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饰面涂料系统的附着力和测试方法

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测试表面涂层的粘附性能将确保产品的成功性能。

正在进行的交叉缝隙附着力测试的照片(切割和清洁表面)。

为了满足当今挑剔的客户日益增长的期望,具有多步骤家具风格的高度复杂的表面处理系统在木材表面处理行业的所有部门正变得越来越普遍,而不是例外。这些饰面的趋势要求使用釉料、着色剂、调色剂和其他高性能涂料。对于这些涂饰系统,涂饰者必须更加警惕地进行测试,以确保所使用的系统的粘附性能能够成功地满足对产品性能的期望。

附着力是一个非常广泛的话题,在配方师的实验室里,对涂层的附着力特性给予了很大的关注;然而,从涂抹者的角度来看,附着力往往被忽视或误解。从涂饰者的角度来看,我打算提供一个关于涂层附着力的工作知识和测试涂层附着力完整性的方法。

粘附力是指涂层粘附在基材上的能力,被称为 "基材粘附力",以及涂层粘附在系统中多个涂层的能力,被称为 "涂层间粘附力"。

 

机械和化学附着力

有两个因素影响涂层附着在表面的能力:机械附着力和化学附着力。

机械粘附是通过涂层粘附在表面的打磨划痕轮廓上,并在基材的纤维周围流动以机械地将薄膜固定在表面上。较深和较大的打磨轮廓会增加涂层的附着力,而较浅的轮廓和较光滑的表面会阻碍涂层充分附着的能力。

化学附着力是指涂层附着在涂层配方的化学成分上的能力。涂料化学的各种成分都会影响附着力。涂料必须有足够的润湿性,以渗透到表面的孔隙中,并润湿基材的纤维周围。涂料系统的溶剂混合允许涂料在系统内烧成涂层。涂料的树脂特性各不相同,会影响粘附的能力。

一般来说,随着涂料技术的发展,从漆到转化清漆,到双组分聚氨酯,再到聚酯,粘合剂的性能将得到显著提高。

然而,不能假设每个类别中的所有产品在性能上都是一样的。每种产品都会表现出其特定程度的粘附特性。饰面商最终要负责验证所选择的涂料系统是否能满足每个具体饰面项目的必要粘附要求。同样的涂料系统在不同的木材种类和基材上也会表现出不同程度的化学附着力。木材中的树脂、沥青和油类将大大影响涂层的化学附着能力。牢记所有影响附着力性能的不同因素,饰面商必须对要使用的涂层系统做出合理的决定。 

图片拼贴--展示了进行拉断附着力测试的过程。1.擦伤,2. 锻模粘在涂层上,3. 切割,4. 进行附着力测试,5. 锻模移除后的暴露表面

然后应写出详细的整理计划和standard 操作程序,并由涂料供应商代表签字批准。为了验证所选择的涂层系统是健全和安全的,涂饰者必须在生产前始终对薄膜的附着力进行充分的测试。

评估附着力的三个程序

有三种不同的程序可用于评估涂层与基底分离的阻力,并提供不同的薄膜附着力分析:十字划痕测试、刮擦附着力测试和拉脱测试

刮擦测试方法利用一个带重量的平衡梁,梁上有一个圆形的测针或环。将带有干漆膜的面板推到测针下面,横梁上的重量不断增加,直到漆膜从基材上被刮掉。评估员使用去除薄膜所需的重量(公斤)来给涂层的粘附性能赋予一个值。该程序遵循美国standard 测试方法(ASTM)--D2197、D2248、D2454、5178,取决于待测试的涂层和基材。完整的测试方法可以在ASTM网站上找到。

PosiTest CH ASTM 十字型舱口附着力测试套件
PosiTest CH ASTM 套件


木材行业最常用的第二种测试方法是十字划痕刀测试。使用廉价的十字划痕刀测试工具套件(如PosiTest CH)进行这种测试既快速又简单。使用十字划痕刀在漆膜上划出一个格子图案,直至基材。然后在测试区域沿对角线方向各刷五次,以去除任何松散的漆膜颗粒。

然后将测试附着力的专用胶带牢固地贴在十字划痕测试区域上,并迅速将胶带从测试区域上拉下,以显示测试胶带掀起的涂层量。然后将十字划痕测试区域与(ASTM)标准 D3002 和 D3359 进行目测比较。

Photo collage—cross hatch adhesion test, 1. tape application and removal, 2. final surface condition after tape removal
上图中,从左到右,是交叉划痕切割器的测试。
首先,用
,在基材上的饰面薄膜上切出一个十字纹路。然后用刷子刷出十字划痕区域。用
,在该区域贴上十字花纹胶带,拉掉。最后,
,将十字划痕测试区域与ASTM附着力
标准进行比较,如下右图。照片由AWFI提供。

在标准中,有五张图表是关于不同程度的薄膜脱落的视觉图。ASTM 5B级表示没有薄膜脱落,代表最高的粘附水平。ASTM 1B级显示了35%到65%的薄膜脱落,代表了最差的粘附性。2B-4B级代表不同程度的附着力,介于1B和5B级之间。由于这种视觉比较的性质,其结果有时会有些主观性,并不能确定与该测试相关的数字值。

第三种方法是利用液压拉断测试仪来测量在垂直于基体的方向上剥离涂层所需的拉伸应力,单位为磅/平方英寸(psi)。为了进行这项测试,我们使用了DeFelskoPositest 附着力测试仪,按照ASTM D4541来进行这项测试。通过CA(氰基丙烯酸酯或 "超级胶水")粘合剂或制造商提供的粘合剂,将一个金属装卸车垂直于干燥的涂膜表面固定。

表中说明了交叉缝隙附着力测试结果的不同特征
ASTM粘着力标准

当粘合剂固化后,将锻模连接到液压拉断设备上,施加液压并逐渐增加,直到锻模将涂层从基体上拉下来。测试仪上的压力表显示了将涂层从基材上剥离所需的压力(psi)。

其结果是一个明确的数字,可以分配给涂层的粘合性能。由于木材基材的密度不同,在测试板的不同区域可能会有不同的读数。可以接受的、符合预期的拉开压力的高低范围应被分配给涂层的粘合值。

根据我们的研究,没有发现standard ,对于应用在各种基材上的每一类涂料的预期拉拔压力,必须由正在评估的特定涂料系统的完成者决定。

在测试附着力之前,应经过多少固化时间?建议在初始固化和长期固化后对涂层进行检查。关于何时进行附着力测试,应遵循涂料制造商的建议。需要考虑的因素有:涂抹的密尔数、环境空气干燥或强制固化的干燥方法以及涂层的类型,以决定何时进行测试。

插图/列表--"粘附失败的检查表"

通常情况下,30天后应进行第二次测试。随着涂层的继续固化,粘附性能会发生变化。一些涂层会随着涂层的不断交联而提高粘性,其他涂层系统由于基材或系统内涂层层之间的收缩率不同而降低粘性。

涂饰人员决不能放松对不合格的粘着力的警惕。一个重大的产品故障可能会导致破产,并使你这个表面处理者失去工作。

 

编者注:Phil Stevenson是位于新泽西州Vineland的美国木材加工协会的创始人。ATSM图表经许可摘自D 3359-02Standard 《通过胶带测试测量附着力的测试方法》,© ASTM国际。100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428

本文图片来源:美国木材加工协会和DeFelsko公司

 

 

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