一、 術(shù)語和定義
黏結(jié)強(qiáng)度:
定義: 指在特定條件下,黏結(jié)界面(通常指涂層/漆膜與被涂覆基材之間的界面)在單位面積上所能承受的、垂直于黏結(jié)面的最大拉力或最大剪切力(具體取決于測(cè)試方法)。它是衡量涂料系統(tǒng)與基材之間結(jié)合牢固程度(附著力)的最關(guān)鍵性能指標(biāo)之一。
核心意義: 黏結(jié)強(qiáng)度直接決定了涂層抵抗從基材上剝離、脫落的能力,是影響涂層長(zhǎng)期耐久性、防護(hù)性能和整體體系可靠性的基石。強(qiáng)度不足會(huì)導(dǎo)致起泡、開裂、剝落等早期失效。
單位: 通常以兆帕(MPa)或磅力每平方英寸(psi)表示。
內(nèi)聚強(qiáng)度:
定義: 指涂料涂層自身內(nèi)部或基材自身內(nèi)部抵抗破壞的能力。當(dāng)黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試中發(fā)生破壞時(shí),如果斷裂發(fā)生在涂層內(nèi)部或基材內(nèi)部,而非涂層-基材界面,則表明材料的內(nèi)聚強(qiáng)度低于界面的黏結(jié)強(qiáng)度(黏附強(qiáng)度)。
與黏結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系: 黏結(jié)體系(涂層+界面+基材)的最終破壞強(qiáng)度取決于三者(涂層內(nèi)聚強(qiáng)度、界面黏附強(qiáng)度、基材內(nèi)聚強(qiáng)度)中的最薄弱環(huán)節(jié)。理想的黏結(jié)破壞應(yīng)發(fā)生在界面(黏附破壞),以真實(shí)反映界面結(jié)合力;若發(fā)生內(nèi)聚破壞(涂層內(nèi)或基材內(nèi)),則測(cè)得的值反映的是材料本身的強(qiáng)度,而非純粹的界面黏結(jié)力。
黏附強(qiáng)度:
定義: 特指涂層與基材界面之間的結(jié)合強(qiáng)度。它是黏結(jié)強(qiáng)度中直接反映界面結(jié)合好壞的部分。
與黏結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系: 在理想情況下(界面是絕對(duì)薄弱點(diǎn)),測(cè)得的黏結(jié)強(qiáng)度即等于黏附強(qiáng)度。但在實(shí)際測(cè)試中,破壞模式可能混合。
破壞模式:
定義: 在黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試后,對(duì)破壞面進(jìn)行分析,確定斷裂發(fā)生的位置。
主要類型:
黏附破壞: 破壞完全發(fā)生在涂層與基材的界面處。表明界面結(jié)合是薄弱環(huán)節(jié)。
內(nèi)聚破壞(涂層內(nèi)): 破壞發(fā)生在涂層內(nèi)部,涂層材料本身被拉斷。表明涂層內(nèi)聚強(qiáng)度低于界面黏附強(qiáng)度。
內(nèi)聚破壞(基材內(nèi)): 破壞發(fā)生在基材內(nèi)部。表明基材本身強(qiáng)度不足。
混合破壞: 破壞面同時(shí)包含界面(黏附破壞)和涂層內(nèi)或基材內(nèi)(內(nèi)聚破壞)的區(qū)域。這是最常見的破壞模式。
重要性: 分析破壞模式對(duì)于解讀黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果至關(guān)重要,有助于判斷失效的真正原因(是界面問題、涂層問題還是基材問題),從而指導(dǎo)改進(jìn)方向。
二、 影響?zhàn)そY(jié)強(qiáng)度的關(guān)鍵因素
黏結(jié)強(qiáng)度并非材料的固有屬性,而是受制于一個(gè)復(fù)雜的體系,主要影響因素包括:
基材性質(zhì):
材質(zhì): 金屬、混凝土、木材、塑料等不同基材的表面能、化學(xué)活性、多孔性差異巨大。
表面狀態(tài):
清潔度: 油污、灰塵、脫模劑、銹蝕、舊涂層殘留等會(huì)嚴(yán)重削弱黏結(jié)。
粗糙度/輪廓: 適當(dāng)?shù)拇植诙仍黾訖C(jī)械咬合力和有效接觸面積(錨固效應(yīng))。但過度粗糙可能產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中或截留空氣/污染物。
表面能: 影響涂料對(duì)基材的潤(rùn)濕鋪展能力。
強(qiáng)度與致密性: 基材自身強(qiáng)度不足或疏松多孔會(huì)影響測(cè)試結(jié)果(易發(fā)生基材內(nèi)聚破壞)。
涂料性質(zhì):
樹脂類型與化學(xué)結(jié)構(gòu): 直接影響涂料的極性、柔韌性、反應(yīng)活性,以及與基材的化學(xué)鍵合可能性(如環(huán)氧樹脂對(duì)金屬、混凝土有優(yōu)異的黏附力)。
配方設(shè)計(jì): 顏料體積濃度、添加劑(如附著力促進(jìn)劑、潤(rùn)濕分散劑)、溶劑體系等都會(huì)顯著影響成膜后的內(nèi)聚強(qiáng)度和與基材的相互作用。
固化/干燥過程: 固化是否完全、固化條件(溫度、濕度)、溶劑揮發(fā)速率等影響最終膜的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力。
表面處理:
這是最關(guān)鍵的因素之一。 徹底清除污染物、獲得合適且均勻的表面粗糙度(如噴砂、打磨)、有時(shí)還需進(jìn)行化學(xué)處理(如磷化、鈍化)或涂覆底漆,能極大提升黏結(jié)強(qiáng)度。處理等級(jí)(如ISO 8501, SSPC標(biāo)準(zhǔn))有明確規(guī)定。
施工工藝:
涂布方法: 噴涂、輥涂、刷涂等影響膜厚均勻性和與基材的接觸。
膜厚: 過厚可能導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增大、固化不完全,反而降低強(qiáng)度;過薄則可能無法形成連續(xù)的、具有足夠內(nèi)聚強(qiáng)度的膜。通常有最佳膜厚范圍。
施工環(huán)境: 溫度、濕度、露點(diǎn)控制不當(dāng)會(huì)影響涂料潤(rùn)濕、流平、溶劑揮發(fā)和固化反應(yīng),從而影響?zhàn)そY(jié)。
層間間隔與處理: 多層涂裝體系中層間的清潔度、粗糙度(如拉毛)以及復(fù)涂時(shí)間窗口(是否在“咬底”期或完全固化后)對(duì)層間附著力至關(guān)重要。
應(yīng)力作用方式與速率: 黏結(jié)強(qiáng)度值會(huì)因測(cè)試時(shí)施加力的類型(拉力、剪切力)、方向和作用速度的不同而變化。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法對(duì)此有嚴(yán)格規(guī)定。
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