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附着力的试验方法与测试仪器介绍

时间：2011/10/19阅读：11557

附着力的试验方法与测试仪器介绍

涂膜的附着力指涂膜与被附着的物体表面之间相互粘结的能力，从实用意义上讲，附着力应是涂膜从底材上除掉所需的力，即涂膜与底材相互结合的粘结力。

涂膜附着力是检验涂膜性能优劣的重要指标之一，而涂料要发挥保护和装饰作用的前提，就是涂膜应能牢固地粘结在被涂物的表面上。

涂膜的附着机理，大体上分为机械附着和化学附着两种形式，其中，机械附着力取决于被涂底材的性质（粗糙度、多孔性等）以及固体涂膜的机械强度；化学附着力则指涂膜与底材界面分子间的相互吸引力，取决于涂膜和底材的物理化学性质。对于涂膜附着机理的解释，人们普遍认为化学附着的说法更切合实际。

测定涂膜附着力的方法和仪器很多，如果测定前能初步明确测定目的和要测定的是哪一种“力”，并相应选择合理的试验方法与测试仪器，则便于对各种测定方法进行比较并有效地评价涂膜的附着力性能。

1 涂膜附着力的试验方法

表1列出目前国内外涂膜附着力试验方法的分类及其技术特征。本文拟重点探讨其中画圈法、十字切割法、拉开法和扭开法的试验方法要点及仪器应用特征。

1.1 画圈法

我国国家标准GB/T1720-1998和日本工业标准JIS K6894分别对采取重叠圆滚线划痕方法评价涂膜附着力性能做出明确的技术规定，已成为中、日等亚洲各国运用的传统试验方法。

这种方法对测试仪器诸如划针的硬度、耐磨和划痕的穿透性、载荷砝码的质量以及工作台移动时的稳定性要求严格；对划痕后涂膜剥离位置的认定及等级评价，似存在一定的难度。

1.2 十字切割法

1970年代初期，英、德等欧洲国家采用以标准划格刀在涂膜上做交叉十字切割的方式，直接观测涂膜与底材的粘结能力。在ISO 2409-1972、DIN 53151、BS 3900和ASTM等标准中，分别对其切割刀刃数和切割间距做出不同规定，并配套开发了手动或电动式划格附着力试验仪。

我国国家标准 GB/T 9286-1988（等效采用 ISO 2409-1972）中规定：划格图形每一方向的切割数为6或11，每一方向的切割间距均应满足1或2 mm要求，并对切割方法与评价方式做出严格的规定，明确指出涂膜切割表面的评价，应与有关说明和附图进行对比，并依据对比的结果来定级。

应用实践表明，十字切割法操作简单，穿透性好，便于直观涂膜与底材的粘结能力。但相比之下，这种方法不够严格，如测定时的用力大小、刀刃的锋利程度、划痕深度等都将会对测定结果产生影响；而且测定时针对不同性质、不同厚度的涂膜，其切割间距应有所选择。

1.3 拉开法

拉开法是用适当的粘结剂把一个不锈钢的圆柱形测头与待测试样的膜面粘合，再把仪器套在测头上，匀速扭动仪器旋转，以测定并从表盘上读出涂膜被扭开时所需扭矩（kg-cm），计算出测头底面积的扭转应力，即为被测涂膜的扭开附着力。

表1 涂膜附着力试验方法分类及其技术特征

试验方法分类		试验方法名称	试验的技术特征直接测定法
直接测定法	刀割法	十字切割法	当涂膜按格阵图形被标准切割并恰穿透至底材时，按六个等级评价涂膜从底材分离的抗性。
		画圈法	从圆滚线划痕范围内的漆膜完整程度，按七个等级评价涂膜对底材粘结的牢度。
		ArCo微型刀法	用特制的在涂膜上画出平行槽，当两槽间距缩小至中间涂膜从底材上脱落时，以其zui小间距来评价涂膜的附着力性能。
	刮除法	平衡臂法	通过变更的载荷，以垂直画透涂膜时磨、剪、铲等破坏性的机械力大小评价涂膜的附着力性能。
	刮除法	自动刮除法	系对平衡臂刮除法的改进，使之实现自动化操作。
	粘结力法	拉开法	以规定的拉伸速度，对试样的胶结面施加垂直、均匀的拉力，测定深层间或涂层与底材间附着破坏时所需的力，以kg/cm²表示。
	粘结力法	扭开法	在试样的胶结面施加均匀的旋转扭力，测定并读出涂膜从底材上被扭开分离时的作用力矩（kg-cm）。
	惯性试验	超声振荡法	通过置于幅射型磁场中线圈产生共振，当涂于棒端涂膜被加速到一定程度时，以涂膜脱落所计算的力值反映其附着力性能。
	惯性试验	超离心力法	测定电磁场离心机速度，并以涂在转子上的涂膜被甩掉时的转速与作用力表征涂膜的附着力性能。
间接测定法		耐冲击试验	以涂膜经受在规定重量、高度试验条件的重锤冲击而不被破坏的耐性冲击性能间接地反映涂膜的附着力性能。
		耐磨性试验	涂膜在一定的负载下经规定的磨转次数后，以其失重（g）间接地反映涂膜的附着力性能。
		杯突实验	以涂膜在标准条件下使之逐渐变形后，其抗开裂或抗与金属底材分离的性能间接地反映涂膜的附着力性能。
		耐石击试验	涂膜受石击等不同形式机械力的破坏作用后，以其与底材结合的牢度间接地反应涂膜的附着力性能。

1.4 扭开法

扭开法的优点是便于施工现场和小面积样板上测试，且不受涂膜底材形状的限制，不仅在平面上，而且可在垂直或斜面上试验，携带也比较方便；缺点是采用的粘结剂必须充分固化，一般需要6 h，而且粘结剂需用现配，增加了工作量。再者，因测头扭掉的涂膜面积大小不尽一致，则会影响测定结果的一致性。迄今这种方法并未被人们重视和推广应用。

2 涂膜附着力的测试仪器

表2列出涂膜附着力试验方法国内外主要标准及部分配套测试仪器。这里拟重点叙述采用十字切割法和粘结力挖开法标准的典型仪器和国外新型仪器的技术性能与应用特征。

2.1 划格附着力试验仪

德国BYK公司生产的511（系列）型划格测试器，符合多项试验方法标准，备有单面6刃或11刃和圆周式六面6刃或11刃两种形式，多种规格的切割，其切割间距分别为1、1.5、2和3 mm，各自对应的膜厚范围如表3。

表2 涂膜附着力试验方法标准及测试仪器

试验方法名称	执行试验方法标准	测试仪器
试验方法名称	执行试验方法标准	型号	名称	主要技术参数	制造厂家
画圈法	GB/T 1720-1988	QFZ	漆膜附着力测定仪	描图直径:0～10.5 mm 工作台行程：80 mm	天津市材料试验机厂
	GB/T 1720-1988	QFD	电动漆膜附着力测定仪	描图直径:0～10.5 mm 电机转速：80 r/min	天津市材料试验机厂
	JIS-K 6894	504	画圈剥离试验器	描图直径:0～10 mm 轨迹间距：2.5 mm	（日）东洋转机制作所
十字切割法	JIS-K 5400	AD-301	棋盘格试验机	切割间距：0.5 mm 切割刀：11刃	（日）上岛制作所
	GB/T 9286-1988 ISO 2409-1972 DIN 53151 BS-3900 ASTM D 3002 ASTM D 3359	QFH	漆膜划格器	切割间距：1、2 mm 切割刀：6刃	天津市材料试验机厂
		QDX	漆膜多用检测仪	（同上）兼有膜厚测定和巴克霍尔兹压痕试验功能	天津市材料试验机厂
		511	划格测试器	切割间距：1、1.5、2、3 mm切割刀：6、11刃	（德）BYK
		750	划格法附着力仪	（同上）	（英）Sheen
		430	电动划格附着力试验仪	（同上）自动划格，压力可调，可做多种划格试验	（德）ERICHSEN
拉开法	GB/T 5210-1985 ISO 4624-1978 ASTM D 4541 BS 3900：E10	HLW-5	电子拉力试验机	试柱直径：20 mm拉伸速度：10 mm/min	天津市材料试验机厂
		513	BAM附着力试验仪	采用液压拉脱法量度范围：0～45 N/mm²	（德）ERICHSEN
		106	支附着力测量仪	测力范围：0.05～28 N/mm² 测力单位：N/mm²或lb/in²	（英）ELCOMETER
		525	附着力试验仪	测力范围：5、10、25 N/mm² 测力单位：N/mm²	（德）ERICHSEN
扭开法		208	扭矩式附着力测定器	外形尺寸：L 230 mm 重量：0.6 kg	（日）太佑机械（株）

表3 切割间距与试验膜厚范围

切割间距，mm	适用的途膜厚度，μm
1	60以下
2	60～120
3	120以上

ERICHSEN公司研制的430型自动划格附着力试验仪，实现了压力可调、自动划格的功能，有效地避免了手动划格操作中压力和切割速度等人为因素对测定结果的影响，不仅可做单行、多行，还可完成星形或楔形的划格试验。

2.2 拉开附着力试验仪

近年，英国ELCOMETER公司和德国ERICHSEN公司分别推出试验原理和结构形式相同，而测力范围略有差异的106型和525型粘结拉开式附着力试验仪，并在1995年北京涂料展览会上展出，它们均符合ISO、ASTM和BS等多项试验方法标准要求。这些新型仪器不需电源，适于生产车间和施工现场测试。其中，106型备有0.05～28 N/mm²五档可供选择的测力量程，并标注了N/mm²和lb/in²两种形式的测力单位。试验证明，这类仪器测定准确，数据可靠，具有乐观的推广应用前景。

2.3 耐石击附着力测试仪

BYK公司研制的ESP-10型单次撞击试验仪，用于汽车涂料等多层涂料系统的抗石击性能试验，测试符合BMW标准。其撞击工具为楔形刀头，以轻微的弹簧压力置于经涂布的试片下，连续地被弹子射击，3 bar（3×10⁵ Pa）压力的压缩空气使弹子加速。由于这一仪器属便携式，测试可在冷冻室内或实验室外进行。

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