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涂料粘附基础知识
2020年11月30日    阅读量:2433     新闻来源:中网信息    |  投稿

涂料粘附基础知识


一、粘附机理

基材与涂层之间黏结强度影响着涂层对被涂物的附着,而黏结强度的大小不仅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,还与基材的表面状态、表面物质组成及材料本身的致密性有关。一般而言,涂层在基材表面的作用方式可以分为两种形式:化学键合与物理吸附,两种方式的区别严格意义上说是分别以静电吸附的形式与空间位阻的存在。


1. 化学吸附

化学吸附事实上是通过静电作用产生的连接,它是由基材中的原子或基团和涂层中的某些基团发生相互作用,形成新的化学键,通过化学键合的作用促进涂层在基材表面的润湿涂料在线coatingol.com


2. 物理吸附

任何基材表面都存在一定的缺陷或孔洞,由于缺陷与孔洞的存在不仅使油墨和涂层接触的表面积增大,从而增加了他们之间接触的活性点,亦为可能使二者相互渗透。此外,对于多孔性的介质,涂料很容易通过孔隙渗入基材内部,使得涂层与基材的相互介入。


二、 提高粘附力的方式‍

提高化学吸附能力的方式包括两个方面:在涂层中引入足够量的可与基材表面原子键合的基团;增加底材表面的活性点。其中材表面粗化与基材表面氧化可增加底材表面活性点数量。且粗化的过程不仅提高了涂料对基材的润湿性,增多了单位截面的活性点,亦增加了底材与涂层的接触面积,它是一个对物理与化学吸附都有益的措施;而基材表面氧化的途径很多,如氧化剂粗化、等离子体或电晕氧化等,它主要通过将非极性或弱极性的官能团转化为强极性基团的过程,形成共价键、氢键或离子键等,从而达到提高与涂层之间反应能力的目的。一般通过提高基料或助剂中官能团的活性可在涂层中引入可与基材表面原子键合的官能团,这些官能团主要为:-COOH、-SO3H、-PO3H、>CO=、-NHC=O、-NHR-、-OH、-SH 等。


由这些单体参与共聚的丙烯酸树脂或改性的丙烯酸树脂在塑料基材上具有较好的附着力。从这些官能团都是强极性的基团,可作为给电子或吸电子基团形成氢键、脱水缩合等与基材分子发生作用。


涂层物理吸附作用的大小取决于二者接触面积的大小,如渗透越深,接触面积越大及相互缠绕越紧,则作用越大。而涂料基料的支链官能团大小及涂料固化后的交联密度决定缠绕的几率,且适宜的支链官能团大小和交联密度有助于形成缠绕。


三、 粘附力的测试‍

1. 相关标准

GB/T 1720-1979《漆膜附着力测定法(划圈法)》

GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》

GB/T 5210-2006《涂层附着力的测定法 拉开法》


2. 检验方法要点介绍

2.1 GB/T 1720-79(89)《漆膜附着力测定法(划圈法)》

2.1.1 测试原理

将样板固定在一个前后可移动的平台上,在平台移动的同时,做圆圈运动的唱针划透漆膜,并能划出重叠圆滚线的纹路,对漆膜的破坏作用,除垂直的压力外,还有钢针做旋转运动所产生的扭力。

2.1.2 材料和仪器设备

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图1 QFZ型漆膜附着力测定仪

附着力测定仪:QFZ型漆膜附着力测定仪如图1所示,试验台丝杆螺距为1.5mm,转针采用三五牌唱针,空载压力为200g,负荷砝码重100g、200g、500g、1000g,转针回转半径可调,标准回转半径为5.25mm。马口铁板:120mm×50mm×(0.2~0.3)mm。

2.1.3 操作要点

测试前先检查唱针针头是否锐利,如不锐利应予更换。再检查划痕与标准回转半径是否相符,不符时,应及时加以调整。测定时将样板固定在试验台上,使唱针尖端接触到漆膜,均匀摇动摇柄,转速以(80~100)转/分为宜。划痕标准图长(7.5±0.5)cm。划完后,取出样板,除去划痕上的漆屑。

2.1.4 结果表示

用4倍放大镜或目视观察划痕的上侧,依次标出1、2、3、4、5、6、7七个部位,相应分为7个等级。如图2所示。按顺序检查各部位漆膜的完整程度,如某一部位的格子有70%以上完好,则定为该部位是完好的,否则应认为坏损。以漆膜完好的最低等级表示漆膜的附着力,结果以至少两块样板的级别一致为准,1级最好,7级最差。     image.png

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2.1.5 注意事项

唱针针头必须锐利,否则应及时更换。标准回转半径应符合要求。

2.2 GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》

2.2.1 测试原理

根据样板底材及漆膜厚度用不同间距的划格刀具对漆膜进行格阵图形切割,使其恰好穿透至底材,评价漆膜从底材分离的抗性。按漆膜从划格区域底材上脱落的面积多少评定,分0~5级,0级最好,5级最差。

2.2.2 材料和仪器设备

单刀:如图3所示,该刀具适用于任何底材;

多刀:如图3所示,刀刃间距分别为1mm、2mm,该刀具不适用于漆膜厚度大于120μm或坚硬涂层或施涂在软底材上的涂层。

软底材:木材和塑料,尺寸:120mm×50mm,厚度小于10mm 硬底材:钢板、马口铁板等,尺寸:120mm×50mm,厚度小于0.25mm。

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2.2.3 操作要点

首先根据底材及漆膜厚度选择不同的刀具:漆膜厚度为(0~60)μm并施工于硬底材上的用刀刃间距1mm的划格刀;漆膜厚度为(0~60)μm并施工于软底材上的用刀刃间距2mm的划格刀;漆膜厚度为(61~120)μm并施工于硬或软底材上的用刀刃间距2mm的划格刀;漆膜厚度为(121~250)μm并施工于硬或软底材上的用刀刃间距3mm的划格刀。选择好刀具后还应检查刀刃是否锋利,否则应予更换。一块样板上可进行三组切割,每组之间边缘距离应大于5mm,同时距样板边缘也应大于5mm。如果是木质底材或类似材料,则应沿与木纹方向呈45°方向进行切割。切割时刀垂直于样板表面,均匀施力,匀速切割。所有切割都应划透至底材,每个方向切割数为6。切割完毕,用软毛刷沿网格图形每一条对角线轻轻向后扫几次,再向前扫几次。在硬底材的样板上施加胶粘带(软底材不需施加胶粘带),除去胶粘带最前面一段,然后剪下长约75mm的胶粘带,将其中心点放在网格上方压平,并使其与漆膜完全接触。胶粘带长度至少超过网格20mm。在贴上胶粘带5min内,拿住胶带悬空的一端,并以尽可能接近60°的角度用(0.5~1.0)s的时间将其撕离。观察漆膜脱落现象。

2.2.4结果表示

根据标准中对0~5级的划分规定对漆膜划格区域脱落情况进行判定。如图4所示。以三组切割评定一致的结果报出。        涂料粘附基础知识 中网信息

2.2.5 注意事项

正确选择刀具。胶粘带的粘贴及剥离角度、时间应按标准规定。木纹的方向和结构可能影响试验结果,而且明显的木纹会使评定不能进行。

2.3 GB/T 5210-88《涂层附着力的测定法拉开法》

2.3.1测试原理

在规定的速度下,在试样的胶结面上施加垂直、均匀的拉力,以涂层间或涂层与底材拉开时单位面积上所需的力表示该涂层的附着力。

2.3.2材料和仪器设备

拉力试验机:载荷选择应与试样的破坏相适应。

试柱:用金属加工而成,直径为20mm

胶粘剂

2.3.3 操作要点

制备样板,干燥后在试柱底面涂一薄层胶粘剂(可用502胶粘剂、环氧双组份胶粘剂或其他),并将其固定在试板上,在固化期间始终保持不动。待完全固化后,用刀子沿试柱的周线切透固化了的胶粘剂和漆膜直达底材。将样板固定在拉力机夹具上,进行拉开试验,直至破坏,记录拉开的负荷值,并观察断面的破坏形式。

2.3.4 结果表示

2.3.4.1结果按下式计算:

F=G/S

式中:F-涂层的附着力,MPa

G-试样被拉开破坏时的负荷值

S-试柱的横截面积

2.3.4.2破坏形式

附着破坏:涂层与底材,复合涂层界面间的破坏,以A表示;

内聚破坏:涂层自身破坏,以B表示;

胶粘剂自身破坏或被测涂层的面漆部分被拉破,表明涂层与底材的附着力或涂层间的界面附着力均大于所得数据,以C表示;

胶结失败:胶粘剂与未涂漆的试柱脱开,或与被测涂层的面漆完全脱开,以D表示。

破坏形式为A、B、C时其测定结果是符合试验要求的。如出现两种或两种以上的破坏形式,则以破坏面积大于70%的为有效。出现D时,应对胶粘剂的选用、工艺和质量进行检验或更换。出现C时,则表明胶粘剂的强度不能满足要求,可更换胶粘剂更高的材料,以便定量表示出涂层的附着力。

2.3.4.3结果表示

结果用附着力与破坏形式表示,如:75MPa•A。每组被测涂层的试样应不少于5对,并至少取其中3对的算术平均值,相对误差不超过±15%为有效。

2.3.5 注意事项

胶粘剂在固化期间试柱应保持始终不动。应沿试柱的周线切透固化的胶粘剂和漆膜直达底材,以保证单位面积受拉力。


3. 各方法间比较

漆膜附着力测定法的这3种方法是各自独立的,无换算关系。它们各有优缺点。GB/T 1720-79(89)《漆膜附着力测定法(划圈法)》测定漆膜附着力时,对漆膜的破坏作用除垂直压力外,还有唱针作旋转运动所产生的扭力。并且此方法适用于测定各种漆膜的附着力。GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》比较简单,不需特殊的仪器设备,适合在施工现场使用。用综合测定法(包括GB/T 1720-79(89)和GB/T 9286-1998)测出的附着力不是单纯的附着力,它还含有漆膜对变形和破坏时的抵抗力等。GB/T 5210-88《涂层附着力的测定法拉开法》属剥离试验法,此方法本身物理概念清楚,能用数据表示漆膜附着力。但测试过程较复杂,且必须等胶粘剂完全固化后才能试验,不如划圈法和划格法快速简单。


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