幾種塗層硬度檢測方法詳解

塗層硬度與塗料品種及塗層的固化程度有關。油性漆及醇酸樹脂漆的塗層硬度較低,而合成樹脂漆的硬度較高。在一些固化劑固化型的塗料中,塗層硬度還與固化劑的使用量有關,大多數情況下提高固化劑的比例,塗層的硬度增加,與此同時,塗層的柔韌性、耐衝擊性等性能則隨之下降,此外,塗層的固化程度也直接影響其硬度值,即硬度由小到大是塗層在乾燥過程中時間的函數,完全乾燥的塗層才具有其特定的最高硬度。一些自干型塗料若能在適當的溫度烘烤,亦能在一定程度上提高塗層硬度。

國家標準分析方法有:GB/T1730-93«漆膜硬度測定法擺桿阻尼試驗»、GB/T6739-1996«塗膜硬度鉛筆測定法»。工廠分析方法有:雙擺桿阻尼試驗、鉛筆劃痕法。

擺桿硬度法

(1)方法要點

是接觸漆膜表面的擺桿以一定周期擺動時,如表面越軟,則擺桿的擺幅衰減越快。反之,則衰減越慢,通常用在擺動角範圍擺幅衰減的阻尼時間與在玻璃板上於同樣擺動角範圍擺幅衰減的阻尼時間的比值來表示漆膜硬度。

在採用科尼格(K0nig)和珀薩茲(Pers0z)擺的兩種擺桿式阻尼試驗儀測試塗層硬度時,由於兩種擺的結構、重量、尺寸、擺動周期及擺幅不同.另外,擺桿與塗層間的相互作用還取決於塗層具有的複雜的彈性和黏彈性,因此兩種擺的測定結果之間,i、;能建立起通用的換算關係。所以,在產品標準中測定某種漆膜的阻尼時間時,只規定使用一種擺桿的儀器.

(2)選擇擺桿式阻尼試驗儀應考慮的因素

①通常科尼格擺的阻尼時間接近珀薩茲的一半;

②在摩擦係數低的表面上珀薩茲擺可能打滑,這會使結果無效,但對於一般的色漆和清漆,此種情況很難出現;

③由子環境條件對漆膜阻尼時間影響很大,因此,試驗應在控制溫、濕度條件,並且無振動、無氣流影響的情況下進行.此外,漆膜厚度及底材材質也影響阻尼時間。

科尼格擺和珀薩茲擺的結構如圖21-18、圖21-19所示,它們形狀雖不同,但主要結構均由橫杆與一開口框架相連,橫杆下面均嵌入兩個用作支點的鋼球,框架的下端成一個指針式的尖端。

採用擺桿法測試漆膜硬度,應將塗料塗刷在(90~100)mmX(100~.120)mmX(1.2~5)mm(可按JG40-62)的浮法平板玻璃或拋光平板玻璃上,並應按產品標準規定的條件和時間進行千燥,除另有規定外,應將乾燥試板在溫度(23士2)℃、相對濕度(50士5)%環境條件下至少進行狀態調節16h,整個測試過程亦應在此條件下進行。

(3)儀器

①雙擺桿阻尼試驗儀符合GB/T1730-93規定,②秒錶分度值0.1s,③玻璃板。

測試前,應用乙醍潤濕了的軟稠布(或棉紙)擦凈支承鋼珠。將擺桿處於試板相同的環境條件下放置10min。被測試板的漆膜應朝上,放置在水平工作台上,然後使擺桿慢慢降落到試板上,擺桿支點距漆膜邊緣不少於20mm,標尺零點若與靜止位置時的擺尖不處於同一垂直位置,則應予以調節。

將擺桿在支軸沒有橫向位移的情況下偏轉一定的角度(科尼格擺為6°,珀薩茲擺為12°),停在預定的停點處。然後,鬆開擺桿,開動秒錶,記錄擺幅由6°到3°(科尼格擺)或由12°到4°(珀薩茲擺)的時間(s),擺動角度與計時角度可不同,可在同一塊試板的三個不同位置上進行測量,記錄每次測量的結果及三次測量結果的平均值。

（4）計算

鉛筆硬度測定法

採用一套已知硬度的繪圖鉛筆芯刮划漆膜,漆膜硬度可由能夠穿透漆膜而達到底材的鉛筆硬度等級來表示。

(1)材料儀器

一組中華牌高級繪圖鉛筆,硬度等級為9H、8H、7H、6H、5H、4H、3H、2H、H、F、HB、B、2B、3B、4B、5B、6B,其中以9H為最硬,6B最軟。繪圖橡皮,400#水砂紙,削筆刀,鉛筆硬度試驗儀。

(2)操作方法

可採用手工方法或儀器試驗方法。採用手工方法對不同的操作者可能會得到不同的結果,故作為仲裁試驗應採用儀器試驗方法。

用削筆刀削去鉛筆木杆,露出筆芯3~6mm(切不可鬆動或削傷鉛芯),握住鉛筆使其與400#砂紙面成9o°,在砂紙上不停划圈,以摩擦鉛芯端面,直至獲得端面平整、邊緣銳利的筆端為止(邊緣不得有破碎或缺口)。鉛筆每使用一次后要旋轉18o°再用,或者重磨后再用

①手工操作其測試方法如圖21-20所示,把塗漆試樣固定於水平面上,握住已削好的鉛芯,使其與漆膜表面成45°角,用力(以鉛筆不折斷為度)以1cm/s的速度向前推壓約1cm。每級硬度的鉛筆犁五道痕,若其中兩道及以上刮划傷漆膜,換用更硬的鉛筆刮划,直至找出都不犁傷漆膜的鉛筆為止,該鉛筆的硬度即代表所測漆膜的鉛筆硬度

②儀器試驗把塗漆試樣置於試驗儀的試件台上,塗漆面朝上,把通過試驗儀砝碼重心的垂線調節到通過鉛筆端與漆膜交點,把已削好的鉛筆裝入使其與漆膜成45°角,用平衡砝碼把鉛筆上的負荷調到使鉛筆剛好接觸試樣,擰緊止動螺釘,使鉛筆端離開漆膜表面,在砝碼台上加上(1士0.05)kg的砝碼,鬆開止動螺釘,以便鉛筆端與漆膜接觸。揺動試驗台的移動揺臂,使試樣與鉛筆端反向移動3mm,移動速度約為0.5mm/s,然後擰緊止動螺釘,轉動鉛筆180°(保證筆端面無損傷)並變換試樣位置,依次犁出五道痕,用此方法(見圖21-21)從最硬的鉛筆開始測試,並相繼換上低一級的鉛筆,直至找出五道痕中只有一次犁傷漆膜的鉛筆,以其下一級鉛筆代表所測漆膜的鉛筆硬度。如未犁傷漆膜,則以此級的鉛筆代表所測漆膜的鉛筆硬度。

③樣板的評定可按以下兩種方法進行,

A.塗膜刮破對於硬度標號相互鄰近的兩支鉛筆,找出兩道以上塗膜(包括兩道)被刮破到底材或底層及未滿兩道的鉛筆后,將未滿兩道的鉛筆硬度標號作為塗膜的鉛筆硬度,即劃破兩道漆膜的更軟一級的硬度。

B.塗膜擦傷對於硬度標號相互鄰近的兩支鉛筆,找出塗膜被擦傷兩道以上(包括兩道)及未滿兩道的鉛筆后,將未滿兩道的鉛筆硬度標號作為塗膜的鉛筆硬度。

注:擦傷是指在塗膜表面有微小的刮痕,但由於壓力使塗膜凹下去的現象不作為考慮。如果在試驗處的塗膜無傷痕,則可用橡皮擦除去碳粉,以對著垂直於刮划的方向與試驗樣板的面成45°記下目視檢査,能辨別的傷則認為是擦傷。

壓痕硬度測定法

塗層的壓痕硬度是指抵抗壓頭壓入有機塗層的能力,壓痕硬度計見圖21-22。在一定的載荷下,塗層硬度越高,則其抵抗壓頭壓入有機塗層的能力越強,塗層壓痕也就越小。為取得較大的精確度,採用此法測定塗層硬度時,塗層最低允許厚度應使壓痕深度不超過塗層厚度的3/4,以使底材的影響程度最小。

測試塗層的壓痕硬度可以採用努普(Knoop)壓頭和芬德(Pfund)壓頭。努普壓頭是一種規定尺寸的金剛石錐體,芬德壓頭是一種規定尺寸的半球形石英壓頭或藍寶石壓頭。前者提供的硬度值以努普硬度數(KHN)表示。後者提供的硬度值以芬德硬度數(PHN)表示,但努普硬度數的精確度要較芬德硬度數的精確度高。

測試塗層的壓痕硬度由兩步構成:第一步是通過壓頭施載入荷到塗層表面,第二步將測得的壓痕值計算成硬度數。

努普硬度數的計算: