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粉末涂料涂膜表面硬度測試的研究與分析
摘要：涂膜的硬度是指涂膜在受到外界干擾（如摩擦、碰撞等）時，所表現(xiàn)出的抗損壞能力，是用來表征涂膜機械強度的重要指標(biāo)。
目前對涂膜表面硬度的測試方法主要有擺桿硬度測試法、壓痕硬度測試法及劃痕硬度測試法（包括鉛筆硬度和劃針測定法）。
然而，這些方法在測試砂紋、皺紋類產(chǎn)品時，卻表現(xiàn)得力不從心，無法得到滿意的結(jié)果。
因此，本文探索了一種測定砂紋、皺紋等美術(shù)型產(chǎn)品的涂膜硬度的凸點摩擦法，該方法同樣適用于絕大多數(shù)普通型產(chǎn)品的檢測，很大程度填補了粉末行業(yè)的空白。
1、前言
涂膜硬度是涂膜抵抗諸如碰撞、壓陷、擦劃等機械力作用的能力；是表示涂膜機械強度的重要性能之一；也是表示涂膜性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。
皺紋、砂紋類粉末因為表面不平整，平常的測量中比較難以量化測量，我司以凸點摩擦測試法可解決大部分的砂紋、皺紋類的粉末涂料硬度的測定，填補了本行亞硬度檢測方面的空白。
2、目前硬度測試的四種方法
2.1 鉛筆硬度測試法（范圍及說明）
硬度是表示涂膜機械強度的重要性能之一，其物理意義可理解為涂膜表面對作用在其上的另一個硬度較大的物體所表現(xiàn)的阻力。
粉末涂料涂膜硬度可采用鉛筆硬度測定法，鉛筆硬度是用具有規(guī)定尺寸、形態(tài)和硬度鉛筆芯的鉛筆推過涂膜表面時，涂膜表面耐劃痕或耐產(chǎn)生其他缺陷的性能。
缺陷包括：涂膜表面永久的壓痕，但沒有內(nèi)聚破壞；內(nèi)聚破壞即涂膜表面存在可見的擦傷或刮破（缺陷可同時發(fā)生）。
本方法是通過在涂膜表面上推壓鉛筆，并通過鉛筆芯的硬度及涂抹破損程度來反推涂膜硬度的方法。
適用于有色涂層、透明涂層和相關(guān)產(chǎn)品的單涂層，在多涂層體系的最上層也可進行。這種方法用于比較不同涂層的鉛筆硬度是有效的。
2.2 劃痕硬度測試法（范圍及說明）
本方法是測定涂膜的單一涂層或復(fù)合涂層體系抗半球形狀的劃針劃透性能的試驗方法。對于復(fù)合涂層體系，劃針可以劃透至底材，也可以劃透至中間涂層。
作為“通過/不通過"試驗，即在劃針上施加規(guī)定的負(fù)荷進行試驗，以評定涂層是否符合特定要求；通過對劃針施加逐漸增加的負(fù)荷來測定劃透涂層的最小負(fù)荷。
2.3 壓痕硬度測試法（范圍及說明）
本方法是一種用巴克霍爾茲壓痕儀對涂膜進行壓痕的試驗方法。①當(dāng)壓痕儀在規(guī)定條件下施壓涂膜時，即可形成壓痕長度；2產(chǎn)生的壓痕長度表示涂膜殘留變形的程度，本方法不適用于含有強韌劑的產(chǎn)品。
本方法是具有特定尺寸和形狀的壓痕器在規(guī)定條件下對涂膜進行壓痕，壓痕長度的測量結(jié)果以mm表示。
本試驗和其他涂料物理試驗一樣，測量結(jié)果與時間、溫度和濕度有關(guān)，試驗只有在符合規(guī)定條件下進行，所得結(jié)果才具有可比性。
由于壓痕深度取決于涂膜厚度，故只有在涂膜厚度超過規(guī)定的最小涂膜厚度時，測得壓痕長度才是有效的。
2.4 擺桿硬度測試法（范圍及說明）
科尼格擺、珀薩茲擺及雙擺具有相同的原理----擺桿接觸越軟的涂膜表面它的擺桿衰減得越快，但三者在尺寸、擺動周期和擺動幅度方面各不相同。
擺桿和漆膜之間的相互作用是復(fù)雜的，取決于涂膜彈性和粘彈性兩種性質(zhì)，且這三種試驗方法所得結(jié)果之間不可能建立通用的關(guān)系。在規(guī)定的阻尼時間測量中只許使用一種類型的擺桿。
就作為一特定目的的（使用）擺桿所具有的優(yōu)點來說，以下條件可作為指南：
a）在摩擦因數(shù)較低的表面上，珀薩茲擺可能會打滑，這會使結(jié)果無效。然而，在色漆和清漆的場合中這種情況很難得出現(xiàn)。
b）應(yīng)該注意的是三種儀器均反應(yīng)了涂料的物理性質(zhì)對其環(huán)境的敏感性，因而，試驗應(yīng)在控制溫度和濕度、并在無氣流情況下進行。漆膜厚度及底材性質(zhì)也可能影響阻尼時間。
原理：靜止在涂膜表面的擺桿開始擺動，用在規(guī)定擺動周期內(nèi)測得的數(shù)值表示振幅衰減的阻尼時間。
阻尼時間越短，硬度越低。（本方法分為A法和B法，A法為科尼格和珀薩茲擺桿式阻尼試驗，B法為雙擺桿式阻尼試驗）
3、凸點摩擦測試法
3.1 方法背景
到目前為止，測量涂膜表面硬度的方法暫且停留在平面型產(chǎn)品的范疇。對砂紋、皺紋類產(chǎn)品的測試中卻未有一種令人滿意的方法。
因此，本文針對砂紋、皺紋類產(chǎn)品，探索出一種新型的測試方法，該方法同樣適用于絕大多數(shù)普通型產(chǎn)品的測試，很大程度上填補了粉末行業(yè)上除平面型外其它類型粉末測量的空白。
3.2 方法原理
凸點摩擦試驗法是通過樣板的涂膜層與具有凸點涂膜樣板之間相互摩擦而產(chǎn)生表面變化，通過其摩擦次數(shù)和變化程度來判定其表面硬度等級。
3.3 材料和儀器
1）試驗儀器
砝碼：100Og×3，750g×2，500g×2，200g×2，100g×2，50g×2，20g×2，1Og×2，5g×2，2g×2，lg×2，0·5g×2，0．2g×2，0，lg×2。
試板：采用150mm×75m×1mm的鋼板，平整且沒有變形；150mm×70mm×1mm的鋼板，板中心凸點高4±0.1mm，球半徑5±0.1mm。
2）試樣要求
除另有規(guī)定外，樣板的狀態(tài)調(diào)節(jié)和測試條件均為溫度（23±2）℃、相對濕度（50±5）％。在現(xiàn)場試驗時，允許采用環(huán)境條件。試驗前，樣板在溫度（23±2）℃、相對濕度50±5）％下至少放置16h。
涂層凸點膜厚取值為凸點四周2.5±0.5cm范圍涂膜厚度的均值。
在檢驗機的樣板放置臺上，將樣板的涂膜面向上，水平放置并固定。將帶有凸點的涂膜樣板反置固定在夾板上，使檢驗儀器保持水平，反置的涂膜樣板凸點與正置的涂膜樣相接觸。
3.4 測定方法及評定標(biāo)準(zhǔn)
3.4.1 測定方法
當(dāng)試樣加載砝碼，凸點與涂層表面接觸后立即推動試板，以10cm/s的速度來回推動試樣，以凸點暴露出底材為試驗終點。
平行測定兩次，如果兩次檢驗結(jié)果不一致，應(yīng)重新檢測。
3.4.2 評判標(biāo)準(zhǔn)
以涂膜樣板凸點暴露出底材為試驗終點，以最終循環(huán)摩擦次數(shù)來評價該粉末的硬度是否合格。
試驗結(jié)果中應(yīng)注明如底材的材料、尺寸和表面處理、涂裝方法、干燥和放置的時間與條件、涂層厚度及體系、與規(guī)定不同的檢驗溫度和濕度等。
3.4.3 測量參考
以我司同類型產(chǎn)品采用凸點摩擦測試結(jié)果為參考依據(jù)，劃定該類型產(chǎn)品的合格范圍內(nèi)的循環(huán)次數(shù)如下圖：
4、小結(jié)
本文主要對砂紋、皺紋類產(chǎn)品特性了解后，提出了一種新穎的測定該類產(chǎn)品硬度性能的方法。該方法目前在我司已基本推廣，它很大程度上彌補了傳統(tǒng)方法的不足，希望能與行業(yè)同仁分享。
