拉开法评价地坪涂料黏结强度的适用性研究
2023-12-08黄杰强
黄杰强
（福建省产品质量检验研究院，福州 350015）
涂膜与基材的附着力是涂层能够获得其他性能的基础条件。通常情况下，其附着力的好坏往往直接决定了涂层的实际使用寿命。涂层附着力通常是指漆膜与基材表面之间通过物理和化学作用相互黏结的能力，同时也包括涂层自身的内聚力。当涂层的附着力和内聚力均达到较高的水平时，涂膜与底材间才具有良好的黏结强度，不容易被外力破坏。地坪涂料主要是指用于水泥、混凝土和钢材地坪表面，对地面起装饰和保护作用的涂料。涂膜呈现不同色彩和外观，具有较好的装饰性。由于通常使用环氧等综合性能优良的涂料品种，其涂膜又具有坚韧、不易开裂、耐冲击及耐磨损的性能，能耐水和洗涤剂等的冲洗。无溶剂型地坪涂料是以有机物为分散介质且固化后作为成膜物质存在的地面涂装类材料。由于水泥混凝土自身的结构特点，在作为无溶剂型地坪涂料基材使用时，无溶剂型地坪涂料与其附着在一起结合后，往往不能确切地测出其之间的结合强度。对此，依据实验室现有条件，通过划格试验（不同基材间的试验结果的比对）、基材自身的强度测试、拉开法附着力测试，对使用拉开法附着力评价无溶剂型地坪拉伸黏结强度的适用性做个先期的研究。
1 试验部分
1.1 试验原理
划格试验是一种以直角网格图形切割涂层并穿透至底材来评定色漆和清漆的涂层从底材上脱离的抗性的一种试验方法。其原理是在涂层中切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。目视检查切割区域，并将其与六级分级标准进行比较。
1.1.1 试验仪器
划格器，型号为QFH，生产厂家是上海现代环境工程有限公司。
1.1.2 试验材料
收集的8 种无溶剂型环氧地坪涂料（非自流平），试样编号分别为无溶剂型地坪涂料（非自流平）底涂A1—A4，无溶剂型地坪涂料（非自流平）面涂A5—A8。见表1。操作过程中，胶带完全覆盖网格。为了确保与涂层接触良好，用手指尖用力蹭胶带。在贴上胶带后5 min 内，拿住胶带悬空的一端，并以尽可能接近60°的角度，在0.5～1.0 s 内平稳地撕离胶带。结果的评定和表示：在换规定的良好光照条件下，用正常的视力，使用2 倍放大镜，目视法仔细检查试验涂层的切割区域。在观察过程中，适当转动试板，以使试验区域的观察和照明不局限在一个方向，通过与GB/T 9286—2021《色漆和清漆划格试验》标准中图示比较（表2），对试验区域进行评级。
表1 无溶剂型地坪涂料（非自流平）
表2 试验结果分级
1.1.3 试验基材
无石棉纤维水泥平板（150 mm×70 mm×4 mm）、混凝土板（400 mm×110 mm×50 mm）、喷砂钢板（150 mm×70 mm×3 mm）。
1.1.4 试验条件
在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%条件下进行试验。试板的状态调节，试验前，试验在温度（23±2）℃和相对湿度（50±5）%条件下至少调节16 h。
1.1.5 试样的制备
通过刷涂法进行试样的制备，干膜厚度（40±5）μm，将无溶剂型地坪涂料各组分按产品要求的配比混合调配好，搅拌均匀后进行制样，干燥固化后，养护7 d 后测试。
1.1.6 试验步骤
切割道数：网格图形每个方向的切割数为6。本次试验将试板放置在坚硬、平整的平面上，以防在试验过程中试板发生任何变形。采用手动多刃切割刀具，刀刃间距为2 mm，在试板上3 个不同的位置进行试验，此3 个位置的相互间距和其与试板边缘的间距均不小于5 mm。接着使用压敏胶带，把胶带的中心置于网格上，方向与一组切割线平行，然后把胶带在网格区域压平。
不同基材上划格试验3 次的结果见表3。
表3 划格试验结果
1.2 拉伸黏结强度原理
试验样品或体系以均匀厚度施涂于表面结构一致的平板上。涂层体系干燥/固化后，用胶黏剂将拉拔头直接黏结到涂层的表面上。胶黏剂固化后，将黏结的试验组合置于适宜的拉拔试验机上，黏结的试验组合经过可控的拉伸黏结强度试验，测出破坏涂层/底材间黏结所需的强度。
1.2.1 试验仪器
拉拔试验机，型号为LBY-VI，生产厂家是北京天誉科技有限公司。
1.2.2 试验基材
混凝土板（400 mm×110 mm×50 mm）。
1.2.3 试验条件
在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%条件下进行试验。试板的状态调节，试验前，试验在温度（23±2）℃和相对湿度（50±5）%条件下至少调节16 h。
1.2.4 试样的制备
通过刷涂法进行试样的制备，干膜厚度（40±5）μm，将地坪涂料各组分按所要求的配比混合调配好，搅拌均匀后进行制样，干燥固化后，养护7 d 后测试。
1.2.5 试验步骤
使用拉拔头进行试验的方法，将胶黏剂均匀地涂在未涂涂料的、刚清理干净的拉拔头表面，在胶黏剂的固化期内把涂有胶黏剂的拉拔头与涂层相连。胶黏剂固化后，使用切割装置沿试柱的周线切透至底材。如图1 所示，按此成型10 个试件进行试验。
图1 拉伸黏结强度试样成型样式
在与已涂漆底材平面的垂直方向上施加拉伸应力，以5 mm/s 的拉伸速度，测定拉伸黏结强度。
经测试，在10 块空白混凝土板基材上拉伸黏结强度的试验结果分别为3.46、3.85、3.88、3.97、3.67、3.62、3.90、3.82、3.59 和3.75 MPa，经计算可得空白混凝土板的拉伸黏结强度平均值为3.75 MPa。
地坪涂料在混凝士板基材上拉伸黏结强度试验结果见表4。
表4 地坪涂料在混凝士板基材上拉伸黏结强度试验结果（平均值）MPa
地坪涂料在混凝土板基材上拉伸黏结强度试验结果均为混凝土板基材破坏。如图2 所示。
图2 拉伸黏结强度试验结果破坏形式
1.3 拉开法附着力原理
试验样品或体系以均匀厚度施涂于表面结构一致的平板上。涂层体系干燥/固化后，用胶黏剂将试柱直接黏结到涂层的表面上。胶黏剂固化后，将黏结的试验组合置于适宜的拉开法附着力试验机上，黏结的试验组合经可控的拉力试验（拉开法试验），测出破坏涂层/底材间附着所需的拉力。
1.3.1 试验仪器
全自动数显拉开法附着力测试仪，型号为BGD 500/S，生产厂家是标格达精密仪器（广州）有限公司。
1.3.2 试验基材
混凝土板（400 mm×110 mm×50 mm）、喷砂钢板（150 mm×70 mm×3 mm）。
1.3.3 试验条件
在温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%条件下进行试验。试板的状态调节，试验前，试验在温度（23±2）℃和相对湿度（50±5）%条件下至少调节16 h。
1.3.4 试样的制备
通过刷涂法进行试样的制备，干膜厚度（40±5）μm，将地坪涂料各组分按所要求的配比混合调配好，搅拌均匀后进行制样，干燥固化后，养护7 d 后测试。
1.3.5 试验步骤
使用单个试柱从单侧进行试验的方法，将胶黏剂均匀地涂在未涂涂料的、刚清理干净的试柱表面，在胶黏剂的固化期内把涂有胶黏剂的试柱面与涂层相连。胶黏剂固化后，使用切割装置沿试柱的周线切透至底材。如图3 所示。
图3 附着力拉开法试样形式
在与已涂漆底材平面的垂直方向上施加拉伸应力，该应力以1 MPa 的速度稳步增加，使破坏过程在90 s 内完成。
经测试，在10 块空白混凝土板基材上拉开法附着力的试验结果分别为7.60、7.87、7.88、7.20、7.33、7.07、7.35、7.82、7.59 和8.15 MPa，经计算可得空白混凝土基材上拉开法附着力平均值为7.59 MPa。
不同基材上拉开法附着力试验结果见表5。
表5 拉开法附着力试验结果MPa
所用地坪涂料在混凝土板上所表现的结果均为基材破坏，在喷砂钢板上所表现出的结果均为涂层与底材间的附着破坏。如图4 所示。
图4 拉开法附着力试验结果破坏形式
2 结果与讨论
根据划格试验的结果，可以看出试验的样品地坪涂料在无石棉纤维水泥平板、混凝土板和喷砂钢板的附着牢度等级是一致的，均为GB/T 9286—2021-2a-0，划格试验中最好的试验等级，切割边缘完全平滑，网格内无脱落。从拉伸黏结强度试验的结果，观察到空白混凝土板基材上拉伸黏结强度与将8 种地坪涂料施涂到混凝土板上后所测的拉伸黏结强度试验结果均出现基材破坏的形式，同时其强度值比较接近，最大偏差为0.21 MPa 相类似的破坏形式，这是由于每一块基材在成型之后，其内部结构紧密程度不同所导致的。从这里也可以看出，在测地坪涂料拉伸黏结强度时，很难确切表达出地坪涂料与混凝土板的黏结强度值，而仅仅只是基材的破坏。在这样的基础上，研究了用拉开法附着力测定地坪涂料在混凝土板和喷砂钢板上附着力的表现形式，从以上研究中可以看出地坪涂料在混凝土板上的附着力结果与空白混凝土板的附黏力平均结果比较接近，破坏形式同样为柱子下方粘附面积附近的基材破坏，也难以确切表达出地坪涂料与混凝土板的附着力，而在以喷砂钢板为底材，地坪涂料的附着力可以测出的数值均比以混凝土板基材破坏形式的附着力大，且破坏形式为涂层与底材间的附着破坏。
3 结论
本文收集了4 种无溶剂型地坪涂料（非自流平）底涂、4 种无溶剂型地坪涂料（非自流平）面涂，采用划格试验、拉伸黏结强度、拉开法附着力的试验方法，根据结果的比较及实际的破坏形式，探究用拉开法附着力评价无溶剂型地坪涂料黏结强度的方法适用性。结合试验数据，发现无溶剂型地坪涂料在以喷砂钢板作为基材时，也能同以水泥基材料作为基材时一样得到很好的划格试验结果，这就给采用拉开法在喷砂钢板进行地坪涂料附着力测试提供了可试验的先期条件。同时，最终所测试的样品可得到有效的试验数据，大部分数据的波动值较小，能得到实际的附着力，而不仅仅只是像混凝土板那般出现基材破坏的形式，这就为用拉开法附着力评价无溶剂型地坪涂料的拉伸黏结强度的适用性提供了基础研究。
