附著力的試驗方法與測試儀器介紹

更新時間：2011-10-19

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附著力的試驗方法與測試儀器介紹

涂膜的附著力指涂膜與被附著的物體表面之間相互粘結(jié)的能力，從實用意義上講，附著力應(yīng)是涂膜從底材上除掉所需的力，即涂膜與底材相互結(jié)合的粘結(jié)力。

涂膜附著力是檢驗涂膜性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一，而涂料要發(fā)揮保護(hù)和裝飾作用的前提，就是涂膜應(yīng)能牢固地粘結(jié)在被涂物的表面上。

涂膜的附著機理，大體上分為機械附著和化學(xué)附著兩種形式，其中，機械附著力取決于被涂底材的性質(zhì)（粗糙度、多孔性等）以及固體涂膜的機械強度；化學(xué)附著力則指涂膜與底材界面分子間的相互吸引力，取決于涂膜和底材的物理化學(xué)性質(zhì)。對于涂膜附著機理的解釋，人們普遍認(rèn)為化學(xué)附著的說法更切合實際。

測定涂膜附著力的方法和儀器很多，如果測定前能初步明確測定目的和要測定的是哪一種“力”，并相應(yīng)選擇合理的試驗方法與測試儀器，則便于對各種測定方法進(jìn)行比較并有效地評價涂膜的附著力性能。

1 涂膜附著力的試驗方法

表1列出目前國內(nèi)外涂膜附著力試驗方法的分類及其技術(shù)特征。本文擬重點探討其中畫圈法、十字切割法、拉開法和扭開法的試驗方法要點及儀器應(yīng)用特征。

1.1 畫圈法

我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1720-1998和日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS K6894分別對采取重疊圓滾線劃痕方法評價涂膜附著力性能做出明確的技術(shù)規(guī)定，已成為中、日等亞洲各國運用的傳統(tǒng)試驗方法。

這種方法對測試儀器諸如劃針的硬度、耐磨和劃痕的穿透性、載荷砝碼的質(zhì)量以及工作臺移動時的穩(wěn)定性要求嚴(yán)格；對劃痕后涂膜剝離位置的認(rèn)定及等級評價，似存在一定的難度。

1.2 十字切割法

1970年代初期，英、德等歐洲國家采用以標(biāo)準(zhǔn)劃格刀在涂膜上做交叉十字切割的方式，直接觀測涂膜與底材的粘結(jié)能力。在ISO 2409-1972、DIN 53151、BS 3900和ASTM等標(biāo)準(zhǔn)中，分別對其切割刀刃數(shù)和切割間距做出不同規(guī)定，并配套開發(fā)了手動或電動式劃格附著力試驗儀。

我國國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 9286-1988（等效采用 ISO 2409-1972）中規(guī)定：劃格圖形每一方向的切割數(shù)為6或11，每一方向的切割間距均應(yīng)滿足1或2 mm要求，并對切割方法與評價方式做出嚴(yán)格的規(guī)定，明確指出涂膜切割表面的評價，應(yīng)與有關(guān)說明和附圖進(jìn)行對比，并依據(jù)對比的結(jié)果來定級。

應(yīng)用實踐表明，十字切割法操作簡單，穿透性好，便于直觀涂膜與底材的粘結(jié)能力。但相比之下，這種方法不夠嚴(yán)格，如測定時的用力大小、刀刃的鋒利程度、劃痕深度等都將會對測定結(jié)果產(chǎn)生影響；而且測定時針對不同性質(zhì)、不同厚度的涂膜，其切割間距應(yīng)有所選擇。

1.3 拉開法

拉開法是用適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)劑把一個不銹鋼的圓柱形測頭與待測試樣的膜面粘合，再把儀器套在測頭上，勻速扭動儀器旋轉(zhuǎn)，以測定并從表盤上讀出涂膜被扭開時所需扭矩（kg-cm），計算出測頭底面積的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，即為被測涂膜的扭開附著力。

表1 涂膜附著力試驗方法分類及其技術(shù)特征

試驗方法分類		試驗方法名稱	試驗的技術(shù)特征直接測定法
直接測定法	刀割法	十字切割法	當(dāng)涂膜按格陣圖形被標(biāo)準(zhǔn)切割并恰穿透至底材時，按六個等級評價涂膜從底材分離的抗性。
		畫圈法	從圓滾線劃痕范圍內(nèi)的漆膜完整程度，按七個等級評價涂膜對底材粘結(jié)的牢度。
		ArCo微型刀法	用特制的在涂膜上畫出平行槽，當(dāng)兩槽間距縮小至中間涂膜從底材上脫落時，以其zui小間距來評價涂膜的附著力性能。
	刮除法	平衡臂法	通過變更的載荷，以垂直畫透涂膜時磨、剪、鏟等破壞性的機械力大小評價涂膜的附著力性能。
	刮除法	自動刮除法	系對平衡臂刮除法的改進(jìn)，使之實現(xiàn)自動化操作。
	粘結(jié)力法	拉開法	以規(guī)定的拉伸速度，對試樣的膠結(jié)面施加垂直、均勻的拉力，測定深層間或涂層與底材間附著破壞時所需的力，以kg/cm²表示。
	粘結(jié)力法	扭開法	在試樣的膠結(jié)面施加均勻的旋轉(zhuǎn)扭力，測定并讀出涂膜從底材上被扭開分離時的作用力矩（kg-cm）。
	慣性試驗	超聲振蕩法	通過置于幅射型磁場中線圈產(chǎn)生共振，當(dāng)涂于棒端涂膜被加速到一定程度時，以涂膜脫落所計算的力值反映其附著力性能。
	慣性試驗	超離心力法	測定電磁場離心機速度，并以涂在轉(zhuǎn)子上的涂膜被甩掉時的轉(zhuǎn)速與作用力表征涂膜的附著力性能。
間接測定法		耐沖擊試驗	以涂膜經(jīng)受在規(guī)定重量、高度試驗條件的重錘沖擊而不被破壞的耐性沖擊性能間接地反映涂膜的附著力性能。
		耐磨性試驗	涂膜在一定的負(fù)載下經(jīng)規(guī)定的磨轉(zhuǎn)次數(shù)后，以其失重（g）間接地反映涂膜的附著力性能。
		杯突實驗	以涂膜在標(biāo)準(zhǔn)條件下使之逐漸變形后，其抗開裂或抗與金屬底材分離的性能間接地反映涂膜的附著力性能。
		耐石擊試驗	涂膜受石擊等不同形式機械力的破壞作用后，以其與底材結(jié)合的牢度間接地反應(yīng)涂膜的附著力性能。

1.4 扭開法

扭開法的優(yōu)點是便于施工現(xiàn)場和小面積樣板上測試，且不受涂膜底材形狀的限制，不僅在平面上，而且可在垂直或斜面上試驗，攜帶也比較方便；缺點是采用的粘結(jié)劑必須充分固化，一般需要6 h，而且粘結(jié)劑需用現(xiàn)配，增加了工作量。再者，因測頭扭掉的涂膜面積大小不盡一致，則會影響測定結(jié)果的一致性。迄今這種方法并未被人們重視和推廣應(yīng)用。

2 涂膜附著力的測試儀器

表2列出涂膜附著力試驗方法國內(nèi)外主要標(biāo)準(zhǔn)及部分配套測試儀器。這里擬重點敘述采用十字切割法和粘結(jié)力挖開法標(biāo)準(zhǔn)的典型儀器和國外新型儀器的技術(shù)性能與應(yīng)用特征。

2.1 劃格附著力試驗儀

德國BYK公司生產(chǎn)的511（系列）型劃格測試器，符合多項試驗方法標(biāo)準(zhǔn)，備有單面6刃或11刃和圓周式六面6刃或11刃兩種形式，多種規(guī)格的切割，其切割間距分別為1、1.5、2和3 mm，各自對應(yīng)的膜厚范圍如表3。

表2 涂膜附著力試驗方法標(biāo)準(zhǔn)及測試儀器

試驗方法名稱	執(zhí)行試驗方法標(biāo)準(zhǔn)	測試儀器
試驗方法名稱	執(zhí)行試驗方法標(biāo)準(zhǔn)	型號	名稱	主要技術(shù)參數(shù)	制造廠家
畫圈法	GB/T 1720-1988	QFZ	漆膜附著力測定儀	描圖直徑:0～10.5 mm 工作臺行程：80 mm	天津市材料試驗機廠
	GB/T 1720-1988	QFD	電動漆膜附著力測定儀	描圖直徑:0～10.5 mm 電機轉(zhuǎn)速：80 r/min	天津市材料試驗機廠
	JIS-K 6894	504	畫圈剝離試驗器	描圖直徑:0～10 mm 軌跡間距：2.5 mm	（日）東洋轉(zhuǎn)機制作所
十字切割法	JIS-K 5400	AD-301	棋盤格試驗機	切割間距：0.5 mm 切割刀：11刃	（日）上島制作所
	GB/T 9286-1988 ISO 2409-1972 DIN 53151 BS-3900 ASTM D 3002 ASTM D 3359	QFH	漆膜劃格器	切割間距：1、2 mm 切割刀：6刃	天津市材料試驗機廠
		QDX	漆膜多用檢測儀	（同上）兼有膜厚測定和巴克霍爾茲壓痕試驗功能	天津市材料試驗機廠
		511	劃格測試器	切割間距：1、1.5、2、3 mm切割刀：6、11刃	（德）BYK
		750	劃格法附著力儀	（同上）	（英）Sheen
		430	電動劃格附著力試驗儀	（同上）自動劃格，壓力可調(diào)，可做多種劃格試驗	（德）ERICHSEN
拉開法	GB/T 5210-1985 ISO 4624-1978 ASTM D 4541 BS 3900：E10	HLW-5	電子拉力試驗機	試柱直徑：20 mm拉伸速度：10 mm/min	天津市材料試驗機廠
		513	BAM附著力試驗儀	采用液壓拉脫法量度范圍：0～45 N/mm²	（德）ERICHSEN
		106	支附著力測量儀	測力范圍：0.05～28 N/mm² 測力單位：N/mm²或lb/in²	（英）ELCOMETER
		525	附著力試驗儀	測力范圍：5、10、25 N/mm² 測力單位：N/mm²	（德）ERICHSEN
扭開法		208	扭矩式附著力測定器	外形尺寸：L 230 mm 重量：0.6 kg	（日）太佑機械（株）

表3 切割間距與試驗?zāi)ず穹秶?/span>

切割間距，mm	適用的途膜厚度，μm
1	60以下
2	60～120
3	120以上

ERICHSEN公司研制的430型自動劃格附著力試驗儀，實現(xiàn)了壓力可調(diào)、自動劃格的功能，有效地避免了手動劃格操作中壓力和切割速度等人為因素對測定結(jié)果的影響，不僅可做單行、多行，還可完成星形或楔形的劃格試驗。

2.2 拉開附著力試驗儀

近年，英國ELCOMETER公司和德國ERICHSEN公司分別推出試驗原理和結(jié)構(gòu)形式相同，而測力范圍略有差異的106型和525型粘結(jié)拉開式附著力試驗儀，并在1995年北京涂料展覽會上展出，它們均符合ISO、ASTM和BS等多項試驗方法標(biāo)準(zhǔn)要求。這些新型儀器不需電源，適于生產(chǎn)車間和施工現(xiàn)場測試。其中，106型備有0.05～28 N/mm²五檔可供選擇的測力量程，并標(biāo)注了N/mm²和lb/in²兩種形式的測力單位。試驗證明，這類儀器測定準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)可靠，具有樂觀的推廣應(yīng)用前景。

2.3 耐石擊附著力測試儀

BYK公司研制的ESP-10型單次撞擊試驗儀，用于汽車涂料等多層涂料系統(tǒng)的抗石擊性能試驗，測試符合BMW標(biāo)準(zhǔn)。其撞擊工具為楔形刀頭，以輕微的彈簧壓力置于經(jīng)涂布的試片下，連續(xù)地被彈子射擊，3 bar（3×10⁵ Pa）壓力的壓縮空氣使彈子加速。由于這一儀器屬便攜式，測試可在冷凍室內(nèi)或?qū)嶒炇彝膺M(jìn)行。

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