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粉末涂料涂膜表面硬度测试的研究与分析
摘要：涂膜的硬度是指涂膜在受到外界干扰（如摩擦、碰撞等）时，所表现出的抗损坏能力，是用来表征涂膜机械强度的重要指标。
目前对涂膜表面硬度的测试方法主要有摆杆硬度测试法、压痕硬度测试法及划痕硬度测试法（包括铅笔硬度和划针测定法）。
然而，这些方法在测试砂纹、皱纹类产品时，却表现得力不从心，无法得到满意的结果。
因此，本文探索了一种测定砂纹、皱纹等美术型产品的涂膜硬度的凸点摩擦法，该方法同样适用于绝大多数普通型产品的检测，很大程度填补了粉末行业的空白。
1、前言
涂膜硬度是涂膜抵抗诸如碰撞、压陷、擦划等机械力作用的能力；是表示涂膜机械强度的重要性能之一；也是表示涂膜性能优劣的重要指标之一。
皱纹、砂纹类粉末因为表面不平整，平常的测量中比较难以量化测量，我司以凸点摩擦测试法可解决大部分的砂纹、皱纹类的粉末涂料硬度的测定，填补了本行亚硬度检测方面的空白。
2、目前硬度测试的四种方法
2.1 铅笔硬度测试法（范围及说明）
硬度是表示涂膜机械强度的重要性能之一，其物理意义可理解为涂膜表面对作用在其上的另一个硬度较大的物体所表现的阻力。
粉末涂料涂膜硬度可采用铅笔硬度测定法，铅笔硬度是用具有规定尺寸、形态和硬度铅笔芯的铅笔推过涂膜表面时，涂膜表面耐划痕或耐产生其他缺陷的性能。
缺陷包括：涂膜表面永久的压痕，但没有内聚破坏；内聚破坏即涂膜表面存在可见的擦伤或刮破（缺陷可同时发生）。
本方法是通过在涂膜表面上推压铅笔，并通过铅笔芯的硬度及涂抹破损程度来反推涂膜硬度的方法。
适用于有色涂层、透明涂层和相关产品的单涂层，在多涂层体系的最上层也可进行。这种方法用于比较不同涂层的铅笔硬度是有效的。
2.2 划痕硬度测试法（范围及说明）
本方法是测定涂膜的单一涂层或复合涂层体系抗半球形状的划针划透性能的试验方法。对于复合涂层体系，划针可以划透至底材，也可以划透至中间涂层。
作为“通过/不通过"试验，即在划针上施加规定的负荷进行试验，以评定涂层是否符合特定要求；通过对划针施加逐渐增加的负荷来测定划透涂层的最小负荷。
2.3 压痕硬度测试法（范围及说明）
本方法是一种用巴克霍尔兹压痕仪对涂膜进行压痕的试验方法。①当压痕仪在规定条件下施压涂膜时，即可形成压痕长度；2产生的压痕长度表示涂膜残留变形的程度，本方法不适用于含有强韧剂的产品。
本方法是具有特定尺寸和形状的压痕器在规定条件下对涂膜进行压痕，压痕长度的测量结果以mm表示。
本试验和其他涂料物理试验一样，测量结果与时间、温度和湿度有关，试验只有在符合规定条件下进行，所得结果才具有可比性。
由于压痕深度取决于涂膜厚度，故只有在涂膜厚度超过规定的最小涂膜厚度时，测得压痕长度才是有效的。
2.4 摆杆硬度测试法（范围及说明）
科尼格摆、珀萨兹摆及双摆具有相同的原理----摆杆接触越软的涂膜表面它的摆杆衰减得越快，但三者在尺寸、摆动周期和摆动幅度方面各不相同。
摆杆和漆膜之间的相互作用是复杂的，取决于涂膜弹性和粘弹性两种性质，且这三种试验方法所得结果之间不可能建立通用的关系。在规定的阻尼时间测量中只许使用一种类型的摆杆。
就作为一特定目的的（使用）摆杆所具有的优点来说，以下条件可作为指南：
a）在摩擦因数较低的表面上，珀萨兹摆可能会打滑，这会使结果无效。然而，在色漆和清漆的场合中这种情况很难得出现。
b）应该注意的是三种仪器均反应了涂料的物理性质对其环境的敏感性，因而，试验应在控制温度和湿度、并在无气流情况下进行。漆膜厚度及底材性质也可能影响阻尼时间。
原理：静止在涂膜表面的摆杆开始摆动，用在规定摆动周期内测得的数值表示振幅衰减的阻尼时间。
阻尼时间越短，硬度越低。（本方法分为A法和B法，A法为科尼格和珀萨兹摆杆式阻尼试验，B法为双摆杆式阻尼试验）
3、凸点摩擦测试法
3.1 方法背景
到目前为止，测量涂膜表面硬度的方法暂且停留在平面型产品的范畴。对砂纹、皱纹类产品的测试中却未有一种令人满意的方法。
因此，本文针对砂纹、皱纹类产品，探索出一种新型的测试方法，该方法同样适用于绝大多数普通型产品的测试，很大程度上填补了粉末行业上除平面型外其它类型粉末测量的空白。
3.2 方法原理
凸点摩擦试验法是通过样板的涂膜层与具有凸点涂膜样板之间相互摩擦而产生表面变化，通过其摩擦次数和变化程度来判定其表面硬度等级。
3.3 材料和仪器
1）试验仪器
砝码：100Og×3，750g×2，500g×2，200g×2，100g×2，50g×2，20g×2，1Og×2，5g×2，2g×2，lg×2，0·5g×2，0．2g×2，0，lg×2。
试板：采用150mm×75m×1mm的钢板，平整且没有变形；150mm×70mm×1mm的钢板，板中心凸点高4±0.1mm，球半径5±0.1mm。
2）试样要求
除另有规定外，样板的状态调节和测试条件均为温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）％。在现场试验时，允许采用环境条件。试验前，样板在温度（23±2）℃、相对湿度50±5）％下至少放置16h。
涂层凸点膜厚取值为凸点四周2.5±0.5cm范围涂膜厚度的均值。
在检验机的样板放置台上，将样板的涂膜面向上，水平放置并固定。将带有凸点的涂膜样板反置固定在夹板上，使检验仪器保持水平，反置的涂膜样板凸点与正置的涂膜样相接触。
3.4 测定方法及评定标准
3.4.1 测定方法
当试样加载砝码，凸点与涂层表面接触后立即推动试板，以10cm/s的速度来回推动试样，以凸点暴露出底材为试验终点。
平行测定两次，如果两次检验结果不一致，应重新检测。
3.4.2 评判标准
以涂膜样板凸点暴露出底材为试验终点，以最终循环摩擦次数来评价该粉末的硬度是否合格。
试验结果中应注明如底材的材料、尺寸和表面处理、涂装方法、干燥和放置的时间与条件、涂层厚度及体系、与规定不同的检验温度和湿度等。
3.4.3 测量参考
以我司同类型产品采用凸点摩擦测试结果为参考依据，划定该类型产品的合格范围内的循环次数如下图：
4、小结
本文主要对砂纹、皱纹类产品特性了解后，提出了一种新颖的测定该类产品硬度性能的方法。该方法目前在我司已基本推广，它很大程度上弥补了传统方法的不足，希望能与行业同仁分享。
