早期的附着力测试实验一般是涂料设计师评估附着力的常用方法是用铅笔刀将涂层从底板上刮开的难易程度。这需要有经验的人来操作,作为一种测试方法并不合适。因为经验不容易从一个人传递给另一个人,而且该法缺乏数值表达。用来评估附着力的测试方法中没有一个是非常令人满意的。划痕硬度、冲击强度、柔韧性等试验方法可以间接地表现出漆膜的附着力。
①直接拉开法
在规定的速度下,在试样的黏结面上施加垂直的均匀拉力,以测定涂层间或涂层与底材拉开时单位面积上所需的力。试验可采用一般的拉力试验机。
操作时用黏合剂将一根棍子垂直固定在涂层样品的上表面,底板背后也用一棍子垂直固定,两根垂直的棍子背对背呈直线状态。将这个组件放入Instron测试仪的夹具中,记录下涂层从底板上拉开时的拉力。棍子必须相互呈直线并垂直于涂层。如果棍子对底板有轻微的角度,则应力就只集中于底板一涂层界面的一部分,那么,只需较少的力就能破坏粘接。有时最薄弱的部分是底材,这时就不能采用这种方法进行粘接强度的测量。
黏合剂将棍子黏合到涂层上的力必须大于涂层对底板的黏合力,而且黏合剂不能渗入涂层,进入涂层一底板界面。可用5o2胶黏剂或环氧双组分胶黏剂、氰基丙烯酸酯黏合剂。
测定时拉力机夹具以10mm/min的速度进行拉伸,直至破坏,考核其附着力和破坏形式。
由于这一步骤存在相当多的实验误差,必须测试多次。有经验的操作者可获得±15%的精度。涂层的附着力按下式计算:
式中,P为涂层的附着力,Pa;G为试件被拉开破坏时的负荷值,N;S为被测涂层的试柱横截面积,cm2;r为被测涂层的试柱半径,cm。
GB5216-85«涂层附着力的测定法拉开法»规定破坏形式有4种:附着破坏、内聚破坏、胶黏剂破坏、胶结失败,分别以A、B、C、D表示。试验结果用附着力与破坏形式表示。
当涂层内聚力失效(即漆膜本身的强度较小)时,在测量误差范围内,附着力的强度大于能够测得的值。样品在底板一涂层界面上出现附着失效,又有这样几种可能:测试后底板上无涂层,但留有一个单层(或薄层)的物质,这时的附着失效是发生在表面吸附物质与涂层其余部分之间,需要采用表面分析测出附着失效的具体位置和验明吸附物质。通常是附着失效和漆膜内聚力失效同时发生。在涂膜的一些地方出现微隙,并且扩展到界面上时,测得样品的张力值与附着失效样品的张力值不同。
漆膜直接拉开测试的方法可用于现场的直接测试,这方面的设备被广泛地用于高性能维护涂料和船舶涂料的质量控制。该测试法是破坏性的,被测区域需要修补。
附着力受应力施加角度的影响。现已设计开发出名为STA-TRAMII的仪器,用来对被测样品施加正常负载和边拉伸力,以测试摩擦引起的破坏。这一测试用来研究汽车塑料保险杠在相互摩擦或被固体刮划引起的脱落。
②划格测试法
最早釆用保险刀片在漆膜上切6道平行的切痕(长约10~20mm,切痕间的距离为1mm),应该切穿漆膜的整个深度,然后再切同样的切痕6道,与前者垂直,形成许多小方格,过后用手指轻轻触摸,漆膜不应从方格中脱落,而仍与底板牢固结合者为合格。此法比较简单,不需特殊的仪器设备,适合在施工现场中应用,但保险刀片较软,对于漆膜较厚或硬度较高的并不适用,为此又发展了单刀或多刀的手工切割刀具和机械切割仪器。
此为按国家标准GB9286-88«色漆和清漆漆膜的划格试验»的结果分级法。目前涂层的附着力一般均较好,单纯使用划格法不能区分出优劣,这时就必须使用胶带法相配合,以得到满意的结果。胶带一般是25mm宽的半透明胶带,背材为聚酯薄膜或酷酸纤维,将胶带贴在整个划格上,然后以最小角度撕下,结果可根据漆膜表面被脱落面积的比例来求得,o最好,5级最差。
美国ASTMD3359-78中的B法规定的分级方法与我国国家标准相反。划格附着力测试用一个有6把或11把锋利刀片的装置,在样板上划出线条标记,接着又垂直于第一次划线再划。用一条压敏胶带紧贴于方格线条之上揭起。通过与一套照片对比,从划痕处的微量破碎到区域中大部分脱落,可将附着力质量评定为5~o级。
划格的速率影响测试结果。如果划得较快,在较高速率的应力作用下,涂层就比较脆,有可能裂纹就从切割处向外扩展。压敏胶带、作用于涂膜上的压力、胶带揭离表面时的角度与速率、底板在测试时的弯曲、被胶带粘贴的涂层表面等都影响测试结果。该测试方法对区分附着力较差和附着力相当好的样品有用,但对区分更高级别的附着力等级不是很有用。
③划圈法
国家标准GB1720-79(88)中规定1234567釆用附着力测定仪。针尖在漆膜上划出一定长度、依次重叠的圆滚线图形,使漆膜分成面积大小不同的7个部位,见图8-6。凡第一部位内漆膜完好者,则附着力最好,为1级;第二部位完好者,则为2级;依次类推,7级的附着力最差。
目前划圈法附着力测定仪的改进是采用一个硬度
很大的可长期使用的耐磨针头来代替唱针,以减少每次测试时需换针头的麻烦。在测定仪的底座下还安有几节电池及一个蜂鸣器,当针尖在刺透漆膜真正达到底板时,蜂鸣器就发出响声,然后就可进行测试。这样可避免因漆膜厚度不匀或针尖有时并未真正接触底板而造成实验误差
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