摆杆硬度测定试验方法的影响因素及仪器校准的探讨

陈 刚，周湘玲，管佳新 （中海油常州涂料化工研究院有限公司，江苏常州 213016）

0 引言

涂膜硬度是表示涂膜机械强度的重要性能之一。涂膜硬度的测定实际上是各种性能的综合结果，不仅与底材的材质和涂膜厚度有关，还与环境的温、湿度及涂层本身的弹性和黏弹性有关。在涂膜硬度的测定中，摆杆阻尼试验是比较经典的使用时间来评定涂膜硬度的试验方法。GB/T 1730—2007《色漆和清漆 摆杆阻尼试验》中包括科尼格（Konig）摆杆式阻尼试验、珀萨兹（Persoz）摆杆式阻尼试验和双摆杆式阻尼试验。双摆杆式阻尼试验是国内使用历史最长的一种试验方法。科尼格摆杆式阻尼试验、珀萨兹摆杆式阻尼试验原分别为德国和法国标准，并在欧洲广为使用，后成为ISO国际标准。

1 3种摆杆阻尼试验

（1） 科尼格摆

科尼格摆，见图1。以直径为（5±0.005）mm、钢珠间距为（30±0.2）mm，硬度为HRC（63±3）或（1 600±32）HV 30的两个分开的钢珠轴承来支承，并且利用与横杆连接的垂直杆上的滑动重锤保持平衡，且可通过该重锤调节固有摆动频率。在一块抛光的玻璃平板上的摆动周期为（1.4±0.02）s，从位移6°到位移3°的阻尼时间为（250±10）s。摆的总质量为（200±0.2）g。

图1 科尼格摆Figure 1 Konig Pendulum

（2） 珀萨兹摆

珀萨兹摆，见图2。以直径为（8±0.005）mm、钢球间距为（50±1）mm，硬度为HRC（59±1）的两个分开的不锈钢珠来支承，没有平衡器。在一块抛光的玻璃平板上的摆动周期为（100±0.1）s，从位移12°到位移4°的阻尼时间为（430±10）s。摆的总质量为（500±0.1）g，其静止时的重心在支轴面下方（60±0.1）mm处，指针尖端在支轴面下方（400±0.2）mm处。

图2 珀萨兹摆Figure 2 Persoz Pendulum

（3） 双摆

双摆，见图3。摆的总质量为（120±1）g，摆杆上端至下端的长度是（500±1）mm。摆杆横杆下的2个钢珠符合GB/T 308中8CⅢ的规格要求。在未涂漆玻璃板上摆杆摆动角度从5°位移到2°的阻尼时间为（440±6）s。

图3 双摆Figure 3 Double Pendulum

2 摆杆阻尼试验的影响因素

影响摆杆硬度测定的因素，实际上即为影响阻尼时间的因素。在摆杆进行摆动时，妨碍摆动的阻力有两种：一种是摆动的支撑钢珠对玻璃板的摩擦力，其中包括滚动摩擦和滑动摩擦，这些摩擦与正压力成正比。单摆（科尼格摆和珀萨兹摆）的正压力高于双摆的正压力，这是因为单摆的摆杆质量大而钢球直径小。另一种是空气阻力，它与摆杆的形状、运动速度、空气密度有关。阻尼时间值实际上就是摆杆用来克服摩擦阻力和空气阻力所花的时间。摆杆阻尼试验有以下几个影响因素：

（1） 漆膜厚度的影响：漆膜厚度越大，其硬度值越低。这是因为漆膜越厚，摩擦阻力越大，导致摆杆的摆动时间减少。

（2） 漆膜表面平整度的影响：漆膜表面的颗粒、划痕会影响摆杆的摆动，导致摆杆的摆动时间减少。

（3） 仪器钢珠的影响：钢珠如果有损伤，摩擦阻力增大，导致摆杆的摆动时间减少。

（4） 温、湿度的影响：温度高会使漆膜发软，湿度大会使漆膜发涩，这些都会造成漆膜表面的摩擦阻力增大，导致摆杆的摆动时间减少。

（5） 气流的影响：空气流动时会造成摆杆的晃动，故操作时应关闭仪器的玻璃罩。

3 摆杆阻尼试验的注意事项

摆杆阻尼试验的影响因素很多、很复杂，在进行摆杆阻尼试验时各细节的差异都会影响阻尼时间。将注意事项归纳如下：

（1） 在（23±2）℃和相对湿度（50±5）%的条件下进行试验，并且测试样板应在此条件下调整至少16 h后才能进行试验。

（五）落实信贷支持 结合国家建立现代农村金融制度的要求，建立政府扶持、多方参与、市场运作的农村信贷担保机制，大力发展小额信贷，建立新形势下的信用评估方式，扩大农村有效担保范围，开辟支持生猪标准化规模化养殖的信贷“绿色通道”，解决投入不足的“瓶颈”问题。

（2） 底材应满足测试要求的尺寸，且平整，无任何可见的划痕等缺陷。

（3） 样板漆膜表面应平整，完全干燥，且涂层表面不能有手印、灰尘或其它污染物。

（4） 试验时应避免气流和振动，建议使用保护罩。

（5） 测试前要检查钢珠是否有磨损，如果有磨损，需更换钢珠，也可转动钢珠，使其与涂层的接触点没有损伤，并用柔软的绸布沾取合适的溶剂将支承钢珠擦干净。

（6） 检查仪器是否水平。可以放一个水平仪，通过基座上的螺丝将玻璃平板调成水平。

（7） 检查标准玻璃平板是否干净，可用一块柔软的不起毛的绸布沾取合适的溶剂将标准玻璃平板擦拭干净。

（8） 放好样板后，抬高支轴，将摆杆偏转合适的角度（科尼格摆为6°，珀萨兹摆为12°，双摆为5°）并将它放到预定的停点处，注意观察不允许支轴横向位移。

4 仪器的校准

标准中规定科尼格摆从位移6°到位移3°的标准阻尼时间为（250±10）s，摆动周期为（1.4±0.02）s；珀萨兹摆从位移12°到位移4°的标准阻尼时间为（430±10）s；双摆从5°位移到2°的标准阻尼时间为（440±6）s。如果阻尼时间不在标准规定的范围内，需要对仪器进行校准。

首先调整仪器的水平，检查钢球，并用柔软的绸布沾取合适的溶剂（如无水乙醇）将支承钢球擦拭干净，再擦拭标准玻璃板后重新测试。如果阻尼时间仍旧不在规定的范围内，那么珀萨兹摆就要更换仪器了，而科尼格摆和双摆还可以通过调整重锤进行仪器校准。

（1） 科尼格摆的校正

其中：T—摆动周期；

m1—支点下摆摆长总质量；

m2—支点上摆摆长总质量；

L1—支点下摆摆长；

L2—支点上摆摆长；

g—重力加速度。

由式（1）可以看出，将重锤上移使L2增大，则T增大。要增大阻尼时间，即增大摆动周期T，就需将重锤上移一定距离。

（2） 双摆的校正

其中：T—摆动周期；

L—支点到重锤的距离；

g—重力加速度。

由式（2）可以看出，调整阻尼时间，即为调整摆动周期T，T随距离L的变化而变化。当L增大，T增大，即为阻尼时间增大。因此要增大阻尼时间，就要使重锤向下移动一定距离。但要注意，调整时摆杆上的两个重锤应同时移动，使两个重锤始终处于同一水平位置上。

5 结语

介绍了GB/T 1730—2007《色漆和清漆 摆杆阻尼试验》中3种阻尼试验仪的工作原理及校准原理，并探讨了试验时的影响因素及注意事项，对深入理解标准，及减少试验误差起到一定的作用。