什么是涂料的附着力？

粘附理论

粘合失败

影响附着力的因素

获得良好附着力的方法

评估附着力的测试方法

什么是涂料的附着力？

涂层的附着力是指涂层与物质基材之间的牢固结合。

附着力是油漆和涂料行业的基本特性之一，可确保涂层（或漆膜）长时间粘附在表面上，尤其是在侵蚀性条件下。附着力的性质与涂层的耐久性和质量有直接关系。

大多数涂料和油墨的重要要求是在固化和成膜*完成后，它们能形成牢固的粘合并牢固地粘附在基材上很长时间。涂层和基材之间的粘合强度取决于材料的两个特性，包括：

附着力——粘合剂与基材表面的粘合强度

内聚力——粘合剂颗粒之间的结合强度*成膜对附着力起关键作用。固化后，收缩和压力等几个因素会影响成膜。

涂层在基材上的附着力

控制涂料和油墨对基材的附着力的关键因素包括：

基材-涂层界面

涂料和油墨的组成

成膜（必须使界面变得尽可能坚固）

粘附理论

许多理论解释了粘附的机制。发生粘连的主要理论有：

吸附理论-表面分子和粘附体在其界面处的吸引力，即分子间力。

化学吸附理论-吸附理论的扩展，其中当化学键在界面上形成时发生粘附。

机械联锁-分子在表面/基板上的不规则周围联锁。

静电（电子）理论——电子从一个表面转移到另一个表面以形成不同的电荷，从而产生吸引力。

扩散理论-聚合物材料在界面处对链的相互渗透的粘附。注：没有单一的理论以一般和全面的方式解释粘附。一些理论适用于某些基材和应用，而其他理论则根据不同的情况而有所不同。

吸附理论

根据吸附理论，两种材料由于材料分子之间的吸引力而相互粘附。产生的表面力被称为二次力或范德华力。为了形成这些力，涂料分子必须与基材表面形成紧密的分子接触。此外，酸碱相互作用和氢键也可能有助于固有粘附力。

吸收理论

为了获得良好的吸附，重要的是在漆膜和被粘物之间建立连续的接触，以便范德华力或酸碱相互作用或两者发生。这可以通过称为“润湿”的现象来实现。

当接触角=0°或材料均匀分布在基材上形成薄层时，会发生完全的自发润湿。在以下情况下，润湿是有利的：

基材的表面张力（也称为临界表面能C）很高

润湿液的表面张力低

化学吸附理论

化学吸附理论基于化学键合机制，解释了初级化学键可以跨界面形成。化学键对固有粘附有很大的贡献。

附着力促进剂根据化学吸附理论起作用。粘合促进剂在一端被官能化以与基材反应，而在另一端与涂层反应。

化学吸附理论

机械联锁

根据附着力的机械理论，要正常发挥作用以达到最佳附着力，漆膜必须：

穿透表面的空腔

排出界面处的滞留空气

机械锁定在基板上

机械联锁

表面粗糙度有助于粘附的一种方法是增加油漆和被粘物之间的总接触面积。因此，机械理论通常教导表面粗糙化是有益的，因为它：

为基材提供“牙齿”（机械互锁），并且

增加附着力可以产生的总有效面积。

仅当涂层很好地润湿表面时，粗糙化才有效。

通过使用AES、SIMS和XPS的智能组合更好地表征表面，获取改善油墨、清漆和其他材料在金属基材上的附着力的线索。

静电（电子）理论

静电理论指出，静电力是在涂层-粘附体界面处形成的。静电力解释了分离阻力。该理论发现，当涂层从基材上剥离时会发生放电。

静电粘附被认为是生物细胞粘附和颗粒粘附的主要因素。

静电理论

扩散理论

扩散理论的基本概念提出粘附是通过涂层和被粘物中分子的相互扩散而发生的。扩散理论主要适用于涂层和被粘物都是具有可移动的相容长链分子的聚合物的情况。热塑性塑料的溶剂粘合或热焊接是分子扩散的结果。

扩散理论

注意：在一般粘合实践中，静电和扩散粘合理论通常不像其他理论那样被高度重视。但是，在某些应用中这些非常重要，有助于解释为什么会形成键。

涂料附着力失败

涂层附着力强，可防止表面损伤。一个值得注意的例子是在腐蚀保护中使用涂层。

然而，在长时间暴露于外部因素（如水、湿度和紫外线照射）后，涂层的附着力可能会受到不利影响。此外，表面涂层选择不当、涂层与表面不相容以及表面处理不充分都会导致涂层粘附失败。

涂层和基材之间的粘合失效的主要类型是：

粘附科学：StevenAbbott的原则与实践

虽然涂层和基材之间的附着力损失是可能的，但薄弱边界层内的内聚损伤也很常见。

弱边界层理论

根据弱边界层理论，弱边界层的内聚破裂是界面处结合失效的主要原因。

在大多数情况下，涂层缺陷是由薄弱边界层的内聚破坏引起的。弱边界层可能来自油漆、被粘物、环境或三者的组合。

如果杂质集中在粘合表面附近并形成对基材的弱附着，则漆膜或被粘物上可能会出现薄弱的边界层。

除了外部污染外，造成边界层薄弱的其他主要因素是：

金属表面的腐蚀或氧化层

低分子量成分，例如聚合物表面上的脱模剂和增塑剂

如何移除弱边界层

薄弱的边界层必须通过物理或化学方法去除，这样薄膜形成中就不会出现导致涂层过早粘附失效的薄弱环节。

当接触角=0°或材料均匀分布在基材上形成薄层时，会发生完全的自发润湿。当基材的表面张力（更广为人知的临界表面能C）高且润湿液的表面张力低时，润湿是有利的。

影响附着力的因素

有几个因素会导致漆膜/涂层与基材之间的附着力失效，如下所示。

当未从基材上完全去除的污垢阻止涂层与基材表面结合时，基材清洁效果不佳。

表面轮廓，例如不能很好地保持涂层的光滑表面。

基材上涂层的不适当润湿会影响表面粘合和适当的附着力。

不充分的交联或未固化的涂层/涂层的过度固化导致涂层与基材表面的附着力差。

外部环境因素，如水、湿度、紫外线照射等。

这些因素会导致一些表面缺陷，从而导致粘合失败。一些常见的表面缺陷是：

起泡—当涂层物体浸入水中时发生。水泡是出现在表面上的圆顶状缺陷。起泡是由涂层内或涂层下的水溶性材料、涂层的快速干燥或化学暴露引起的。

剥落—由于涂层的污染或不相容性而降低漆膜的粘合强度。

剥离—导致油漆与基材分离。

底切—涉及涂层下的腐蚀累积。

获得良好附着力的方法

以下因素对提高附着力至关重要：

表面润湿

表面处理

被粘接材料的结构

此外，各种添加剂会影响物理/机械性能，进而会改善或恶化此处列出的涂层附着力。

评估附着力的测试方法

有几种方法可用于确定涂层与基材的粘合程度——使涂层表现良好。在实施任何测试方法时，重要的是要考虑粘合失效是粘附性（涂层/基材界面处的失效）还是内聚性（涂膜或基材内的失效）。

用于测试油漆附着力的主要方法包括：

横切测试

刮擦测试

拉断测试

#1横切测试

ASTMD-通过胶带测试评定附着力的标准测试方法

这些测试方法涵盖了通过在薄膜上的切口上粘贴和去除压敏胶带来评估涂层薄膜对金属基材的附着力的程序。

该测试方法在内容上（但在技术上不等同）与ISO相似。

横切测试

#2刮擦测试

ASTMD-通过刮擦粘合有机涂层的标准测试方法

此测试方法确定有机涂层（例如油漆、清漆和清漆）在应用于光滑和平坦（平面）面板表面时的附着力。

待测材料以均匀的厚度施加到光滑的基材上。干燥后，通过将面板推到圆形触针或圆环下方来确定附着力，圆针或圆环以增加的量加载，直到涂层从基材表面去除。

#3拉断测试

ASTMD-使用便携式附着力测试仪测试涂层剥离强度的标准测试方法

该测试方法涵盖了评估涂层在金属、混凝土或木材等刚性基材上的剥离强度（通常称为附着力）的程序。

该方法通过从小车向表面施加拉伸应力（而不是在前两个测试中测量的剪切应力）来评估光滑表面上一个或多个涂层的附着力。负载缓慢增加，直到小车连同粘合剂层一起被移除。它相当于ISO标准。

拉断测试

油漆和涂料的附着力-知乎(zhihu.

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