涂膜附著力測試與標準簡介

文/楊柳

什么是附著力？

涂膜的附著力是指涂膜與被附著物體表面之間或涂膜各涂層之間，通過物理和化學作用相互粘結的能力。

附著力是檢測涂料品質好壞的一項重要的技術指標：附著力好的涂膜經久耐用，具備使用要求的性能；附著力差的涂膜容易起泡、龜裂、脫落等問題，影響正常使用。

廣義上講附著力可分為二類：主價力和次價力。化學鍵即為主價力，具有比次價力高得多的附著力。次價力基于以氫鍵為代表的弱得多的物理作用力。這些作用力在具有極性基團(如羧基)的基材上更常見，而在非極性表面如聚乙烯上則較少。

附著力的機理：

一、機械連接理論

這種附著的機理主要是針對界面不平整，含有孔、洞或裂隙的基材上的涂裝。當涂料涂于基材表面時，涂料能夠潤濕滲透進入這些縫隙，這樣等涂膜固化以后，這些進入縫隙的涂膜則能夠起到類似于釘子的作用，從而抓牢底材。

機械附著的機理在例如木材、噴砂處理、機械打磨等方面都有一定的表現。

二、共價鍵理論

共價鍵理論是指在涂膜與底材接觸后，形成某些共價鍵，這類型的鏈接力是最牢固、最耐久的。形成的前提是要求在涂膜與底材中有相互契合的化學基團，這些基團在靠近后，能夠形成化學鍵。

例如某些有機硅烷對玻璃、金屬及有機礦石的附著力增強；再如某些底材帶有羥基、羧基與涂料中固化劑的鏈接等。

三、范德華力理論

范德華力是提供常規附著力的最常見的一種力。當涂膜與底材近距離接觸后，分子相互接近而產生吸引力。

這種吸引力是一種短程的相互作用，一般在0.3-0.5nm有較強的效果。另外，分子的相對分子質量越大、變形性越大、越容易被極化，則作用力更強。

四、靜電理論

涂層和底材表面均有一定的電荷殘存散布，當涂料和底材近距離接觸時，這些電荷相互吸引可以促進涂膜的附著。

五、氫鍵理論

氫原子在與電負性大的原子（如O、N、F等）形成共價鍵時，電子偏向電負性大的原子，而使氫原子帶有正電。因此當涂料中含有類似-OH、-COOH等基團時，又在基材含有負電基團時，可能會形成氫鍵效應，從而提升涂膜的附著力。該類親水基團可能會影響涂膜的耐水性。

六、擴散理論

當涂膜涂布于底材上時，兩相親和的大分子可能通過擴散形成交錯，從而提升附著力。該種作用力只能發生在兩相親和的涂層和底材間，因此大多作用于層間附著，尤其是統一體系的兩涂層間的附著。

涂層對被涂物的保護在很大程度上受涂層（涂料）與基材之間的附著強度影響，而附著的強度大小不僅與基材的表面狀態、表面物質組成及材料本身的致密性有關，還與涂層中成膜物的收縮應力、表面張力、結晶性與極性官能團的體積大小等因素有關。涂膜與底材之間可以通過機械結合、物理吸附等形成氫鍵和化學鍵，互相擴散等作用結合在一起，這些作用所產生的附著力，決定了涂膜與底材之間的層間附著力。在涂料的涂裝中，參與附著力的機理是多樣的，往往含有多種作用力。

涂料行業廣義的附著力測試簡介：

（1）GB/T 1720-2020劃圈法附著力

樣板固定在測定儀上，為確保劃透涂膜，酌情添加砝碼，按順時針方向，以80-100r/min均勻搖動搖柄(或80-r/min電動法)，以圓滾線劃痕，標準圓長7.5cm，取出樣板，評級。實驗中需要注意以下幾點：

（a）測定儀的針頭必須保持銳利，否則無法分清1、2級的分別，應在測定前先用手指觸摸感覺是否鋒利，或在測定若干塊試板后酌情更換。

（b）先試著刻劃幾圈，劃痕應剛好劃透涂膜，若未露底材，酌情添加砝碼；但不要加得過多，以免加大阻力，磨損針頭。

（c）評級時可以7級（最內層）開始評定，也可以1級（最外圈）評級，按順序檢查各部位的涂膜完整程度，例如，部位1涂膜完好，附著力最佳，定為1級；部位1涂膜壞損而部位2完好的，附著力次之定為2級。依據類推，7級附著力最差。通常要求比較好的底漆附著力應達到1級，面漆的附著力可在2級左右。

（2）劃格法測定附著力

劃格法附著力測試標準主要有GB/T 9286-2021/IDT,ISO 2409、ASTM D 3359。其測試方法和描述基本相同，只是對于附著力級別的說明次序剛好相反。ASTM D 3359是5B-OB級由好到壞，而ISO 2409是0-5為由好到壞。

根據涂層的厚度選用不同刀鋸的劃格器：

實驗工具是劃格測試器，它是具有6個切割面的多刀片切割器，切刀間隙1mm、2mm和3mm（刀頭可以更換）。將試樣涂于樣板上，干燥16小時后，用劃格器平行拉動3-4cm，有六道切痕，應切穿涂膜至底材；然后用同樣的方法與前者垂直，切痕同樣六道；這樣形成許多小方格。對于軟底材，用軟毛刷沿網格圖形成每一條對角線，輕輕向前和后各掃幾次，即可評定等級；而對于硬質底材，先清掃，之后貼上膠帶（一般使用3M膠帶），且要保證膠帶與實驗區全面接觸，可以用手指來回摩擦使之接觸良好，然后迅速拉開，使用目視或者放大鏡對照標準與說明附圖進行對比定級。其分級的標準描述為：

* 本方法不適用于涂膜厚度大于250μm的涂層。

（3）拉開法附著力

拉開法附著力是指在規定的速率下，在試樣的膠結面上施加垂直、均勻的拉力，以測定涂層或涂層與底材間的附著破壞時所需的力，以MPa表示。此方法不僅可檢驗涂層與底材的粘接程度，也可檢測涂層之間的層間附著力；考察涂料的配套性是否合理，全面評價涂層的整體附著效果。拉開法測試的相關標準有GB/T 5210-2006/IDT，ISO4624：2004、ASTM D-4514等。

其中ASTM D-4514為便攜式拉開法，一般為現場檢測使用，為單側拉拔，試驗數據比GB/T 5210較小。

GB/T 5210為實驗室使用，有樣板對接、試柱對接、單側拉拔3種方式，大量試驗數據表面當樣板厚度在10mm以上，單側與樣板對接結果差異較小。

拉開法附著力測試示意圖：

三種檢測方法各有優缺點，具體可參考以下表格：

劃圈法、劃格法均屬于間接測定法，測試結果以分級表示。由于主要依靠人眼判別，切割過程中準確度相當不容易掌握好，存在個體經驗差異從而造成誤差。但是操作簡單快捷，被廣泛應用。

拉開法適用于較厚涂層，單涂層和多涂層體系，測定涂層之間的附著力時，可優先選用該方法。拉開法屬于直接測定法，能用數值表示涂層附著力，可用于研究涂料配方是否合理及全面評價涂層整體附著效果。此法較為復雜，且須等膠黏劑完全固化后才能進行試驗,試驗時間較長。