玻璃钢涂层的附着力及其影响因素研究 涂层附着力与什么有关
玻璃钢／涂层的附着力及其影响因素研究
张寒露曹京宜
海军装备技术研究所 北京４８１信箱１０２４４２
摘要： 本文研究了影响玻璃钢／涂层附着力的影响因素，包括表面预处理方法，涂层种类等。研究表明：玻璃钢／涂层附着力与涂层中主要官能团的极性有关。
关键词：附着力；玻璃钢；影响因素
Ｐｕｌｌ－ｏｆｆ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ ＡｄｈｅｓＨｉａｏｎｎ－ ｌａｕｎ ｄＺ ＨＩＡｎＮｆＧｌｕｅｎｃｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ ｏｆ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｆｉｌｍ／ＦＲＰ Ｊｉｎｇ－ｙｉ Ｃａｏ
Ｎａｖｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｈｉｎａ． １４８１ ｍａｉｌ ｂｏｘ Ｂｅｉｊｉｎｇ， １０２４４２ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｆｆｅｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｐｕｌｌ－ｏｆｆ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ａｄｈｅｓｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ Ｆｉｌｍ／ＦＲＰ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｙ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｌｅａｄｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｐｕｌｌ－ｏｆｆ ａｄｈｅｓｉｏｎ； ＦＲＰ； ｅｆｆｅｃｔ ｆａｃｔｏｒ
２０１２全国石油和石化行业腐蚀控制与高新涂料及涂装技术应用交流研讨会论文集
打磨方式
平均值（１０次试验）６０９８６．２２４０＃７１．３７６００＃８２．８６露纤维布６２．４２
以异丙醇为探测液体，结果显示以上四种样品的接触角皆为Ｏ。。根据ＯＷＲＫ测试法，计算固体表面自由能ＹＳ结果如表３．２所示。
表３．２玻璃钢不同打磨方式下的表面能ＳＥ（ｍＮ／ｍ）
打磨方式
表面能ＳＥ６０＃２４．１３２４０＃３１．５３６００＃２５．２２露纤维布３８．８０
由于基体的接触角越小，表面能越大，涂层在基体的附着力越高。因此，从该理论上讲涂层与基体的附着力大小顺序应该是露纤维布的基体与涂层附着力最高，基体用２４０＃砂纸、６００＃砂纸、６０＃砂纸打磨的涂层附着力依次减小，其中用６００＃砂纸、６０＃砂纸打磨的涂层附着力应该相差不多。
３．２拉开法测试
３．２．１不同打磨等级
采用６０＃干砂纸、２４０＃水砂纸、６００＃水砂纸打磨后的以及露出玻璃纤维布的样品，在用酒精丙酮处理后涂刷环氧漆，２５天后进行拉开法测试。其结果如表３．３所示。
表３．３拉开法测定玻璃钢在不同打磨等级下涂层附着力／ＭＰａ
打磨方式
平均值６０９２．２２２４０＃２．５６６００＃２．１４露纤维布２．７４
从表３．３中可以看出露玻璃纤维布的玻璃钢基体刷漆后具有最高的涂层附着力，平均值达到了２．７４ＭＰａ，而基体在用２４０＃砂纸打磨后涂层的附着力比其他砂纸打磨后的涂层附着力要好，平均值达到了２．５６ＭＰａ，随后基体用６０＃和６００＃砂纸打磨的涂层附着力依次降低，只有２．２２ＭＰａ和２．１４ＭＰａ，这两种砂纸打磨的涂层附着力比较接近。这些结果与测试基体接触角和表面能时所得出的结论恰好吻合。
从涂层与基体的机械结合理论上讲，表面的粗糙程度影响涂层和底材的界面面积。因为去除涂层所需的力与几何面积有关，而使涂层附着于底材上的力与实际的界面接触面积有关。因此，本实验中表面最粗糙的露纤维布基体的涂层显示出了最高的附着力，而基体用较粗的２４０＃砂纸和６０＃砂纸打磨的涂层附着力比６００＃砂纸的要高。
表面粗糙度较大意味着涂层与基体可以在界面形成较深的界面扩散和更强的机械互锁，从而提高附着力，但实验中用６０＃砂纸打磨即表面更粗糙的基体的涂层附着力比２４０＃砂纸打磨的基体的涂层附着力要低，结合接触角测试结果分析，产生上述结果可能是因为对于涂料不能在试件表面形成良好润湿，不能与样品表面粗糙形态形成良好啮合的情况下，试件表面粗糙度的增加则意味着界面形成空洞的增加，因而使涂层总体的附着力－卜．降憎¨。
３．２．２不同种类涂层
样品涂刷环氧漆、聚氨酯漆、乙烯基漆、聚硅氧烷和氟碳树脂漆等五种类型漆，一部分刷漆２５天后进行拉开法测试，～部分样品在４０℃盐水中浸泡１个月后进行拉开法测试，其测试结果如表３．４所示。
表３．４玻璃钢涂刷五类漆后涂层附着力／ＭＰａ
涂层种类
浸泡前
浸泡后环氧漆２．５６１．４０聚氨酯漆３．３０２．２６乙烯基漆１．９５１．２７聚硅氧烷３．１０２．３１氟碳树脂漆６．３８２．２７
表３．４为玻璃钢涂刷五类漆后涂层附着力比较。从表３．４中可以看出氟碳树脂漆与玻璃钢基体具有最高的附着力６．３８ＭＰａ，Ｉｎｔｅｒ８７０白色聚氨酯漆与低表面能防污漆的附着力也较高，具有３．３０ＭＰａ和３．ＩＯＭＰａ。ＥＰ５０３玻璃钢环氧漆与乙烯基漆的附着力相对较差，其中ＥＰ５０３玻璃钢环氧漆的附着力达到２．５６ＭＰａ，而乙烯基漆的附着力只有１．９５ＭＰａ。五种漆在４０℃盐水中浸泡１个月后，涂层附着力逐渐降低，其中氟碳树脂漆的涂层附着力发生较大的下降，而其他漆的涂层附着力随着７
２０１２全国石油和石化行业腐蚀控制与高新涂料及涂装技术应用交流研讨会论文集
浸泡时间的延长下降较小，聚氨酯漆和聚硅氧烷漆在浸泡后依然保持着相对较高的涂层附着力。
由上述结果分析，由于玻璃钢表面具有羟基和羧基等极性官能团，故涂层中要具有极性官能团与玻璃钢表面的极性官能团产生化学结合作用才能与玻璃钢产生良好的结合力。且引入极性基团可以提高基体的表面张力，进而增强了涂层的附着力瞄…。
乙烯基漆中的碳碳双键的极性很弱，故无法和玻璃钢表面的极性官能团产生良好的化学结合作用，因而产生较差的附着力∞…。氟碳树脂漆中主要成分四氯乙烯中具有较多的卤键，从而使分子极性大大增强，因而显示出了较大的附着力旧引。聚氨酯漆中的氨酯键、低表面能防污漆中的环氧键＋硅氧键也具有不同的极性，实验结果也显示出了不同的涂层附着力。可见，玻璃钢／涂层体系的附着力与涂层分子的极性具有一定的关系。
３．３浸泡前后截面形貌分析
采用扫描电镜观察环氧漆及氟碳树脂漆与玻璃钢基体表面在浸泡实验中前后结合截面的形貌如图所示。
（Ａ）５００倍（Ｂ）５００倍
图１未浸泡时环氧漆与基体结合截面ＳＥＭ照片：
（Ａ）漆与基体环氧树脂结合（Ｂ）漆与基体玻璃纤维结合
涂层
基体
环氧树脂）
（Ａ）１０００倍＼Ｂ／５ＵｕＵｆ占
图２浸泡后环氧漆与基体环氧树脂结合截面ＳＥＭ照片
“）５００倍（Ｂ）５００倍
图３未浸泡时氟碳树脂漆与基体结合截面ＳＥＭ照片：
（Ａ）８
◆＿
（Ａ）２０００倍２０１２全国石油和石化行业腐蚀控制与高新涂料及涂装技术应用交流研讨会论文集（Ｂ）漆与基体环氧树脂结合（Ｂ）漆与基体玻璃纤维结合环氧树脂基体玻璃纤维）（Ｂ）Ｂ２０００倍
图４浸泡后氟碳树脂漆与基体结合截面ＳＥＭ照片：
（Ａ）漆与基体环氧树脂结合（Ｂ）漆与基体玻璃纤维结合
图ｌ为未浸泡时环氧漆与基体结合截面ＳＥＭ照片，图３为未浸泡时氟碳树脂漆与基体结合截面ＳＥＭ照片，涂层与基体的环氧树脂结合时，两部分结合较为紧密，而当涂层与基体的玻璃纤维结合时，在纤维断裂处涂层无法与基体接触结合从而产生了一定的缝隙，这些缝隙则会使涂层附着力有所下降。
从图２中看到，内部产生了一些细而窄的裂纹，这些裂纹会导致涂层内部间的结合强度发生一定的下降，这也解释了在浸泡后的拉开法测试中基体只有８０％左右露出，其余部分留下一层很薄的涂层，这一部分则发生了涂层内部的断裂。从图４中可以看出氟碳树脂漆在浸泡后涂层内部没有发现明显的裂纹，这说明了氟碳树脂漆内部结合力相对环氧漆的较好；图中涂层与基体之间也保持着较好的结合，说明氟碳树脂漆在浸泡后附着力发生较为明显的下降并非是由于涂层与基体间发生剥离，使机械结合力下降所致。
４结论
本文主要研究了玻璃钢表面预处理、涂层种类和刷漆后玻璃钢在３．５％ＮａＣＩ溶液中浸泡的浸泡温度和浸泡时间对涂层附着力的影响，研究结论主要如下：
（１）露出玻璃纤维布的玻璃钢与涂层的结合力较强，但抗刮伤能力较差；玻璃钢表面润湿性不好时，表面越粗糙，涂层与基体间形成空洞，涂层附着力越差。
（２）涂层附着力与涂层中主要官能团的极性有关。含有极性较弱的碳碳双键基团的乙烯基漆的附着力很差，而含有极性很强的多卤素键的氟碳树脂漆则表现出了很强的涂层附着力。
（３）环氧漆、乙烯基漆、聚氨酯漆、聚硅氧烷漆、氟碳树脂漆在４０℃３．５％ＮａＣｌ溶液中浸泡１个月后，涂层附着力均发生下降：氟碳树脂漆受浸泡后附着力发生了较为明显的下降，而聚氨酯漆和低表面能防污漆依然保持相对较高的附着力；环氧漆在浸泡后涂层内部产生了一些细而长的裂纹，导致涂层内部结合力变差，易发生涂层内部断裂。