作 者鄭順興

出 處《涂料與涂裝科學技術基礎》

摘 要

擺桿硬度

擺桿硬度是黏彈性的靜態測定法之一,在不同溫度下測量的硬度值是不能對比的。擺桿硬度測定中的阻尼主要來自漆膜對機械能的吸收,即損耗模量。損耗模量在玻璃區和橡膠區中都較低,在Tg處較高。擺桿硬度與漆膜厚度相關,過薄時,底材有影響。擺桿阻尼試驗方法測試的優點是不破壞涂膜。

擺桿阻尼試驗儀通用的有科尼格(Konig)擺,簡稱K擺;珀薩茲(Persoz)擺,簡稱P擺。這兩種試驗儀都已被我國國家標準GB1730-88«漆膜硬度的測定擺桿阻尼試驗»采用。

擺桿阻尼硬度法是通過擺桿橫桿下面嵌入的兩個鋼球接觸涂膜樣板,擺桿擺動時,擺桿的固定質量壓迫涂膜,使涂膜產生抗力,根據從較大角度開始擺動阻尼到較小角度所需的時間(s)來判定涂膜的硬度,K擺從6°到3°,P擺從12°到4°。K擺在拋光平板玻璃板上的標準時間為250s±10s,P擺為420s。這兩種試驗儀都附有光電控制的計數裝置,自動記錄阻尼時間。

用擺桿阻尼試驗儀測定涂層時,擺動衰減的主要原因是涂層對機械能的吸收,擺動衰減時問和損耗模量成反比,損耗模量用來表示涂層吸收機械能的能力。損耗模量在T_g轉變區zui高,在遠高于T_g和低于T_g的兩個區都低。因此,在玻璃態區域和橡膠態區域的損耗模量都比較低,在這兩個區域內擺動衰減時間長,軟的橡膠涂層的衰減時間就變長。漆膜一般越硬,衰減時間越長;但要注意,軟的、橡膠般漆膜衰減時間也較長。

這兩種擺的測定結果之間不能建立起通用的換算關系。在產品檢測時通常只規定使用其中一種擺桿儀器。擺桿阻尼試驗的結果與測試時的環境有關,應在控制溫、濕度條件,無氣流影響的情況下進行。涂膜厚度及底材材質也對阻尼時間有影響。

美國ASTMD2134-66(80)所規定的斯華特硬度計(Swardrocker)與擺桿阻尼試驗儀的原理相同。由兩個相距25mm的扁平金屬環連成的圓形,兩環間有玻璃的水平計。環與涂膜樣板接觸,沿環的邊緣可固定重物。測定時,環滾過一定的角度然后釋放,在涂膜上擺動,搖擺到一定的、較小的角度所需揺擺次數的2倍值表示涂膜的硬度。用在拋光的平板玻璃上擺動50次作為校正標準,即玻璃的硬度值為100,涂膜的硬度值小于100,以數值表示涂膜硬度。

斯華德硬度計的擺動衰減是由滾動摩擦和機械損耗引起的,與膜厚和表面平滑度相關。這種硬度計觀察比較方便,相對誤差較少,測試速度較快,但靈敏度較差。它適于較軟的涂膜的測定。Sward揺擺儀宜用于跟蹤氣干涂料在干燥過程中的硬度,但對于不同涂料進行硬度對比的有效性有限。