些共价键,这类型的链接力是最牢固、最耐久的。形成的前提是要求在涂膜与底材中有相互契合的化学基团,这些基团在靠近后,能够形成化学键。
 
例如某些有机硅烷对玻璃、金属及有机矿石的附着力增强;再如某些底材带有羟基、羧基与涂料中固化剂的链接等。
 
三、范德华力理论
 
范德华力是提供常规附着力的最常见的一种力。当涂膜与底材近距离接触后,分子相互接近而产生吸引力。
 
这种吸引力是一种短程的相互作用,一般在0.3-0.5nm有较强的效果。另外,分子的相对分子质量越大、变形性越大、越容易被极化,则作用力更强。
 
四、静电理论
 
涂层和底材表面均有一定的电荷残存散布,当涂料和底材近距离接触时,这些电荷相互吸引可以促进涂膜的附着。
 
五、氢键理论
 
氢原子在与电负性大的原子(如O、N、F等)形成共价键时,电子偏向电负性大的原子,而使氢原子带有正电。因此当涂料中含有类似-OH、-COOH等基团时,又在基材含有负电基团时,可能会形成氢键效应,从而提升涂膜的附着力。该类亲水基团可能会影响涂膜的耐水性。
 
 
六、扩散理论
 
当涂膜涂布于底材上时,两相亲和的大分子可能通过扩散形成交错,从而提升附着力。该种作用力只能发生在两相亲和的涂层和底材间,因此大多作用于层间附着,尤其是统一体系的两涂层间的附着。图片
 
 
 
涂层对被涂物的保护在很大程度上受涂层(涂料)与基材之间的附着强度影响,而附着的强度大小不仅与基材的表面状态、表面物质组成及材料本身的致密性有关,还与涂层中成膜物的收缩应力、表面张力、结晶性与极性官能团的体积大小等因素有关。涂膜与底材之间可以通过机械结合、物理吸附等形成氢键和化学键,互相扩散等作用结合在一起,这些作用所产生的附着力,决定了涂膜与底材之间的层间附着力。在涂料的涂装中,参与附着力的机理是多样的,往往含有多种作用力。
 
涂料行业广义的附着力测试简介:
 
(1)GB/T 1720-2020划圈法附着力         
  样板固定在测定仪上,为确保划透涂膜,酌情添加砝码,按顺时针方向,以80-100r/min均匀摇动摇柄(或80-r/min电动法),以圆滚线划痕,标准圆长7.5cm,取出样板,评级。实验中需要注意以下几点:
  (a )测定仪的针头必须保持锐利,否则无法分清1、2级的分别,应在测定前先用手指触摸感觉是否锋利,或在测定若干块试板后酌情更换。
  (b)先试着刻划几圈,划痕应刚好划透涂膜,若未露底材,酌情添加砝码;但不要加得过多,以免加大阻力,磨损针头。
  (c)评级时可以7级(最内层)开始评定,也可以1级(最外圈)评级,按顺序检查各部位的涂膜完整程度,例如,部位1涂膜完好,附着力最佳,定为1级;部位1涂膜坏损而部位2完好的,附着力次之定为2级。依据类推,7级附着力最差。通常要求比较好的底漆附着力应达到1级,面漆的附着力可在2级左右。
 
(2)划格法测定附着力
  划格法附着力测试标准主要有GB/T 9286-2021/IDT,ISO 2409、ASTM D 3359。其测试方法和描述基本相同,只是对于附着力级别的说明次序刚好相反。ASTM D 3359是5B-OB级由好到坏,而ISO 2409是0-5为由好到坏。
 
根据涂层的厚度选用不同刀锯的划格器:
 
 
 
实验工具是划格测试器,它是具有6个切割面的多刀片切割器,切刀间隙1mm、2mm和3mm(刀头可以更换)。将试样涂于样板上,干燥16小时后,用划格器平行拉动3-4cm,有六道切痕,应切穿涂膜至底材;然后用同样的方法与前者垂直,切痕同样六道;这样形成许多小方格。对于软底材,用软毛刷沿网格图形成每一条对角线,轻轻向前和后各扫几次,即可评定等级;而对于硬质底材,先清扫,之后贴上胶带(一般使用3M胶带),且要保证胶带与实验区全面接触,可以用手指来回摩擦使之接触良好,然后迅速拉开,使用目视或者放大镜对照标准与说明附图进行对比定级。其分级的标准描述为:
 
* 本方法不适用于涂膜厚度大于250μm的涂层。
 
(3)拉开法附着力
  拉开法附着力是指在规定的速率下,在试样的胶结面上施加垂直、均匀的拉力,以测定涂层或涂层与底材间的附着破坏时所需的力,以MPa表示。此方法不仅可检验涂层与底材的粘接程度,也可检测涂层之间的层间附着力;考察涂料的配套性是否合理,全面评价涂层的整体附着效果。拉开法测试的相关标准有GB/T 5210-2006/IDT,ISO4624:2004、ASTM D-4514等。
 
其中ASTM D-4514为便携式拉开法,一般为现场检测使用,为单侧拉拔,试验数据比GB/T 5210较小。
 
GB/T 5210为实验室使用,有样板对接、试柱对接、单侧拉拔3种方式,大量试验数据表面当样板厚度在10mm以上,单侧与样板对接结果差异较小。
 
拉开法附着力测试示意图:
 
 
三种检测方法各有优缺点,具体可参考以下表格:
 
 
划圈法、划格法均属于间接测定法,测试结果以分级表示。由于主要依靠人眼判别,切割过程中准确度相当不容易掌握好,存在个体经验差异从而造成误差。但是操作简单快捷,被广泛应用。
 
拉开法适用于较厚涂层,单涂层和多涂层体系,测定涂层之间的附着力时,可优先选用该方法。拉开法属于直接测定法,能用数值表示涂层附着力,可用于研究涂料配方是否合理及全面评价涂层整体附着效果。此法较为复杂,且须等胶黏剂完全固化后才能进行试验,试验时间较长。
 
 

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