有机涂层的性质和评定——附着力

ucoat

有机涂层的性质和评定——附着力

定义

附着力是二个表面依靠力结合在一起的性质。此力可以包含共价力或界面力或是二者的结合。界面力可定义为物理粘合，而共价力是化学性质的。

如果附着力定义为涂层和底材的界面力，那末用机械方法不能测出它们的大小。由于附着力不能被测定，因此有必要测定涂层从它的底材上被除去所需的力。

要除去有机涂层可以用一个尖锐的刀片，根据经验来划痕，可以用一个机械操作的刀，放置在高速振动或用高速离心力。然后测定出必需用力的大小，认为是该涂层的附着力。另一个方法是用一个规定的仪器或装置，施加一定的力至分层，此数值与该涂层的附着力直接成比例的。

附着力的测定

是在一定条件下，根据除去涂层所必需的力。多年来，已广泛应用的多种除漆方法和设备分类如下：

(1)刀片一用尖锐的刀口切割；(2)划痕或刮；(3)结合附着力

a)直接拉力；b)剪切力或扭转力；c)开裂；d)拉力剪切力；(4)剥离；(5)惯性

刀片除漆方法

一个有经验的技工用此法能测定有机涂层相对的粘附性，但问题是用此法不能得到定量的数据。这个试验是将尖锐刀片的刀口与底板(已涂漆的)成30～45℃的角度。移动刀片，将涂层切成带，切下的涂层应向里卷，而没有断落或没有涂层部份地粘附在底板上。此方法已标准化，为FTMS141方法6304。该法的描述太含糊，不足以使任何二个操作者完成该试验得同样结果。

改进后的刀片试验成为Rossman凿子附着力试验。在此试验，一个凿子在一定的负荷下，以固定的角度进入涂层。同时，用弹簧将涂有膜的底板拖过凿子的刀刃，在试验过程中，弹簧的拉力由大变小，直至不足以把膜与底板分离。该装置表示于图1。实际上凿子是一把新的剃须刀，並调节到切割1.0cm的宽度。起始的力通常是10kg，弹簧的拉力变化为2～10kg。真正的拉力曲线记录在一个旋转盘上，从获得的曲线可计算出涂层的附着力的强度。
改进的Rossman凿子是New York Club凿子附着力试验。装置与Rossman相似，除了凿子上的拉力增加到在有涂层的底材上移动时完全除去涂层的这一点，在校准的分度尺上能直接读出弹簧拉力。

图1 Rossman凿子附着力试验

1944年采用了对老式刀片试验的科学改进，成为ASTM D2197方法，称为“有机涂层平行槽粘附的附着力”和美国联邦FTMS141方法6302.1。评价此附着力是根据平行槽切进涂层时最接近从底材上除去涂层时用的力。装置包括一个可移动的台，上面可固定样板，一个60℃园椎形金钢石切刀，切割方向为轴心与试验表面成85℃和一个有活动法码的称杆，能使切割点的负荷至1000g。固定样板的平台依靠有校准刻度的微进螺旋能与切割方向成垂直地移动，以划成一系列平行槽，它们之间的任何间隙以1.0mil(0.001英寸)增值。从下式可计算出微型刀片的附着力：
A＝100D/LA1/2＝D/C
C＝LA1/2/10这里：LA是称杆负荷最小值。

用此以负荷LA和起始为20mil的间隙，直至达到间隙为D1这时槽之间涂层从底材上剥落或撕裂。对相同厚度和组成的涂层表观附着力是当涂层从底材上剥落时在测头上的负荷和槽间距离的函数。

其他的装置基于同样原则是Graham-Linton Edge附着力试验，在美军用规格MIL-P-19834有概述；DuPont Sharp Tool附着力试验用于DuPont Scratchmaster；和由联合碳化物公司开发的Hesiometer。

划痕或刮的方法
1)划格法附着力
在此试验里，穿过涂层于同一方向作平行切割，另作一系列垂直于第一次方向的切割，形成一系列小方格。原来是100格，边长1/32英寸。使用前面叙述的微型刀片刻划涂层。由涂层剥落或粘附脱落的方格数，得出附着力的数值。
对这个试验涉及的因素太多，所以它的正确性和重复性是有问题的。膜的厚度，切割的深度和宽度，刀口的角度对此方法的误差都起作用。所有下面所叙述的，是为了消除这些困难而设计的。其中一个试验已得到了一些普及，在ASTM D3002，D3359和DIN5351里阐述。是由一系列间距1.0mm的平行切轮组成，刻穿涂层成六条线，第二次刻的方向与第一次垂直，由此做出25个每边1.0mm的小方格。用胶粘带施加于交义刻线上，滚压带子以保证有好的粘附，然后用一垂直的力把带子从涂层上除去。从剥落涂层的方格数给予了它的附着力值。
2)自动刮痕附着力试验Bell试验室发展了这个试验。已涂漆的金属底材在一个负重的金属丝环下移动，环连在一个称杆上，环上的负荷依靠沿着称杆移动法码连续增加。当涂层完全被除去时，环与金属底材接触，继电器切断该机械，能测出在这点上的负荷。这个方法是极好的，因为在刮点(环)上的力是连续增加的。
3)称杆刮痕附着力试验：用上述同样的原理。刮痕工具是一个用铬—铁钻杆做的直径0.0625英寸的针，弯曲成环，外侧半径0.128英寸。当涂层在负重的环下水平移动时，以50g的增重加，直至涂层破裂。每增加一次重量涂层有一道新的划痕。观察到环实际穿过涂层时，需要的重量就是它的附着力。

4)刮痕附着力测试器
这是由Bell实验室发展的。包括一个负重弹簧，它伸出于小套筒底部，使之稍微低于承载轮子。环上的负重随着弹簧拉力从0～10kg的变化而不同。此仪器是小得能放进口袋。它大多用于野外条件下对附着力的粗略估计。使用方法是预先规定好一个重量，来试验涂层的附着力通过或是失败。
5)角划痕——剥落技术有时称为Took试验，它的改进形式是油漆检验仪。是手提的和用手工操作。包括一个碳化钨切割尖头和50倍装有刻度的显微镜。尖头与样板在水平成小的角度刻进涂层至底材。由显微镜的刻度测出露出界面的宽度。从公式计算出参考数值：

A.N.= ×10
A.N.=附着力

6)有关的国际标准(ISO)和国家标准(GB)

①ISO1518-1973《色漆和清漆——划痕试验》规定了在标准条件下测定色漆、清漆或有关产品的单层或多层体系耐划针划透性能的试验方法。可根据针上加一给定的负荷进行试验，按照特定的要求评价其通过或不通过；或者是逐渐增加针上的负荷，测定完全划透涂层所需要的最小负荷。

②GB9286-88《色漆和清漆——漆膜的划格试验》
本标准等效采用国际标准ISO2409-1972《色漆和清漆—戈4格试验》。规定了评价色漆、清漆及有关产品的涂层性能的经验测试法。这是有关涂层对底材附着的因素中，可采用的性能测定方法之一。然而不能把这个方法当作测定附着力本身的方法。

本标准规定了一种简单的经验程序，当涂层按格阵图形被切割，并恰穿透至底材时，评价色漆、清漆及有关产品的涂层从底材分离的抗性。当应用于多层涂层体系时，本方法也允许用来评价各涂层彼此抗分离的能力。

③GB1l720-79《(漆膜附着力测定法》
本标准适用于漆膜附着力的测定。漆膜对底材粘合的牢度即附着力，按园滚线划痕范围内和漆膜完整程度评定，以级表示。

结合附着力方法

1)直接拉力
ASTM D879方法称为附着力的拉力性质，适用于涂料粘附性。包括用二个金属(一般是钢)塞子之间涂层试验。适当固化后用拉力仪拉开塞子。使用者批评此法有许多缺点，如不能区别涂层内聚力和附着力之间的失败和重现性差的问题。

2)剪切力或扭转力
Rossman拉力方法基于同样的原理。利用金属铆钉或者是木销钉，一般是2.5mm直径的二个表面，在一头用任意合适的方法涂上涂层，然后夹紧二个园柱体的二端，相距10mm。让此装置干燥一定时间，用弹簧负重测力计或低程拉力器拉开，所需的负重在3.0kg以下。分开后，用20倍放大镜来测破裂区域的宽度並计算附着力：附着力＝负重/面积

3)开裂
铅笔硬度试验已用于测定附着力，不同之处是刚好从涂漆的底材上刮去涂层时的铅笔硬度作为它的附着力值。

在三十年代早期，根据直接拉力设计，这个方法将涂层作为粘合剂处理。此法不稳定和不能重复。作为粘合剂主要是将湿漆膜施在二个相同的板(一般用钢)之间，当漆膜干燥和完全固化后，拉开板所需的力表明它的附着力强度。

约十年后，将ASTN拉力附着力方法(D879)企图用于涂层的附着力。此法包括二个涂有该涂料的金属塞和用一个拉力测试仪拉开它们。此法作者注意到此法作为试验涂层附着力的缺点和不能有效区分内聚力和附着力的破坏。此法也表现出高的易变性和不能得到重复结果。

4)拉力剪切力

由(New York Production Club)发展的拉力剪切力试验业已广泛用来代替直接拉开来测定涂层附着力。选择好金属板涂上试验的涂料，干燥並固化。试验前把样板切成1.0×3.0英寸条状，一木条( ×7英寸)放在12×12英寸金属板的中间，1×7英寸的酚醛层压板BC11297条子放在木条一边上面，试验样板的涂漆面放在层压板上面，重迭面为1英寸2，第二块12×12英寸的金属放在最上面。全部放进一压机里，在压力为300Psi(磅/英寸2)温度为250°F5分钟。然后将金属样板间的木条切断。用此方法准备好试验样板，已涂漆的金属条和木条粘结在一起，重迭部分超过1英寸2，该样板放置在拉力机，破裂所需的负重称附着力值。据大量反映此试验大部份涂料的附着力值在100Psi至600Psi。已找出许多影响附着力值的因素，其中是固化温度和当超过3.0mil时的涂层厚度。

5)GB5210-85《涂层附着力的测定法—拉开法》
本标准参照采用国际标准ISO4624-1978《色漆和清漆——附着力的拉开试验法》。适用于单层或复合涂层与底材间或涂层间附着力的定量测定。


定义：拉开法所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，以测定涂层间或涂层与底材间附着破坏时所需的力，以kg/cm2表示。

剥离方法

用于测定附着力的最后试验叫剥离试验。在此试验，施工在金属板上的涂料还粘的时候，用一块丝绸布压进软膜。在涂层全部固化后，板切成1.0英寸宽条子，脱离部份绸布。安放进拉力机。金属夹在机器的固定部位，在180°角度从底板的已涂部份慢慢拉开绸布。这个方法能给予好的重复结果和能区别清漆里添加的多种树脂和增塑剂。此法能测定相同或不同材料的二层或多层的层间附着力。已广泛用于测定硝基漆和硝基纤维素蒙皮漆的附着力。

惯性方法

随着更尖端技术的出现，评价涂层附着力已使用了一个不同的方法。超离心机附着力试验发展作为研究工具，包括测试电磁离心力甩掉少量施工在转动片上涂层时的速度。转动片上涂层直径1/8英寸、厚度3.0mil。转动片速度的测定是依靠转动时它的光反射，从转动片上的涂漆和无漆部分光反射的变化，明显像示波器的图象。当漆被离心力甩去图象有变化。能计算出速度。速度高到2×106rpm(转数/秒)时计算出力大于重力为24×106。

建基业

涂层附着力是评价涂层质量的一项重要指标，是保证涂层满足各种性能要求的基本前提。涂层附着力 包括界面结合力和涂层内聚力，这两者的大小决定了 涂层附着的牢固性。

   在使用过程中涂层附着力是可改变的，在自然环境中受温度、湿度、阳光、水分和介质、温湿度冲击等影响往往会发生变化。有研究表明，涂层样品暴露在水或高湿环境中，附着力会有所降低，但样品重新干燥后附着力可能部分获得恢复。林昌健等人的研究 也证明，水进入聚合物／金属界面，使聚合物对金属基体的吸附作用力受到破坏。研究附着力的变化可以指导涂层工艺的优化，对多层结构的隐身涂层附着力的稳定性十分重要，只有在附着力满足防护要求的基础上，才可能进一步实现隐身功能。

    由于涂层附着力具有界面作用力和内聚力的特点，所以目前附着力测定非常困难，至今还没有准确面统一的方法。常用的几种方法各有局限性，其结果只能用来与附着力给定值进行相对比较，从侧面对涂层附着力予以评价，看是否达到了能够接受的水平。因此，本文从评价涂层附着力的各种测定方法人手，优选了测定多层结构隐身涂层附着力的测定方法，在此基础上，研究了多层结构隐身涂层在自然环境中附着力的变化规律。

livan

现场一般用划格和拉开法，拉开法要>2MPA

qh2009

在测适用期实验时，可以用附着力的测试代替粘结力的测试吗

wzhcmsj

学习了，但是我想知道在涂料中那些物质对附着力影响比较大？如何才能更好地提高其附着力呢？

怨牛一头

弱弱的问一下：划格法的0级相当于多少个MPa呢？？？
谢谢了

落枫无声

似乎有些很复杂哦。。
我们一般都是用百格法测定，加上指甲刮，一般都能评定出附着力的大概数值。。