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​涂层拉开法附着力测定过程的影响因素探讨

2020年02月10日 点击:

王向梅,冯立云,郭彩霞

(中昊北方涂料工业研究设计院有限公司,兰州730020)


摘要:依据GB/T5210—2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》选取4种不同种类的涂料样品进行拉开法附着力测试,并对其测试过程中的影响因素,进行试验。结果表明: 底材粗糙度越小或厚度越薄,涂层附着力越差;胶黏剂的选择应针对不同种类的涂料,预先对其进行筛选,以决定是否适用并能得到最大结果;自动拉开法测试仪的测试数据更稳定。

关键词:附着力;底材;胶黏剂;仪器



0 引言

附着力是涂料与底材或涂层之间的接触面相互作用,在一定条件下保持接触表面不分离,宏观上是指在涂层表面给予垂直的拉力直到涂层剥离时的拉力代表附着力。涂层的附着力是考察涂层性能优劣的重要参数之一,只有漆膜具有良好的附着能力,才能很好地附着在底材表面,更好地发挥出涂料所具有的附着性和保护性,从而达到使用涂料的目的。目前国内测定附着力的方法主要有划圈法、划格法和拉开法。其中,划圈法和划格法一般只能通过肉眼观察给出一个定性的涂层结合力的好坏,不能定量的反映出涂层的结合力。而拉开法可以定性的测出涂层之间的结合力的同时给出准确直接反映涂层结合力大小的数据。因此,在附着力测定中采用拉开法测定的数据更能全面、准确地反映出涂层性能的好坏。

拉开法附着力是指在规定的速度下,在试样胶结面上施加垂直、均匀的拉力,以测定涂层间或涂层与底材间的附着被破坏时单位面积所需的力。在拉开法附着力测试过程中,底材、胶黏剂的选择以及测试仪器的选择都会对最终的测试结果产生影响。GB/T5210—2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》中未对底材的处理方式、胶黏剂的筛选和测试仪器的选择作出明确的规定,因此,本文从以上这3个方面分别进行了试验探讨,以确保针对不同类型涂料样品的拉开法附着力的测试结果准确可靠。

1 试验部分

1.1 材料和仪器

1.1.1 试验样品

选择4种不同种类的涂料样品,分别为环氧富锌底漆、氟碳面漆、丙烯酸聚氨酯面漆、水性二合一底面漆,样品概况见表1。

表1  样品概况

样品编号

样品名称

V(涂料)∶V(固化剂)

1

环氧富锌底漆

4∶1

2

氟碳面漆

10∶1

3

丙烯酸聚氨酯面漆

6∶1

4

水性二合一底面漆

单组分(无配比)

1.1.2 底材

选用规格为150mm×75mm的不同厚度的钢板,对其表面进行喷砂处理和机械打磨处理,通过钢板厚度的不同及底材处理方式的不同来说明对涂层拉开法附着力的影响。

1.1.3 胶黏剂

  用MC1500、改性丙烯酸酯胶黏剂(302)、AB胶3种不同厂家的胶黏剂进行对比试验,胶黏剂概况见表2。


表2 胶黏剂概况

序号

名称

类型

生产厂家

1

MC1500

单组分

3M公司

2

改性丙烯酸酯胶黏剂(302)

双组分

哥俩好新材料股份有限公司

3

AB胶

双组分

仪器配套胶黏剂

1.1.4  仪器设备

   PosiTest AT-M(手动型)附着力测试仪、PosiTestAT-A(自动型)附着力测试仪:美国DeFelsko公司;HF9WD型恒温恒湿机房专用单元式空气调节机组:南京五洲制冷集团有限公司。

1.2  漆膜制备

依据GB/T1727—1992《漆膜一般制备法》,用4种样品,在不同底材上制备漆膜,于温度(23±2)℃、相对湿度(50±5)%条件下养护7d后进行测试。


2 结果与讨论

2.1 底材的影响

依据GB/T5210—2006中对底材的要求,分别对底材进行机械打磨处理:采用120目细度的砂纸在打磨仪上对钢板进行打磨处理;喷砂处理:采用粒径为0.5 ~1.2mm的混合石英砂对钢板进行喷砂处理。在2种处理方式和3种不同厚度的喷砂钢板上分别用4种样品制备漆膜,用自动附着力测试仪和改性丙烯酸酯胶黏剂(302)的拉开法附着力测试结果见表3。

表3  标准状态下不同底材拉开法附着力测试结果

样品

编号

附着力/MPa

机械打磨

钢板(3mm)

喷砂钢板

(1 mm)

喷砂钢板

(2 mm)

喷砂钢板

(3mm)

1

0.25(90%B)

0.30(90%B)

0.45(90%B)

0.48(90%B)

2

9.03(60%B,40%A/B)

9.41(60%B,50%A/B)

10.85(60%B)

11.02(60%B)

3

10.00(60%B,50%A/B)

12.16(10%B)

18.54(10%B)

18.79(10%B)

4

2.61(60%B,10%A/B)

2.60(50%B,10%A/B)

2.65

(50%B)

2.96

(50%B)

注:A—底材内聚破坏;A/B—第一道涂层与底材间的附着破坏;B—第一道涂层的内聚破坏;B/C—第一道涂层与第二道涂层间的附着破坏;下同。

由表3可以看出,在相同的试验条件下,相同的钢板厚度,机械打磨的钢板比喷砂钢板的试验数据明显偏小,且1mm喷砂钢板的试验数据要比3mm和2mm喷砂钢板明显偏小。这说明底材处理方式的不同,造成表面粗糙度的形成,会使金属的表面积明显增加,因此能达到增强涂料附着力的作用。粗糙度过小会降低涂层与底材之间的机械咬合力,而过大的粗糙度对涂层附着力的影响还与其粗糙度的微观形貌有关。其次,钢板厚度太薄,在喷砂和测定过程中,钢板容易变形。GB/T5210—2006规定底材应平整且没有变形,具体采用何种处理方式,标准中并没有明确作出规定,因此,在实际测定过程中,要尽可能选用与实际使用相同类型的材料作为试验底材,并在报告中指出底材的材料、厚度和表面处理方式。

2.2  胶黏剂的影响

在喷砂钢板上分别用4种样品制备漆膜,用自动附着力测试仪进行测试,使用不同胶黏剂时的拉开法附着力的测试结果见表4。

表4  标准状态下使用不同胶黏剂时拉开法附着力的测试结果

样品

编号

附着力/MPa

改性丙烯酸酯

胶黏剂(302)

AB胶

MC1500

1

0.48(90%B)

2.37(80%B,80%A/B)

1.29(80%B,70%A/B)

2

11.02(60%B)

3.77

3.98

3

18.79(10%B)

9.30

3.91

4

2.96(50%B)

7.86(100%B,10%A/B)

5.57(70%B,60%A/B)

  GB/T5210—2006规定胶黏剂的选择要求其内聚力和黏接性要大于受试涂层的内聚力和黏接性,以达到涂层破坏而不是胶黏剂内聚破坏。由表4可以看出,在同样的试验条件下环氧富锌底漆和水性二合一底面漆选择AB胶要比改性丙烯酸酯胶黏剂(302)和MC1500胶黏剂的试验数据略大;氟碳面漆和丙烯酸聚氨酯面漆在选用AB胶和MC1500胶黏剂测定过程中,胶黏剂自身破坏,涂层并没有破坏,可能是这两种胶黏剂不适用于氟碳面漆和丙烯酸聚氨酯面漆附着力的测定,选用改性丙烯酸酯胶黏剂(302)可以得到有效的结果。标准要求应选择能给出最大结果的胶黏剂。从上述结果可以看出,由于涂料样品的特殊性和要求的条件不同,所适用的胶黏剂类型也就不同,因此针对不同种类的涂料,应预先对胶黏剂进行筛选,以决定其是否适用并能得到最大结果。

2.3  测试仪器的影响

   在喷砂钢板上分别用4种样品制备漆膜,使用改性丙烯酸酯胶黏剂(302),用自动拉开法附着力测试仪和手动拉开法测试仪的测试结果见表5。

表5 标准状态下不同类型测试仪器下的拉开法附着力测试结果

样品

编号

附着力/MPa

自动拉开法测试仪

PosiTest  AT-A

手动拉开法测试仪

PosiTest  AT-M

1

0.48(90%B)

0.56(80%B,80%A/B)

2

11.02(60%B)

11.21(50%B)

3

18.79(10%B)

18.88(10%B,10%A/B)

4

2.96(50%B)

3.22(50%B)

  拉开法测漆膜附着力,所用仪器有拉力试验机、手动拉拔式附着力测定仪、液压式、机械式附着力测定仪等。由表5可以看出,在相同的试验条件下,自动拉开法测试仪比手动拉开法测试仪的测试数据略小,这可能是因为使用手动拉开法测试仪过程中操作人员拉开锭子时的拉脱率不稳定引起的。不同仪器的测试结果存在差异,结果没有可比性。GB/T5210—2006规定使用拉力试验机在涂覆漆底材表面的垂直方向上给予向上的拉伸力,该拉伸力要以均匀的速度而且不超过1MPa/s的速度逐渐增加,使整个破坏过程在90s内完成即可并未规定试验机的类型,因此在检验报告中必须要注明使用试验机的类型和相关信息并满足标准要求。


3 结语

  依据GB/T5210—2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》对涂层附着力进行测试时应注意在满足标准要求的前提下底材的粗糙度对测试结果有影响,需结合实际应用对底材进行处理;试验开始之前需对胶黏剂进行筛选以确保其是否适用于测试涂料样品并能得到最大的结果;测定拉开法附着力的拉力试验机类型有很多,不同试验仪器测试结果存在差异,当选择自动拉开法测试仪时,试验数据相对稳定可靠。

(详情见《现代涂料与涂装》2019-9)

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