黃杰強(qiáng)

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福州 350015）

涂膜與基材的附著力是涂層能夠獲得其他性能的基礎(chǔ)條件。通常情況下，其附著力的好壞往往直接決定了涂層的實(shí)際使用壽命。涂層附著力通常是指漆膜與基材表面之間通過(guò)物理和化學(xué)作用相互黏結(jié)的能力，同時(shí)也包括涂層自身的內(nèi)聚力。當(dāng)涂層的附著力和內(nèi)聚力均達(dá)到較高的水平時(shí)，涂膜與底材間才具有良好的黏結(jié)強(qiáng)度，不容易被外力破壞。地坪涂料主要是指用于水泥、混凝土和鋼材地坪表面，對(duì)地面起裝飾和保護(hù)作用的涂料。涂膜呈現(xiàn)不同色彩和外觀，具有較好的裝飾性。由于通常使用環(huán)氧等綜合性能優(yōu)良的涂料品種，其涂膜又具有堅(jiān)韌、不易開(kāi)裂、耐沖擊及耐磨損的性能，能耐水和洗滌劑等的沖洗。無(wú)溶劑型地坪涂料是以有機(jī)物為分散介質(zhì)且固化后作為成膜物質(zhì)存在的地面涂裝類材料。由于水泥混凝土自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在作為無(wú)溶劑型地坪涂料基材使用時(shí)，無(wú)溶劑型地坪涂料與其附著在一起結(jié)合后，往往不能確切地測(cè)出其之間的結(jié)合強(qiáng)度。對(duì)此，依據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，通過(guò)劃格試驗(yàn)（不同基材間的試驗(yàn)結(jié)果的比對(duì)）、基材自身的強(qiáng)度測(cè)試、拉開(kāi)法附著力測(cè)試，對(duì)使用拉開(kāi)法附著力評(píng)價(jià)無(wú)溶劑型地坪拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的適用性做個(gè)先期的研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原理

劃格試驗(yàn)是一種以直角網(wǎng)格圖形切割涂層并穿透至底材來(lái)評(píng)定色漆和清漆的涂層從底材上脫離的抗性的一種試驗(yàn)方法。其原理是在涂層中切6 道平行切口，并在垂直于第一次切割切另外6 道平行切口。清除所有疏松的涂膜碎片。目視檢查切割區(qū)域，并將其與六級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

1.1.1 試驗(yàn)儀器

劃格器，型號(hào)為QFH，生產(chǎn)廠家是上?，F(xiàn)代環(huán)境工程有限公司。

1.1.2 試驗(yàn)材料

收集的8 種無(wú)溶劑型環(huán)氧地坪涂料（非自流平），試樣編號(hào)分別為無(wú)溶劑型地坪涂料（非自流平）底涂A1—A4，無(wú)溶劑型地坪涂料（非自流平）面涂A5—A8。見(jiàn)表1。操作過(guò)程中，膠帶完全覆蓋網(wǎng)格。為了確保與涂層接觸良好，用手指尖用力蹭膠帶。在貼上膠帶后5 min 內(nèi)，拿住膠帶懸空的一端，并以盡可能接近60°的角度，在0.5～1.0 s 內(nèi)平穩(wěn)地撕離膠帶。結(jié)果的評(píng)定和表示：在換規(guī)定的良好光照條件下，用正常的視力，使用2 倍放大鏡，目視法仔細(xì)檢查試驗(yàn)涂層的切割區(qū)域。在觀察過(guò)程中，適當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)試板，以使試驗(yàn)區(qū)域的觀察和照明不局限在一個(gè)方向，通過(guò)與GB/T 9286—2021《色漆和清漆劃格試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)中圖示比較（表2），對(duì)試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行評(píng)級(jí)。

表1 無(wú)溶劑型地坪涂料（非自流平）

表2 試驗(yàn)結(jié)果分級(jí)

1.1.3 試驗(yàn)基材

無(wú)石棉纖維水泥平板（150 mm×70 mm×4 mm）、混凝土板（400 mm×110 mm×50 mm）、噴砂鋼板（150 mm×70 mm×3 mm）。

1.1.4 試驗(yàn)條件

在溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%條件下進(jìn)行試驗(yàn)。試板的狀態(tài)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)前，試驗(yàn)在溫度（23±2）℃和相對(duì)濕度（50±5）%條件下至少調(diào)節(jié)16 h。

1.1.5 試樣的制備

通過(guò)刷涂法進(jìn)行試樣的制備，干膜厚度（40±5）μm，將無(wú)溶劑型地坪涂料各組分按產(chǎn)品要求的配比混合調(diào)配好，攪拌均勻后進(jìn)行制樣，干燥固化后，養(yǎng)護(hù)7 d 后測(cè)試。

1.1.6 試驗(yàn)步驟

切割道數(shù)：網(wǎng)格圖形每個(gè)方向的切割數(shù)為6。本次試驗(yàn)將試板放置在堅(jiān)硬、平整的平面上，以防在試驗(yàn)過(guò)程中試板發(fā)生任何變形。采用手動(dòng)多刃切割刀具，刀刃間距為2 mm，在試板上3 個(gè)不同的位置進(jìn)行試驗(yàn)，此3 個(gè)位置的相互間距和其與試板邊緣的間距均不小于5 mm。接著使用壓敏膠帶，把膠帶的中心置于網(wǎng)格上，方向與一組切割線平行，然后把膠帶在網(wǎng)格區(qū)域壓平。

不同基材上劃格試驗(yàn)3 次的結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 劃格試驗(yàn)結(jié)果

1.2 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度原理

試驗(yàn)樣品或體系以均勻厚度施涂于表面結(jié)構(gòu)一致的平板上。涂層體系干燥/固化后，用膠黏劑將拉拔頭直接黏結(jié)到涂層的表面上。膠黏劑固化后，將黏結(jié)的試驗(yàn)組合置于適宜的拉拔試驗(yàn)機(jī)上，黏結(jié)的試驗(yàn)組合經(jīng)過(guò)可控的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)出破壞涂層/底材間黏結(jié)所需的強(qiáng)度。

1.2.1 試驗(yàn)儀器

拉拔試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)為L(zhǎng)BY-VI，生產(chǎn)廠家是北京天譽(yù)科技有限公司。

1.2.2 試驗(yàn)基材

混凝土板（400 mm×110 mm×50 mm）。

1.2.3 試驗(yàn)條件

在溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%條件下進(jìn)行試驗(yàn)。試板的狀態(tài)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)前，試驗(yàn)在溫度（23±2）℃和相對(duì)濕度（50±5）%條件下至少調(diào)節(jié)16 h。

1.2.4 試樣的制備

通過(guò)刷涂法進(jìn)行試樣的制備，干膜厚度（40±5）μm，將地坪涂料各組分按所要求的配比混合調(diào)配好，攪拌均勻后進(jìn)行制樣，干燥固化后，養(yǎng)護(hù)7 d 后測(cè)試。

1.2.5 試驗(yàn)步驟

使用拉拔頭進(jìn)行試驗(yàn)的方法，將膠黏劑均勻地涂在未涂涂料的、剛清理干凈的拉拔頭表面，在膠黏劑的固化期內(nèi)把涂有膠黏劑的拉拔頭與涂層相連。膠黏劑固化后，使用切割裝置沿試柱的周線切透至底材。如圖1 所示，按此成型10 個(gè)試件進(jìn)行試驗(yàn)。

圖1 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試樣成型樣式

在與已涂漆底材平面的垂直方向上施加拉伸應(yīng)力，以5 mm/s 的拉伸速度，測(cè)定拉伸黏結(jié)強(qiáng)度。

經(jīng)測(cè)試，在10 塊空白混凝土板基材上拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果分別為3.46、3.85、3.88、3.97、3.67、3.62、3.90、3.82、3.59 和3.75 MPa，經(jīng)計(jì)算可得空白混凝土板的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度平均值為3.75 MPa。

地坪涂料在混凝士板基材上拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 地坪涂料在混凝士板基材上拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果（平均值）MPa

地坪涂料在混凝土板基材上拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果均為混凝土板基材破壞。如圖2 所示。

圖2 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果破壞形式

1.3 拉開(kāi)法附著力原理

試驗(yàn)樣品或體系以均勻厚度施涂于表面結(jié)構(gòu)一致的平板上。涂層體系干燥/固化后，用膠黏劑將試柱直接黏結(jié)到涂層的表面上。膠黏劑固化后，將黏結(jié)的試驗(yàn)組合置于適宜的拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)機(jī)上，黏結(jié)的試驗(yàn)組合經(jīng)可控的拉力試驗(yàn)（拉開(kāi)法試驗(yàn)），測(cè)出破壞涂層/底材間附著所需的拉力。

1.3.1 試驗(yàn)儀器

全自動(dòng)數(shù)顯拉開(kāi)法附著力測(cè)試儀，型號(hào)為BGD 500/S，生產(chǎn)廠家是標(biāo)格達(dá)精密儀器（廣州）有限公司。

1.3.2 試驗(yàn)基材

混凝土板（400 mm×110 mm×50 mm）、噴砂鋼板（150 mm×70 mm×3 mm）。

1.3.3 試驗(yàn)條件

在溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%條件下進(jìn)行試驗(yàn)。試板的狀態(tài)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)前，試驗(yàn)在溫度（23±2）℃和相對(duì)濕度（50±5）%條件下至少調(diào)節(jié)16 h。

1.3.4 試樣的制備

通過(guò)刷涂法進(jìn)行試樣的制備，干膜厚度（40±5）μm，將地坪涂料各組分按所要求的配比混合調(diào)配好，攪拌均勻后進(jìn)行制樣，干燥固化后，養(yǎng)護(hù)7 d 后測(cè)試。

1.3.5 試驗(yàn)步驟

使用單個(gè)試柱從單側(cè)進(jìn)行試驗(yàn)的方法，將膠黏劑均勻地涂在未涂涂料的、剛清理干凈的試柱表面，在膠黏劑的固化期內(nèi)把涂有膠黏劑的試柱面與涂層相連。膠黏劑固化后，使用切割裝置沿試柱的周線切透至底材。如圖3 所示。

圖3 附著力拉開(kāi)法試樣形式

在與已涂漆底材平面的垂直方向上施加拉伸應(yīng)力，該應(yīng)力以1 MPa 的速度穩(wěn)步增加，使破壞過(guò)程在90 s 內(nèi)完成。

經(jīng)測(cè)試，在10 塊空白混凝土板基材上拉開(kāi)法附著力的試驗(yàn)結(jié)果分別為7.60、7.87、7.88、7.20、7.33、7.07、7.35、7.82、7.59 和8.15 MPa，經(jīng)計(jì)算可得空白混凝土基材上拉開(kāi)法附著力平均值為7.59 MPa。

不同基材上拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)結(jié)果MPa

所用地坪涂料在混凝土板上所表現(xiàn)的結(jié)果均為基材破壞，在噴砂鋼板上所表現(xiàn)出的結(jié)果均為涂層與底材間的附著破壞。如圖4 所示。

圖4 拉開(kāi)法附著力試驗(yàn)結(jié)果破壞形式

2 結(jié)果與討論

根據(jù)劃格試驗(yàn)的結(jié)果，可以看出試驗(yàn)的樣品地坪涂料在無(wú)石棉纖維水泥平板、混凝土板和噴砂鋼板的附著牢度等級(jí)是一致的，均為GB/T 9286—2021-2a-0，劃格試驗(yàn)中最好的試驗(yàn)等級(jí)，切割邊緣完全平滑，網(wǎng)格內(nèi)無(wú)脫落。從拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，觀察到空白混凝土板基材上拉伸黏結(jié)強(qiáng)度與將8 種地坪涂料施涂到混凝土板上后所測(cè)的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果均出現(xiàn)基材破壞的形式，同時(shí)其強(qiáng)度值比較接近，最大偏差為0.21 MPa 相類似的破壞形式，這是由于每一塊基材在成型之后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密程度不同所導(dǎo)致的。從這里也可以看出，在測(cè)地坪涂料拉伸黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)，很難確切表達(dá)出地坪涂料與混凝土板的黏結(jié)強(qiáng)度值，而僅僅只是基材的破壞。在這樣的基礎(chǔ)上，研究了用拉開(kāi)法附著力測(cè)定地坪涂料在混凝土板和噴砂鋼板上附著力的表現(xiàn)形式，從以上研究中可以看出地坪涂料在混凝土板上的附著力結(jié)果與空白混凝土板的附黏力平均結(jié)果比較接近，破壞形式同樣為柱子下方粘附面積附近的基材破壞，也難以確切表達(dá)出地坪涂料與混凝土板的附著力，而在以噴砂鋼板為底材，地坪涂料的附著力可以測(cè)出的數(shù)值均比以混凝土板基材破壞形式的附著力大，且破壞形式為涂層與底材間的附著破壞。

3 結(jié)論

本文收集了4 種無(wú)溶劑型地坪涂料（非自流平）底涂、4 種無(wú)溶劑型地坪涂料（非自流平）面涂，采用劃格試驗(yàn)、拉伸黏結(jié)強(qiáng)度、拉開(kāi)法附著力的試驗(yàn)方法，根據(jù)結(jié)果的比較及實(shí)際的破壞形式，探究用拉開(kāi)法附著力評(píng)價(jià)無(wú)溶劑型地坪涂料黏結(jié)強(qiáng)度的方法適用性。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)無(wú)溶劑型地坪涂料在以噴砂鋼板作為基材時(shí)，也能同以水泥基材料作為基材時(shí)一樣得到很好的劃格試驗(yàn)結(jié)果，這就給采用拉開(kāi)法在噴砂鋼板進(jìn)行地坪涂料附著力測(cè)試提供了可試驗(yàn)的先期條件。同時(shí)，最終所測(cè)試的樣品可得到有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)的波動(dòng)值較小，能得到實(shí)際的附著力，而不僅僅只是像混凝土板那般出現(xiàn)基材破壞的形式，這就為用拉開(kāi)法附著力評(píng)價(jià)無(wú)溶劑型地坪涂料的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的適用性提供了基礎(chǔ)研究。