隐身涂层附着力测试探讨

pbpaula81 · 发表于 2008-5-17 14:20:59

1 引言
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。
2 涂层附着力的测定方法
附着力测定主要有3种方法，即十字划格法、划圈法和黏结拉开法。
(1) 划格法。使用规定的切割刀具在试板上垂直划出格阵图，检查涂层损伤及分离脱落的格数百分比，同时与标准格阵图进行对照，给出附着力等级。使用这种方法，在划格后可以利用符合要求的黏胶带对格阵部位进行撕拉，也可以不使用黏胶带。对于附着力好的涂层，不使用黏胶带难以准确测定出附着力的实际水平，按我国测定方法得到的评定结果是不使用黏胶带的结果，标准为 GB ／ T 9286( 色漆和清漆漆膜的划格试验》。
划格附着力测定时，需要正确把握切割间距。一般小于 50 m 厚的涂层，用 1 mm 宽的切刀， 2 mm 宽的切刀适合于 50 ～ 125 μ m 厚度的涂层。
划格附着力反映的并非单一界面结合力，其中还包含有涂膜变形和破坏的抵抗力，在多层体系中，因涂层之间可能出现破坏，测定结果也不一定是涂层体系与底材的附着力。
(2) 划圈法。用测定仪上的划针在试片上划出圆痕等级。标准为 GB1720( 漆膜附着力测定法》。
划圈时涂层的破坏情况同划格时有相似之处，不同处体现在涂层破坏工具、破坏形式与评级方法上。划格法中每一个划格的面积是固定的，评级采用受损面积比率；而划圈法中由划圈交叉所形成特定部位的面积是递增的，评级考察的是不受损区域所处的位置。
(3) 拉开法。把试柱黏结在涂层上将涂层拉开、剥落，是目前普遍采用的定量方法。标准为 GB5210 《涂层附着力的测定法拉开法》。它可以测定出涂层与基体表面或涂层间附着破坏时所需要的力，能够测定较高水平的附着力，比较适合于厚涂层。由于是垂直拉伸加载，与涂层使用时的受力状态有明显区别，其结果。与涂层使用寿命之间不具有直接对应关系，可以用来检验是否满足给定值需要。
因使用黏结，测定结果将受胶黏剂品种、固化时间及固化时压力等黏结质量的影响。在附着力测定时国家标准规定，完全固化后需用锐利的刀子，沿试柱周线切透涂层直达底材，国际标准中使用的是切割装置，此时涂层附着力取决于界面力和内聚力大小。
3 多层结构隐身涂层附着力的测定
一般的隐身涂层，如果在测定条件上满足国标要求，完全可以用上述标准进行测定。但对有些多层结构的隐身涂层 ( 结构示意见图 1) ，如厚度大、多层结构，含有硬颗粒吸收剂时，上面的测定方法就难以执行。

图 1 多层结构隐身涂层结构示意

划格法 ( 或划圈法 ) 的划刀 ( 或划针 ) 很难将涂层划透，划线的边沿很不整齐，直接妨碍了结果的评判。按拉开法要求进行涂层切割时，也同样遇到了这一问题。试验发现，使用切割装置来加工拉开法用涂层试样，也不能得到满意的效果。测试值比不切割直接拉伸低50％以上，且试验数据的分散性很大，高低结果悬殊可达 1～2 倍，看来问题还是出在切割加工过程中，刀具碰到硬颗粒时产生振动伤及了涂层体系。分析涂层产品的使用情况发现，涂层在环境中附着力的变化是由底涂层／金属界面结合力、涂层间结合力、各涂层的内聚力变化导致的，只要测试结果可以反映涂层体系抗拉脱破坏总体水平，对涂层不一定非切割不可。切割的优点是可以保证涂层受力面积与试柱面积等同，便于进行强度换算，也可以消除因涂层厚度不同而带来的内聚力影响。但切割涂层的缺点也是不能忽视的，首先对产品而言，不切割更符合涂层使用状态，另外涂层在环境中附着力的变化，其内聚力的变化是原因之一，不切割涂层的试验结果，其中包含了试柱周边一定范围内涂层内聚力的增减信息，切割涂层反而将其排除在外。涂层越厚，试柱周边涂层的内聚力越大，它的影响就越重要。因此认为，只要试验用样品厚度控制均匀，不切割涂层直接拉伸的方法，更能显示出附着力受环境因素影响发生的总体变化情况。
4 多层结构隐身涂层附着力

在自然环境中的变化规律针对多层结构隐身涂层，在我圉 4 个典型自然环境试验站开展了户外暴露试验，站点为江津、万宁、漠河、敦煌，分别代表了亚湿热酸性环境、热带海洋环境、寒冷环境、沙漠环境。已获得 24 个月的涂层附着力检测数据，测定时不切割涂层，结果以拉脱载荷与试柱面积之比表示（见图 2 ）

图 2 多层结构隐身涂层在 4 种环境中 24 个月附着力变化结果
试验中发现有以下规律：
(1) 隐身涂层的附着力，在自然环境中基本上都有一个先降低而后升高的过程，附着力的最低值一般出现在 3 ～ 6 个月前后。
(2) 试验环境表明，敦煌和漠河环境条件对涂层附着力的影响比较显著。具体表现为的期附着力衰减速度较快，低点出现时间早于江津和万宁；随后附着力增大，超过江津和万宁。
(3) 在涂层附着力检测时发现，涂层的破坏形式发生了一些变化。由附着破坏为主发展为凝聚破坏，破坏部位由内向外发展 ( 见图 3) ，这说明了容易受环境影响的外层逐步成为涂层体系的弱点部位。

图 3 多层结构隐身涂层附着力柃洲的破坏形
(4) 对涂层附着力的降升可以这样去理解，由于投样时间在冬季，漠河与敦煌站的低温和较大的温度冲击，容易造成底涂层与金属基体问结合力下降；随着天气转热与时间的推移，涂层中高聚物分子结构可能发生变化，如分子问出现交联等，涂层内聚力将会增加。同时，太阳辐射、潮湿、酸性和盐雾介质长期侵蚀又会对外涂层产生影响，使内聚力下降。试验中后期表现出的附着力增大，实际上是综合结果的反映。
因此，对多层结构的隐身涂层要保持一定的附着力，所选涂层树脂的耐低温和温度冲击性能好坏是比较重要的。
5 结语
隐身涂层的附着力是实现产品隐身功能的前提，在附着力测定时，应当根据涂层情况选择合适的测试方法。并注意和处理好测试中的一些具体问题。探讨和研究隐身涂层，特别是多层结构隐身涂层附着力的测试方法，以及隐身涂层的环境适应性规律，了解和掌握环境因素的影响作用，对涂装工艺改进、产品性能提高以及防护措施制定具有积极意义。