彩涂钢板试验技术及其应用

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彩涂钢板试验技术的最新进展及其应用

摘要：简要叙述了我国彩涂板产业的发展与彩涂板生产的质量状况，重点介绍了国内彩涂钢板试验技 术的开发与应用现状。

关键词：涂层；彩涂钢板；试验技术

1 我国彩涂板产业的发展

彩涂板具有经济实用、耐蚀性好、色彩鲜艳、外观漂亮、易于加工成型、使用寿命长等优点，因而已广泛应用于建筑业、家用电器、家具和办公器具等各 个领域。

我国彩涂板生产起步较晚，自 20 世纪 80 年代末才开始陆续筹建彩涂板生产线，且主要建于钢铁厂或合资企业，而彩涂工艺设备和质检仪器基本上 是从国外配套引进的。至 1999 年底，国内已先后在 武钢、宝钢等国有大型冶金企业和北京、苏州、珠海、大连、青岛等地的一些大型企业集团建成 8 条生产线。其设计生产能力可达年产 60 万 t ， 2000 年全国实 际生产彩涂板约 40 万 t ，预计 2005 年我国彩涂板总消费量将达到 125～ 140 万 t 。

2 国产彩涂板的质量状况

我国于 1991 年制订发布了 GB ／ T l2754 — 9l 《彩色涂层钢板及钢带》的产品国标，继而于 1992 年又制订发布了 GB ／ T 13448--91 彩色涂层钢板及钢带试验方法》的方法国标。上述标准的发布实施，强化了国内彩涂板生产的质检手段，严格规范了彩涂板的产品质量，有效地促进了我国彩涂板生产技术的总体发展。关于国产彩涂板的质量，以宝钢产品为例，从总体上看，若按企业标准评定，均高于国标要求，基本上可满足建筑业的使用需求；若按国外的检验方法和要求检测，其性能指标也相当于国外同类产品的质量水平。

尽管如此，国产彩涂板仍时有以下质量问题发 生： (1) 宽度超出公差，有的多达 10 mm以上，因而 这对于有严格公差要求的建筑制品则不能使用。 (2) 偶尔发生小批量彩涂板出现加工时涂层产生不 同程度的开裂或脱落。 (3) 时而出现彩涂板中两层 钢板粘接现象。 (4) 有时发生周期性粘层和条状漏 涂现象。 (5) 偶尔产生彩涂板背面涂层结合力差，造 成复合板的芯材仅与彩涂板的背涂层粘结而与基 板脱离。 (6) 涂层表面有时出现凹坑、压痕和划伤等缺陷。

上述这些质量缺陷大多有可能来源于基板自 身，或属基板板形不良，因而在涂层辊压时产生划 痕；或因生产工艺 ( 其中包括涂料质量 ) 不稳定造成涂层的结合力产生波动。因此国产彩涂板质量仍待进一步改善提高。国家标准 GB ／T l2754- 9l 对彩涂钢板及钢带的性能作出了严格规定，如表 1 所示。

表 1 彩涂钢板及钢带的主要技术性能要求

3 彩涂钢板试验技术的开发状况

国家标准 GB ／ T 13448 -92 《彩色涂层钢板及钢带试验方法》中规定的 9 项性能试验包括涂层厚度测定、涂层镜面光泽测定、弯曲试验、冲击试验、铅笔硬度试验、划格试验、盐雾试验、潮湿试验和加速气 候试验，其各项试验的基本方法简述如下。

3 ． 1 涂层厚度测定

涂层厚度测定的目的是合理选择和有效监控所 用不同类型涂料的涂层厚度，以获取与其相关联的各 项机械物理性能和耐候性的最佳应用效果。推荐采用磁性测厚仪法 (GB ／ T4956--85) 、杠杆千分尺法 (GB ／ T l764 — 79) 和金相显微镜法 (GB ／ T 13452 ． 2 — 92 ，用于仲裁试验 )3 种测定方法。

采用磁性测厚仪测定时，要求涂层厚度在 50 μ m 以下精确至 1 μ m ；在 50 μ m 以上精确至 2 μ m ，并以求出 3 个测量点涂层厚度的算术平均值表示测定结果。用杠杆千分尺测定时，要求读数精确至 2 μ m ，可先以在 3 个不同部位测出的试样总厚度与 基材厚度之差为涂层厚度，再以 3 次测定的涂层厚 度的算术平均值作为试样的涂层厚度。用金相显微镜测定时，要求读数精确至 2 ． 5 μ m ，并以目镜标尺在试样被切割断面 7 点位置上所测涂层厚度的算术平均值表示试样的涂层厚度。

3 ． 2 涂层镜面光泽测定

镜面光泽测定，可按国家标准 GB ／ T 9754 — 88 进行，通常采用 6 ° 入射角测量，若 6O ° 泽值高于 70 ° 光泽单位，宜选用 20 ° 角测定；低于 30 ° 光泽单位，宜选用 85 ° 角测定，并取试样表面 3 个不同位置测定结果的算术平均值为涂层的镜面光泽。

3 ． 3 弯曲试验

测试柔韧性的弯曲试验，是通过测定试样弯曲时涂层的抗开裂或抗剥离能力来评价彩涂钢板涂层物理性能的重要项目。可采用轴弯曲法或“ T ”弯试验法，目前，“ T ”弯试验法较为普遍。

轴弯曲法通常用于基板厚度小于 1 Inln 的涂层柔韧性测定，并以试样绕多规格不同直径的芯轴弯曲 180 ° ，不出现涂层开裂或剥离的最小芯轴的直 径表示。“ T ”弯试验法则规定基板厚度≤ 0 ． 8 mm 时 弯曲 180 °；而基板厚度 >0 ． 8 mm 时弯曲 90 ° 。当采取 180 ° 弯曲时，以试样绕自身的边缘弯曲 180 ° 后，使涂层不产生裂纹或剥离的最小试样厚度的倍数 ( 如0T、 1T 、2T 、 3T .....) 表示试验结果；而当采取 90 ° 弯曲时，则是在试样弯曲 9O ° 后，用贴胶带法检查试样弯曲面涂层有无剥离，或用放大镜观察试样弯曲面涂 层有无裂纹。

3 ． 4 冲击试验

冲击试验用于评价试样在承受快速变形时涂层抗开裂或剥离的能力。该试验采用冲击试验仪 (ASTM D 2794 — 82 、 ASTM G 14 — 83) 进行。在 GB ／ T 13448-92 中规定其冲头直径为 l5 ． 87 mm ，并以“合格／不合格”和“最大冲击功 (J) ”两种方式表示试验 结果。前者用撕胶带法检查以规定重锤质量和下落 高度冲击后的涂层是否剥离，用放大镜观察涂层有无开裂；后者则是通过改变重锤质量和下落高度冲击后，找出涂层不产生开裂或剥离的最大质量和最大高度，并以二者的乘积为最大冲击功。

3 ． 5 铅笔硬度试验

涂层硬度试验，采用铅笔划痕硬度计法 (GB ／ T6739 — 86) ，即采用从 6 H～ 6 B 范围内 l4 个标号中已知硬度的笔芯划破涂层，以测定试样表面的相 对硬度。这种铅笔划痕硬度试验包括试验机法 ( 采用台式硬度计 ) 和手动法 ( 采用便携式硬度计 ) 两 种试验方法。前者规定铅笔划痕时的恒定荷重为 (1 ± 0 ． 05)kg ，试样移动速度为 0 ． 5 mm ／ s ；后者则 是凭借人工手推铅笔以 1 mm ／ s 速度使笔芯沿涂层表面向前移动。二者相比，试验精确度当以前者为 佳。

3 ． 6 划格试验

划格试验，用于评价试样的初涂层与基板的附着 力或多层涂层系统中涂层彼此间的抗分离能力。该试 验采取十字切割涂层 (GB ／ T 9286-88) 时，有如下试验技术要求： (1) 切割图形每个方向的切割数为 6( 即采用 6 刃刀具 ) ； (2) 切割刀刀刃间距分别为：涂层厚度为 0～60 μ m 的硬底材，刀刃间距为 1 mm ；涂层厚度为 0～60 μm 的软底材或 61 ～ 120 μ m 的硬底材，刀刃间距为 2 mm ；而对于涂层厚度为 121 ～ 250 μ m 的硬或软底材，刀刃间距则均为 3 mm 。

划格试验的结果评定，是以涂层被切割并用胶粘带撕离后的表面损坏状态与 GB ／ T 9286 — 88 中的“试验结果分级”图示进行对比，将试验面按 (0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5)6 个等级作分级表示的。

3 ． 7 盐雾试验

盐雾试验是目前普遍用来检验涂层耐腐蚀性的方法之一。彩涂钢板的盐雾试验 (GB ／ T 177l - 91) ，则是为模拟大气自然环境而在盐雾腐蚀试验箱提供的规定温度范围、盐雾沉降量和试验周期的加速腐 蚀试验后，检查试样的破坏现象，包括起泡、生锈、 附着力下降和由划痕处腐蚀的蔓延等，并按 GB ／ T1766 — 95 《清漆和色漆涂层老化的评级方法》规 定，以 (0 、 1 、 2 、 3 、 4 、 5)6 个等级评定其破坏程度。该项 试验对于盐雾箱的试验条件，要求温度保持在 (35±2) ℃；配制的氯化钠溶液浓度为 (5±1) ％， pH 值为 6 ． 5 ～7 ． 2 ，经 24 h 后计算每个收集器收集的溶液，每 80 cm 2的面积应为 1 ～2 mL ／ h 。

3 ． 8 潮湿试验

潮湿试验又称耐湿热性试验，用于评价涂层对 高温高湿作用的抵抗能力。湿热试验也属检测涂层耐蚀性的一种方法，因此通常与盐雾试验同时进 行。由于湿热试验中最主要的影响因素是温度和湿度，所以在每次试验的全过程中要特别注意对调温 调湿箱的调控，以免影响试验结果。对于试样的评定，主要是观察涂层有无起泡、生锈和脱落，并按 GB ／ T 1740 - 79 规定，对其破坏程度分 (1 ， 2 ， 3)3 个等级进行评定。

3 ． 9 加速气候试验

彩涂钢板的加速气候试验用于评价试样在模拟复杂自然气候环境作用后涂层的耐候性。太阳光谱中紫外线能量虽然只占太阳总能量的 4 ％ ，但许多材料正是在紫外线区域遭到破坏，因此采用紫外碳弧、阳光碳弧、氙 ( 气 ) 灯等光源辐射，并通过调节温度、湿度及通氧量，可达到与天然曝晒相似的结果。 GB ／ T 13448-92 规定彩涂钢板的加速气候试验采用碳弧灯光源或氙灯光源的人工加速老化试验机，并 推荐可供选择的“连续光照”、“连续光照间断喷水”及“交替光照和黑暗、间断喷水” 3 种试验方式。试验 应参照 GB ／ T 1865 — 97 进行，有关试验结果的评价，按 GB ／ T 1766 — 95 《色漆和清漆涂层老化的评级方法》评定，主要包括涂层的褪色或变色、失光、粉化、开裂、起泡、剥落、锈蚀等破坏现象。

4 彩涂钢板试验技术的应用实例

2003 年 2 月，由北京机械工业自动化研究所承 建的唐山缤纷彩钢有限公司年产 8 万 t 彩涂线第一次试生产成功。产品经检验，涂层主要质量指标全部达到国标 GB ／ T 12754 — 91 要求，如表 2 所示 ( 取样位置：卷首；生产工艺：两涂两烘 ) 。

表 2 彩涂板漆膜物理性能测试报告