拉開法評價地坪涂料黏結(jié)強(qiáng)度的適用性研究

黃杰強(qiáng)

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，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物理和化學(xué)作用相互黏結(jié)的能力，同時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，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，其涂膜又具有堅韌、不易開裂、耐沖擊及耐磨損的性能，能耐水和洗滌劑等的沖洗。無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)，在作為無溶劑型地坪涂料基材使用時，無溶劑型地坪涂料與其附著在一起結(jié)合后，往往不能確切地測出其之間的結(jié)合強(qiáng)度。對此，依據(jù)實驗室現(xiàn)有條件，通過劃格試驗（不同基材間的試驗結(jié)果的比對）、基材自身的強(qiáng)度測試、拉開法附著力測試，對使用拉開法附著力評價無溶劑型地坪拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的適用性做個先期的研究。

1 試驗部分

1.1 試驗原理

劃格試驗是一種以直角網(wǎng)格圖形切割涂層并穿透至底材來評定色漆和清漆的涂層從底材上脫離的抗性的一種試驗方法。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，并將其與六級分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

1.1.1 試驗儀器

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

1.1.2 試驗材料

收集的8 種無溶劑型環(huán)氧地坪涂料（非自流平），試樣編號分別為無溶劑型地坪涂料（非自流平）底涂A1—A4，無溶劑型地坪涂料（非自流平）面涂A5—A8。見表1。操作過程中，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)檢查試驗涂層的切割區(qū)域。在觀察過程中，適當(dāng)轉(zhuǎn)動試板，以使試驗區(qū)域的觀察和照明不局限在一個方向，通過與GB/T 9286—2021《色漆和清漆劃格試驗》標(biāo)準(zhǔn)中圖示比較（表2），對試驗區(qū)域進(jìn)行評級。

表1 無溶劑型地坪涂料（非自流平）

表2 試驗結(jié)果分級

1.1.3 試驗基材

無石棉纖維水泥平板（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 試驗條件

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

1.1.5 試樣的制備

通過刷涂法進(jìn)行試樣的制備，干膜厚度（40±5）μm，將無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 后測試。

1.1.6 試驗步驟

切割道數(shù)：網(wǎng)格圖形每個方向的切割數(shù)為6。本次試驗將試板放置在堅硬、平整的平面上，以防在試驗過程中試板發(fā)生任何變形。采用手動多刃切割刀具，刀刃間距為2 mm，在試板上3 個不同的位置進(jìn)行試驗，此3 個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3 次的結(jié)果見表3。

表3 劃格試驗結(jié)果

1.2 拉伸黏結(jié)強(qiáng)度原理

試驗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)的試驗組合置于適宜的拉拔試驗機(jī)上，黏結(jié)的試驗組合經(jīng)過可控的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗，測出破壞涂層/底材間黏結(jié)所需的強(qiáng)度。

1.2.1 試驗儀器

拉拔試驗機(jī)，型號為LBY-VI，生產(chǎn)廠家是北京天譽(yù)科技有限公司。

1.2.2 試驗基材

混凝土板（400 mm×110 mm×50 mm）。

1.2.3 試驗條件

在溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%條件下進(jìn)行試驗。試板的狀態(tài)調(diào)節(jié)，試驗前，試驗在溫度（23±2）℃和相對濕度（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 后測試。

1.2.5 試驗步驟

使用拉拔頭進(jìn)行試驗的方法，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 個試件進(jìn)行試驗。

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，測定拉伸黏結(jié)強(qiáng)度。

經(jīng)測試，在10 塊空白混凝土板基材上拉伸黏結(jié)強(qiáng)度的試驗結(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)度試驗結(jié)果見表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)度試驗結(jié)果破壞形式

1.3 拉開法附著力原理

試驗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)的試驗組合置于適宜的拉開法附著力試驗機(jī)上，黏結(jié)的試驗組合經(jīng)可控的拉力試驗（拉開法試驗），測出破壞涂層/底材間附著所需的拉力。

1.3.1 試驗儀器

全自動數(shù)顯拉開法附著力測試儀，型號為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 試驗條件

在溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%條件下進(jìn)行試驗。試板的狀態(tài)調(diào)節(jié)，試驗前，試驗在溫度（23±2）℃和相對濕度（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 后測試。

1.3.5 試驗步驟

使用單個試柱從單側(cè)進(jìn)行試驗的方法，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，使破壞過程在90 s 內(nèi)完成。

經(jīng)測試，在10 塊空白混凝土板基材上拉開法附著力的試驗結(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)計算可得空白混凝土基材上拉開法附著力平均值為7.59 MPa。

不同基材上拉開法附著力試驗結(jié)果見表5。

表5 拉開法附著力試驗結(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 拉開法附著力試驗結(jié)果破壞形式

2 結(jié)果與討論

根據(jù)劃格試驗的結(jié)果，可以看出試驗的樣品地坪涂料在無石棉纖維水泥平板、混凝土板和噴砂鋼板的附著牢度等級是一致的，均為GB/T 9286—2021-2a-0，劃格試驗中最好的試驗等級，切割邊緣完全平滑，網(wǎng)格內(nèi)無脫落。從拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗的結(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的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度試驗結(jié)果均出現(xiàn)基材破壞的形式，同時其強(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，在測地坪涂料拉伸黏結(jié)強(qiáng)度時，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，研究了用拉開法附著力測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 種無溶劑型地坪涂料（非自流平）底涂、4 種無溶劑型地坪涂料（非自流平）面涂，采用劃格試驗、拉伸黏結(jié)強(qiáng)度、拉開法附著力的試驗方法，根據(jù)結(jié)果的比較及實際的破壞形式，探究用拉開法附著力評價無溶劑型地坪涂料黏結(jié)強(qiáng)度的方法適用性。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)無溶劑型地坪涂料在以噴砂鋼板作為基材時，也能同以水泥基材料作為基材時一樣得到很好的劃格試驗結(jié)果，這就給采用拉開法在噴砂鋼板進(jìn)行地坪涂料附著力測試提供了可試驗的先期條件。同時，最終所測試的樣品可得到有效的試驗數(shù)據(jù)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)的波動值較小，能得到實際的附著力，而不僅僅只是像混凝土板那般出現(xiàn)基材破壞的形式，這就為用拉開法附著力評價無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。