涂层附着力的4种测定方法

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涂层附着力

附着力是指涂层与被涂物表面之间或涂层与涂层之间相互结合的能力。良好的附着力对被涂产品的防护效果是至关重要的，一种涂料产品的其他性能无论多么优异，但如果与被涂物表面的结合力太差，或者是因施工不当而造成涂层在产品的运输或使用过程中过早脱落，也就谈不上有什么防护效果了。
涂层附着力的好坏取决于两个关键因素：一是涂层与被涂物表面的结合力，二是涂装施工质量尤其是表面处理的质量。
此外，不同的基材对涂层附着力的影响也甚为明显，一般来说，涂层在钢铁上的附着力要优于铝合金、不锈钢及镀锌工件上的附着力，故后者在进行涂装体系的设计时，要特别注重底漆的选择。
涂层与被涂物面间的结合可分为三种类型：化学结合、机械结合和极性结合。其结合通常是某两种或三种结合方式同时发挥作用使涂层粘附在物体表面。化学结合发生在涂层与金属表面，即涂料中的某些成分与金属表面发生了化学反应。典型的例子是磷化底漆和铬酸盐底漆与金属表面的结合，前者兼具磷化处理和金属钝化的双重作用，后者亦依赖铬酸盐中离解出的CrO₄^- 对金属进行阳极钝化，特别是用于非铁（有色）金属表面，对于提高涂层附着力有着明显效果。机械结合效果与基体表面粗糙度有关，粗糙的表面将导致涂料与被涂物体的接触面积增加，从而增强附着力。极性结合是由于涂膜中聚合物的极性基团（如羟基或羧基）与被涂物表面的极性基相互结合所致，但只有在两个极性基团的引力范围之内才会发生。不同的涂料之所以有不同的附着力，其主要原因就在于涂料中能与被涂物表面极性基作用的极性基团的多少及极性强弱的不同。
表面处理的目的是尽可能的消除涂层与被涂物体表面结合的障碍，排除影响化学结合及极性结合的因素如油、锈、氧化皮及其他杂质等，使得涂层能与被涂物表面直接接触。此外，提供较为粗糙的表面，加强涂层与被涂物表面的机械结合力。因此，表面处理的质量与涂层附着力息息相关。
常用的测试涂层附着力的方法有划圈法、划格法、胶带法、拉开法等。
( l ）划圈法
系采用附着力测定仪，见图4.2 -15 。利用唱针做针头，将样板涂层朝上，固定于仪器的试验平台上，使唱针的尖端接触到涂层，用手将摇柄顺时针匀速转动，通过传动机构，针尖就在涂层上匀速地画上一定直径的圈。如划痕未露底板，则酌加祛码，直至划痕露出底板为止。所画出的圈依次重叠，得出类似圆滚线的图形，然后，取出样板，用漆刷除去划痕上的漆屑，用四倍放大镜检查并评级。

图4.2 -15 划圈法附着力测定仪

图4.2 -16 划圈法附着力的分级

划圈法附着力分为七个等级，见图4.2 -16 按顺序检查各部位的涂层完整程度。如某一部位的格子有70 ％以上完好，则应视该部位是完好的，否则应定为损坏。例如，部位1 涂层完好，则附着力最佳，定为1 级；部位1 涂层损坏而部位2 完好，附着力次之，定为二级。依次类推，七级的附着力最差，涂层几乎全部脱落。其结果以至少有两块样板的级别一致为准。
目前已有一种电动式附着力测定仪问世，系在手摇式测定仪上加一个电动机来带动传动机构，避免了手摇式易用力不匀及转速不匀的弊病，减少了操作误差。但无论是手摇式还是电动式，其唱针的回转半径应为5.25 mm，且唱针磨损后应随时予以更换，否则将影响测试结果。
( 2 ）划格法
系使用切割工具采取手工或机械的切割方式，将涂层按格阵图形切割，其割伤应贯穿涂层直至基体表面，然后评价涂层的损伤情况见图4.2 -17 。
切割时，先在试片涂层上切割6 道或11 道相互平行的、间距相等（可为lmm或2mm) 的切痕，然后再垂直切割与前者切割道数及间距相同的切痕，其切割线的道数及间距应根据涂层性质及与有关方面协商而定。采用手工切割时，用力要均匀，速度要平稳无颤动。机械切割时，应在刀具上部加适当重量的祛码，以便使刃口在切割中正好能穿透涂层而触及底材。

图4.2－17 划格法附着力测定仪

切割后，在试板上将出现25 个或100 个方格，用软毛刷沿方格的两对角线方向轻轻刷掉切屑，然后，检查并评价涂层附着力。
表4.2－5 中给出了按6 级评价的分类，前三级通常能满足一般用途，检查结果可用在哪一级上“通过”或“不通过”来表示。
表4.2 -5 划格法附普力的分级（GB/T9286－1998 )

( 3 ）胶带法

即在有切口的涂层上粘贴胶带，通过观察剥下胶带后涂层的附着状态来评价其附着力。

胶带法测定涂层附着力根据其切口形式的不同通常分为两种：正交切口和“X”切口。正交切口和前述的划格法图形一样，即在试样上划出贯穿涂层到达基体的25 或100 个方格，然后在其上粘贴宽18mm或24mm，粘附力每10mm大于2.94N 的透明胶带，粘贴长度约50mm ，用橡皮擦使胶带完全贴附在涂层上，1 -2min 后，手持胶带的一端与涂面垂直，迅速地（不要猛然一拉）将胶带撕下，如图4.2 -18 所示。

图4.2 -18 拉开胶带的方向 图4.2－19 划格胶带法附着力评级举例（JISK5400）

检查方格内涂层从底材或与前一道涂层分离的情况，如果是涂层之间出现分离，则无法评价涂层体系对底材的附着力，但应记录是从哪一层分离的。附着力的评价方式见表4.2 -6 和图4.2 -19 。
表4.2 - 6 划格胶带法附着力的评级（JISK5400 )

划叉胶带法测定涂层附着力及评级见图4.2－20 和表4.2－7

图4.2-20 划叉胶带法测定涂层附着力

" X ”切口为在试样上划上交叉角度为30⁰ 、到达基体、长约40mm的切痕。然后，同划格胶带法一样，贴上透明胶带并撕下，检查及评价剥下胶带后划叉部位的涂层剥落情况。
表4.2-7划叉胶带法附着力评级（JISK5400 )

( 4 ）拉开法

拉开法测定的附着力是指在规定的速度下，在试样的胶结面上施加垂直、均匀的拉力，涂层间或涂层与底材间附着破坏时所需的力。以N/cm²（kgf/ cm²）表示。

拉开法测定涂层附着力采用的设备为拉力试验机，拉力试验机的载荷选择应与试样的破坏载荷相适应。试验时所用的夹具应能使试样对中、固定。试验机应使拉力平稳地增加，并垂直地作用于试柱的表面上。其辅助装置有用金属（钢、铁、铝等）加工而成的试柱及定中心装置。试柱的直径为20mm，高度应不小于自身直径的一半，其平面应与试柱的长轴相垂直，如图4.2 -21 所示。定中心装置用以保证试件固定的同轴排列，如图4.2 -22 所示。

图4.2-21 试柱

图4.2 -22 定中心装置 （20mm直径试柱的定中心装置示例）

测试时，可将涂料涂装在所用材料及其表面处理与实用底材相同的金属试柱上，然后用胶粘剂与另一个试柱胶结。其组成、形状如图4.2 -23 所示。或者是将涂漆后的试样粘结在两个清洁的试柱表面上，如图4.2 -24 所示。采用定中心装置，使上下两个试柱同心对接起来，胶粘剂固化期间要始终保持不动，固化后用锐利的刀子，沿试柱的周线切透固化了的胶粘剂和涂层直达底材。

图4.2 -23 试柱对接 图4.2 -24 试样对接

将制备好的试柱或试样放入拉力机的上下夹具，并调至对中，使其横截面能均匀地受到张力，夹具以10mm/ min 的拉伸速度进行拉开试验，直至破坏。记下试样拉开的负荷值，并观察断面的破坏形式。破坏形式可以分为以下几种：
l ）附着破坏 涂层与底材、复合涂层界面间的破坏，以A 表示。
2 ）内聚破坏 涂层自身破坏，以B 表示。
3 ）胶粘剂自身破坏或面漆部分拉破 这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值，以C 表示。
4 ）粘接失败 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 或C 时，其测量结果是符合附着力试验要求的。如出现两种或两种以上的破坏形式，则应注明破坏面积的百分数，大于70 ％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 ，则表明胶粘剂的强度不能满足要求，可更换胶粘强度更高的材料，以便定量测出涂层附着力。
涂层附着力按下式计算: F = G/S 式中F ― 涂层的附着力（N /cm²）; G ― 试样被拉开破坏时的负荷值（N ) ; S ― 试柱的横截面积（cm²）。
试验结果以附着力与破坏形式来表示
（如75 kg/ cm²）· S = ( 75ON /cm²）· S

此外，还可采用划痕法测试涂层附着力。其主要原理是：将刮具（可为磨圆的唱针或环）放在涂漆试板上，逐渐增大刮具上的负荷，直至涂层从底材表面上脱落，以负荷的大小来确定涂层的附着力