涂层附着力测试规范及标准.pdf
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划格法测试涂层附着力的操作方法及评价标准1.先在试片涂层上切割6道或11道相互平行的、间距相等可分为1mm或2mm的切痕然后再垂直切割与前者切割道数及间距相同的切痕。
当涂层厚度小于或等于60m时选用划格刀片间距1mm的刀具当涂层厚度大于60m时选用划格刀片间距2mm的刀具2.采用手工切割时用力要均匀速度要平稳无颤抖以便使刃口在切割中正好能穿透涂层而触及基底。
用力过大或不均可能影响测试结果。
3.切割后在试板上将出现25个或100个方格用软毛刷沿方格的两对角线方向轻轻刷掉切屑然后检查并评价涂层附着涂层附着力划格法测试的评定标准GB/T9286-88分级说明脱落表现0切割边缘完全平滑无一格脱落1在切口交叉处涂层有少许薄片分离但划格区受影响明显不大于5%2切口边缘或交叉处涂层明显脱落大于5%但受影响明显不大于15%3涂层沿切割边缘部分或全部以大碎片脱落或在格子不同部位上部分或全部脱落明显大于15%但受影响明显不大于35%4涂层沿切割边缘大碎片剥落或一些方格部分或全部脱落明显大于35%但受影响明显不大于65%5大于4级的严重剥落涂层附着力的现场检测摘要介绍了防腐蚀涂料涂层附着力的机理并对附着力检测的标准划格法、划X法以及拉开法的测试方法和程序作了详细说明。
关键词涂层、附着力、划格法、拉开法1涂层附着力涂装工程中对于防腐蚀涂料的涂层附着力检测是涂层保护性能相当重要的指标越来越被业主和监理所重视。
除了在试验室内的检测外防腐蚀涂料的选用过程中对涂料产品进行的样板附着力测试以及施工过程中现场附着力的检测也越来越普遍。
有机涂层与金属基底间的附着力与涂层对金属的保护有着密切的关系它主要是由附着力与有机涂层下金属的腐蚀过程所决定的。
有机涂层下金属的腐蚀主要是由相界面的电化学腐蚀引起的附着力的好坏对电化学腐蚀有明显的影响。
良好的附着力能有效地阻挡外界电解质溶液对基体的渗透推迟界面腐蚀电池的形成牢固的界面附着力可以极大地阻止腐蚀产物金属阳离子经相间侧面向阴极区域的扩散这些阳离子扩散是为了平衡阴极反应所生成的带负电荷的氢氧根离子这虽然是一个相当缓慢的过程但是一旦附着力降低阳离子从相间侧面向阴极扩散的扩散则容易得多。
有机涂层的附着力应该包括两个方面首先是有机涂层与基底金属表面的黏附力adhesion其次是有机涂层本身的凝聚力Cohesion。
这两者对于涂层的防护作用来说缺一不可。
有机涂层在金属基底表面的附着力强度越大越好涂层本身坚韧致密的漆膜才能起到良好的阻挡外界腐蚀因子的作用。
涂层的不能牢固地黏附于基底表面再完好的涂层也起不到作用涂层本身凝聚力差漆膜容易开裂而失去保护作用。
这两个方面缺一不可附着力不好再完好的涂层也起不到作用而涂层本身凝聚力差则漆膜容易龟裂。
这两者共同决定涂层的附着力构成决定涂层保护作用的关键因素。
有关涂层附着力的研究有相当多的理论学说影响涂层附着力有基本因素主要有两个涂料对底材的湿润性和底材的粗糙度。
涂层对金属底材的湿润性越强附着力越好一定的表面粗糙度对涂层起到了咬合锚固AnchorPattern的作用。
检测涂层与底材之间的附着力有多种方法很多机构制订了相应的标准同时也制备了很多的仪器工具来进行附着力的检测。
适用于现场检测附着力的方法主要有两大类用刀具划X或划格法以及拉开法。
这两种方法除了可以在实验室内使用外更适合于在施工现场中应用。
主要的应用标准如表1。
表1涂层附着力的检测方法和标准划X法ASTMD3359MethodAX-cuttapetest方法A划X法胶带测试划格法ASTMD3359MethodBCross-cuttapetest方法B划格法胶带测试ISO2409Cross-cuttest划格法测试拉开法ISO4624Pullofftestforadhesion附着力拉开法测试ASTMD4514(附着力拉开)2划X法美国材料试验协会制订的ASTMD335902是目前最新版的有关划X法的标准。
它适用于干膜厚度高于125微米的情况对最高漆膜厚度没有作出限制.而相对应的划格法通常适用于250微米以下的干膜厚度。
测试所要有的工具比较简单锋利的刀片比如美工刀、解剖刀25mm1in.的半透明压敏胶带铅笔一头的橡皮擦以及照明灯源比如手电等。
测试程序如下1涂层表面要清洁干燥高温和高湿会影响胶带的附着力2浸泡过的样板要用溶剂清洗但不能损害涂层然后让其干燥3用刀具沿直线稳定地切割漆膜至底材夹角为3045划线长40mm(1.5in.)交叉点在线长的中间4用灯光照明查看钢质基底的反射确定划痕到底材没有如果没有则在另一位置重线切割5除去压敏胶带上面的两圈然后以稳定的速率拉开胶带割下75mm3in.长的胶带6把胶带中间处放在切割处的交叉点上用手指抹平再用橡皮擦摩平胶带透明胶带的颜色可以帮助我们看出与漆膜接触的状态密实程度。
7在9030s内以180从漆膜表面撕开胶带观察涂层拉开后的状态标准中定义了五种状态供参考如图1其中5A3A为附着力可接受状态。
5A没有脱落或脱皮4A沿刀痕有脱皮或脱落的痕迹3A刀痕两边都有缺口状脱落达1.6mm2A刀痕两边都有缺口状脱落达3.2mm1A胶带下X区域内大部分脱落0A脱落面积超过了X区域5A4A3A2A1A0A图1附着力划X法的涂层状态3划格法附着力的划格法测试标准主要有ASTMD3359MethodB、ISO2409和GB。
两者的测试方法和描述基本相同只是对于附着力级别的说明次序刚好相反。
ASTMD3359是5B0B为由好到坏而ISO2409是05为由好到坏。
这里主要介绍ISO2409的测试方法。
ISO2409划格法测试中使用的刀具有多刃和单刃两种由于多刃刀具对120微米的干膜厚度或较硬的涂层不容易平稳地切割漆膜因此推荐使用单刃刀具。
为了避免人为误差发展有电动划格法附着力测试仪可以自动划格刀具压力可以预先调校。
有些仪器公司如德国Erichzen仪器公司生产的430型可以进行单行、多行、星形及楔形等多种规格的试验。
使用单刃刀具还需要具有不同间距的仪器。
透明压敏胶带以及x2或x3的放大镜也是不可缺少的试验用材料。
不同的漆膜决定了不同的划格间距底材的软硬程度也对其有影响如表2。
表2不同漆膜厚度与底材相对应的划格间距0-60微米1mm间距硬质底材0-60微米2mm间距软质底材60120微米2mm间距硬质或软质的底材121-250微米3mm间距硬质或软质的底材测试程序如下1测量漆膜以确定适当的切割间距2以稳定的压力适当的间距匀速地切割漆膜刀刀见铁直透底材表面3重复以上操作以90角再次平行等数切割漆膜形成井字格4用软刷轻扫表面。
以稳定状态卷开胶带切下75mm的长度5从胶带中间与划线呈平行放在格子上至少留有20mm长度在格子外以用手抓着用手指摩平胶带6抓着胶带一头在0.51.0s内以接近60角撕开胶带。
保留胶带作为参考检查切割部位的状态见图2和图3。
ISO129446中规定达到0级或1级为合格。
7级别描述0完全光滑无任何方格分层1交叉处有小块的剥离影响面积为52交叉点沿边缘剥落影响面积为5153沿边缘整条剥落和或部分或全部不同的格子影响面积15354沿边缘整条剥落有些格子部分或全部剥落影响面积35655任何大于根据4来进行分级的剥落级别图2ISO2409划格法的附着力级别在ISO12944中规定附着力须达到1级才能认定为合格在GB中附着力达到12级时认定为合格。
很多重大项目的防腐蚀涂装规格书中规定测试样板的涂层附着力必须达到1级。
4拉开法拉开法是评价附着力的最佳测试方法ISO46242002为附着力拉开法的目前最新版应用标准相类似的测试标准还有ASTMD4514。
拉开法测试仪器有机械式和液压气压驱动两种类型。
典型的测试仪器有Elcometer106型机械式和Elcometer108型液压型以及PATM01液压型。
挪威国家技术局分别在1992年1994年和1995年进行了三个项目的测试工作针对不同的涂料类型、黏结剂类型、测试仪器以及圆柱规格和圆柱周边是否切割等因素研究判断附着力测试结果差异的成因。
1994年研究结果直接导致了在挪威石油工业标准NORSOKM501规定不再使用类似于Elcomete106的手动机械拉开法测试仪因为它由于手工操作的不稳定性而影响测试结果的准确性。
使用的胶黏剂有两种环氧树脂和快干型氰基丙烯酸酯胶黏剂。
环氧胶黏剂在室温下要24小时后才能进行测试而快干型氰基丙烯酸酯胶黏剂室温下15分钟后即能达到测试强度建议在2小时后进行测试。
透明胶带的作用主要是用来固定刚黏上的铝合金圆柱以免胶黏剂没有固化到一定牢度而使圆柱偏离原来的黏着位置。
切割刀具用来切割铝合金圆柱周边的涂层与胶黏剂直至底材这样可以避免周边涂层影响附着力的准确性。
如果干膜厚度低于150微米时可以不进行切割处理。
图3附着力拉开法测试的结构示意图测试程序和方法如下1铝合金圆柱用240-400目细度的砂纸砂毛使用前用溶剂擦洗除油2测试部位用溶剂除油除灰3按正确比例混合双组份无溶剂环氧胶粘剂再涂抹上铝合金圆柱压在测试涂层表面转向360确保所有部位都有胶粘剂附着4用胶带把铝合金圆柱固定在涂层表面双组份环氧胶粘剂在室温下要固化24小时氰基丙烯酸胶粘剂按说明书的要求15分钟后达到强度最好在2小时测试。
5测试前用刀具围着铝合金圆柱切割涂层到底材6用拉力仪套上铝合金圆柱转动手柄进行测试记录下破坏强度MPa以及破坏状态。
用百分比表示出涂层与底材、涂层之间、涂层与胶水以及胶水与圆柱间的附着力强度及状态7为了便利起见ISO4624中规定了一系列符号来描述其状态A=底材的内聚力破坏A/B=底材与第1道漆间的附着力破坏B=第1道漆的内聚力破坏B/C=第1道涂层与第2道涂层间的附着力破坏n=多道涂层系统中第n道涂层的内聚力破坏n/m=多道涂层系统中第n道涂层与第m道涂层系统的附着力破坏-/Y=最后1道涂层与胶黏剂间的附着力破坏Y=胶黏剂的内聚力破坏Y/Z=胶黏剂与测试圆柱间的附着力破坏附着力的强度以Nmm2(Mpa)来表示在常用的Elcometer108上面显示的是MPa。
比如一个涂层系统的拉开应力为20MPa在圆柱上面和第一道涂层上有30的涂层内聚力破坏第一道涂层与第二道涂层的附着力破坏达到70的圆柱面积则可以表述为20MPa30B70B/C在NORSOKM501Rev41999中对有机涂层的附着力测试规定要求必须使用自动的中心拉开式仪器而不能使用手动机械式例如Elcometer106至少要求达到5.0MPa。
对于防火涂料水泥型的要求达到2.0MPa对于环氧类产品要求为3.0MPa认可为合格。
ISO12944-6中对于涂层系统干膜厚度大于250微米时的附着力要求为按照ISO4624拉开法附着力测试至少要达到5MPa并且不低于原的50%在GB中为70%对于旧涂层的维修参考数值至少要达到2MPa才能认定为原涂层具有一定的附着力可以保留。
否则旧涂层予以去除。
海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范JTJ2752000中对新建结构防腐蚀涂层与混凝土表面的附着力不得到小1.5MPa如果涂层系统已达到设计使用年限的附着力仍不小于1.0MPa且表面无裂纹、气泡和严重粉化时被认为可以继续使用。
5结束语防腐涂层的附着力测试有多种方法上面介绍的划X和划格法测试结果不理想时拉开法可以作为主要的参考方法。
根据ISO129446的规定涂层性能测试要在标准大气环境养护3周21天后进行。
在现场的测试尽管涂层固化环境不稳定但是经过21天的风化后涂层系统进入了更为稳定的状态此时进行附着力测试其结果更为准确更具有科学说服力。
为了测试结果的公平公证性在工程现场测试时需要业主、监附理、承包商、施工方以及涂料供应商一起参与附着力的检验测试。
相关的测试报告中还要注明涂层系统、施工时间、固化情况、测试点的漆膜厚度、测试用仪器和参考的标准等对于测试结果要慎重对比地相应的标准力求准确地进行描述并作记录。
参考文献1虞亨涂料与涂膜特性的最新评价方法III现代涂料与涂装200112RuneNilsenandJanScheie,TestingtheAccuracyofAdhesion/CohesionEquipment,PCENovembr19963ISO129441998PaintandVarnishesCorrosionprotectionofsteelStructuresbyProtectivePaintSystems1油漆百格测试1范围1.1此国际标准是一系列处理油漆、清漆及相关产品的抽样和测试的标准中的一个。
其对用直角格子图案切进涂层并渗透到底材时油漆涂层从底材分离的抗耐性进行评价的测试方法进行了详细说明。
此经验测试程序测量的特性就其它因数而言主要取决于涂层与前一涂层或底材的之间的粘性。
此程序不是用于测试粘性的但也不失为一种测量粘附性的方法。
当要求要测量粘性时可以参考ISO4624:
1978中描述的测试方法-粘性拉脱测试。
备注1尽管本测试主要在实验室进行也适合于做实地测试。
1.2可用的描述方法通过测试/未通过测试。
在环境合适时也可用作一个六步分级测试见8.3。
当本测试应用于多涂层系统时可对每层涂层之间的分离抗耐性进行评估。
1.3此测试可以用于经表面处理的物体或特别准备的测试试样。
尽管本测试方法适用于硬底材钢铁和软底材木质或石膏的涂层但不同底材的涂层还需不同的测试程序详见条款7。
本测试方法不适合总厚度超过250um的涂层或斑纹漆。
备注2总厚度超过250um的涂层可用单横切法进行测试。
3当将此测试方法用于粗糙图案表面涂层时得出的结果会有许多变化。
2标准参考资料下列标准包含了一些条款本文通过参考这些条款制定了本国际标准的条款。
在发行当时版本为有效版本。
所有标准都受版本支配以此国际标准为基础制定协议的双方应当对下列标准最新版本的应用可行性进行调查。
IEC和ISO成员维持当前有效国际标准的登记。
ISO1512:
1991油漆和清漆-液态或糊状产品的抽样ISO1513:
-1)油漆和清漆-测试样本的检查及准备ISO1514:
-2)油漆和清漆-标准测试面板ISO2808:
1991油漆和清漆-膜层厚度的判断ISO3270:
1984,油漆、清漆及其原材料-测试及清理的温度和湿度IEC454-2:
1974力敏胶带的规格-第2部分测试方法3要求的补充信息对于任何特殊的应用国际标准中指定的测试方法都必须由补充信息来完善。
补充信息项可见附录A。
4设备普通的实验室设备及以下设备4.1切削工具确保切削工具的形状为规定的形状且刀刃锋利非常重要。
4.1.1下面所列为合适的工具可见图表1a)和1b):
a)单刃切削工具刀锋为20。
到30。
其它尺寸在图表1a)中有详细标明b)多刃切削工具带六个刀刃之间间隔为1毫米到2毫米。
单刃切削工具是所有情形下更受欢迎的工具例如可用硬底材和软底材上的各种涂层。
多刃切削工具不适合用于厚涂层120um或硬涂层或者软底材上的涂层。
4.1.24.1.1中指定的工具都适合手用尽管手用是更常用的方法也可将工具装在电机驱动装置上做更均2匀的切削。
后一程序的应用要由相关方商定。
4.2刀刃定向及间隔为了正确的间隔切削刀在使用单刃切削工具时有必要对刀刃进行一系列的定向和间隔。
恰当的器械可见图表2。
4.3软毛刷4.4透明力敏胶带宽25毫米按IEC454-2进行测试时每25毫米宽的粘附力为10+/-1牛。
4.5观测物镜手持式放大倍率为*2或*3。
5抽样取一个有代表性的产品样本按ISO1512进行测试。
按ISO1513检查并准备一个测试样本。
6测试面板6.1底材除非另有协商否则应在ISO1514中选择一种底材。
面板应当平坦无变形。
尺寸大小应当以允许在三个不同的部位测试为准且每个测试部位之间及部位与面板边缘之间的距离不得小于5毫米。
面板所用材料为软材料例如木时则其最小厚度为10毫米。
如面板材料为硬材料时最小厚度应当为0.25毫米。
备注4尺寸大约为150毫米*100毫米矩形面板用起来相当方便。
5如果面板是用木质的纹理的方向及构造会影响到测试纹理太过显著甚至会致使无法评估。
6.2面板准备及涂料除非另有协商否则应按ISO1514准备一测试面板然后再按指定的方法用测试产品或系统对测试面板进行喷涂。
6.3干燥将附有涂层的测试面板在指定条件下按指定时间进行干燥或烘烤和老化如果可以的话。
6.4涂层厚度按ISO2808中详细说明的程序用显微镜来判断干涂层的厚度。
在划格子处或与其尽可能近的地方进行测量。
厚度判定数根据使用的测试方法而定。
7程序7.1概述7.1.1测试条件及测试次数除非另有说明否则应在温度为23+/-2相对湿度为50+/-5%的条件下进行测试也可参考ISO3270。
备注6在实地测试时周围条件可以接受。
在面板上至少三个不同的位置执行本测试见6.1如果结果不一致且差别超出一个等级单位则在另外三个位置再进行测试。
如果需要也可使用不同的面板再进行测试并记录所有测试结果。
7.1.2测试面板的清理除非另有规定在测试之前温度为(23+/-2)相对湿度为50+/-5%条件下对面板立即进行至少16小时的修整。
7.1.3切割次数格子图案每个方向的切割次数都为6次。
7.1.4切线间隔每个方向的切线间隔应当相当间隔距离根据涂层厚度及底材类型而定具体如下30um至60um:
1毫米间隔用于硬底材0um至60um:
2毫米间隔用于软底材61um至120um:
2毫米间隔用于软硬底材121um至250um:
2毫米间隔用于软硬底材.7.2使用手册程序对涂层进行划格子和移除7.2.1将测试面板放在一个刚性平坦的平面上防止面板在测试过程中变形。
7.2.2按指定程序进行手动切划在测试前检查刀刃通过磨快或更换刀片来保持刀刃锋利。
如果是木质材料或类似材料的面板按纹理方向以大约45。
角进行切划。
7.2.3始终保持切削刀刃与测试面板表面垂直。
用切削工具使力要均匀并使用恰当的间隔指南4.2以统一的划切速度在涂层上划切商定的次数。
所有的划切都必须渗透到底材表面。
如果由于涂层硬度太大没法渗透至底材则测试无效且应如实报告。
7.2.4重复此操作进一步切划出等值的平行线。
在原来切划线上以90。
角进行横切这样一个格子图案就形成了。
7.2.5用软刷在面板上沿格子图案对角线方向前后轻轻刷几次。
7.2.6对硬底材另外应用胶带粘贴4.4。
如果开始一系列测试撕开胶带两圈长度弃之不用。
然后再以固定的速度撕取一条长大约为75毫米的胶带。
将胶带中心以平行于一组切线的方向贴在格子上如图形3所示。
用手指压平胶带使之盖住格子区域且胶带应超出格子至少20毫米。
为了确保胶带与涂层接触良好可用手指头用力擦胶带。
通过胶带看到涂层颜色是全面接触的有益指示。
在粘上胶带5分钟内通过刮胶带的自由端来移除胶带并在0.5秒到1.0秒的时间内以接近60。
的角稳稳地撕开胶带。
见图形3。
7.2.7保留该胶带例如将其粘在一张透明膜片上保存。
7.3用电机驱动工具切除涂层如果切削工具是装在电机驱动装置上的当心以使能观察到手动程序中各点的描述内容特别是切划次数、切划间隔以及测试次数。
8结果表达8.1按下列规定执行结果评估-软底材刷干净后立即执行-硬底材移除胶带后立即执行8.2用正常视力或纠正视力在光线良好条件下小心检查测试涂层的切线区域或者由相关方同意使用观测物镜进行检查4.5。
在观测过程中旋转面板以使得观测及测试区域的光照不被限制于一个方向。
用同样的方式检查胶带可能有用。
8.3根据表1比较插图对测试区域进行分类。
备注7根据表1中描述的附加手册。
表1中给出了一个六步分类法。
前面三步是通用的主要在要求进行通过/未通过评估时使用。
可能会出现特殊情况这时就要用完整的六步分类法了。
8.4对于多涂层系统应报告有剥落现象的分界面。
8.5如果测试结果不同应报告测试结果。
对于多涂层系统应对分界部分涂层之间或涂层与底材之间作报告。
9测试报告测试报告最少应当包含下列信息a)用于鉴定测试产品的所有必须的详细信息。
b)国际标准参考资料ISO2409。
4c)附录A中提到的补充信息项特别是使用的切削工具的类型。
d)国际或国家标准参考资料产品规格或其它可以为c中提到的参考信息提供参考的文件。
e)测试结果如条款8所示。
f)任何与指定的测试方法不符现象。
g)测试日期。
表1-测试结果分级等级描述横切区域出现压成片的表面现象0切口边缘非常光滑格子边缘没有剥落。
1在切口的相交处有小片剥落划格区内实际破损不超过5%2切口的边缘和/或相交处有被剥落其面积大于5%但不到15%3沿切口边缘有部分剥落或整大片剥落及/或者部分格子被整片剥落。
被剥落的面积超过15%但不到35%4切口边缘大片剥落/或者一些方格部分或全部剥落其面积大于划格区的35%但不超过65%5任何超出第4级的剥落程度。
5除非另有规定尺寸均以毫米为单位a)单刃切削工具b)多刃切削工具图形1-合适的切削工具切边间隔a15210当切边磨损至0.1时需要再次研磨切削方向切边导边与切边的尺寸一致是必不可少的。
6图形2-系列间隔边缘叠片模塑10个间隔边1毫米厚7a)格子上胶带的位置b)从格子处移除之前胶带的位置图形3-胶带的位置抹平移除方向涂层底材切口胶带大约60。
8附录A标准要求的补充信息此附录所列补充信息项应恰当提供使得方法可以执行。
要求的住处应当由相关方商定或部分或全部从与此测试产品相关的国际标准、国家标准或其它文件中导出。
a)底材材料包括厚度及表面准备b)测试涂层应用于底材的方法如有多涂层系统还应包括不同涂层之间的干燥时间及条件c)如果适用还应有测试前涂层干燥或烘烤时间和干燥条件以及老化条件d)开始测试前测试样本的修整时间如果同一试样在测试之前做了其它测试的话e)以毫米为单位的干涂层的厚度根据ISO2808的测量方法以及其是单涂层还是多涂层系统f)如测试温度及湿度与7.1.1参见ISO3270中规定的不一致的话还应补充温度及湿度信息g)测试执行程序例如是否通过测试或是否为分级测试h)使用的切削工具的类型及操作方法手动型或电机驱动型i)根据表1中的等级对材料的性能进行说明。
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