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涂層的結合方式以及涂層附著力的影響因素

嘉峪檢測網        2025-07-22 16:01

01.涂層附著力的形成

漆膜與基材之間是可以通過(機械結合、物理吸附、氫鍵、化學鍵、互相擴散)等作用結合,這些作用所產生的黏附力,決定了附著力。

 

02.涂層的結合方式

2.1   機械結合力

首先任何基材的表面都不可能是光滑的,良好的粗糙度不但更加容易潤濕,還能夠形成物理錨栓。有的基材比如石墨和耐材,會有一定的凹陷或者空隙,調稀涂料進行滲透也可以形成物理錨栓保證附著力。

 

2.2   范德華力吸附作用

根據計算,當兩個理想平面距離為10A 時,由范德華力的作用,它們之間的吸引力便可達 103-104N/cm2,距離為3-4A 時可達 104-105N/cm2,這個數值遠遠超過了目前最好的結構膠所能達到的強度,但是這個只是理想情況,即使經過精密拋光,兩個平面之間的接觸還不到總面積的百分之一,當然液體涂層會好一些,前提是涂層在固化之前完全潤濕,但是也會比理論值低得多,主要是因為涂層在固化過程中會出現各種缺陷。附著力并不是各種作用力的總和,而是取決于局部最弱部位的力。

如果涂層僅通過范德華力結合,其僅僅是物理吸附作用,這種作用很容易被空氣中的水汽所取代。因此涂層僅靠物理吸附作用結合的話,其強度是不夠的。

 

2.3   化學鍵和氫鍵結合

當聚合物上帶有氨基、羥基和羧基時,這些基團容易和基材表面的氧原子或者氫氧基團形成氫鍵,附著力也會強一些。

樹脂上的活性基團也可以和金屬發生反應形成化學鍵,如酚醛樹脂便可在較高溫度下與鋁、不銹鋼等發生化學作用,環氧樹脂也可和鋁表面發生一定的化學作用,化學鍵的結合對于附著力有著重要的意義。偶聯劑(表面改性劑)的應用就可以說明這一點,涂層中添加偶聯劑,就會要求一端基團與涂料反應,另一端基團與基材反應。例如,最常用的硅烷偶聯劑,X3Si(CH2)nY,X是可水解成羥基的基團,能與無機表面發生化學反應,Y是能夠與涂料發生化學反應的官能團。

 

2.4   擴散作用

比如當油性高分子涂料涂到同為高分子的基材上時,涂料中的分子會和基材上的分子相互擴散,也是互溶的過程,最終界面會消失。高分子互溶需要一定條件,比如溶解度相近,有一定的自由體積,還有動力學的可能性。提高溫度也可以促進擴散。

 

2.5   靜電作用

當金屬和有機涂層接觸時,金屬對電子親和力低,容易失去電子,而有機漆膜對電子親和力高,容易得到電子,故電子可從金屬移向漆膜,使界面產生接觸電勢,并形成雙電層產生靜電引力。

 

03.影響涂層附著力的因素

3.1   涂料黏度的影響

涂料黏度較低時,表面張力會較小,容易鋪展,也容易流入基材的凹處和孔隙中形成機械錨栓。

一般烘干漆具有比氣干漆更好的附著力,原因之一便是在高溫下,涂料黏度很低。

 

3.2   基材表面的潤濕情況

通常純金屬表面都具有較高的表面張力,而涂料一般表面張力都較低,但是現實中金屬表面會有氧化物形成,也可能吸附有機物等低表面張力物體。就會影響潤濕情況,因此基材處理我們會強調除油除銹,除氧化皮。

 

3.3  表面粗糙度

提高表面粗糙度可以增加機械結合力,另一方面也有利于表面的潤濕。

 

3.4   內應力影響

漆膜的內應力與附著力以及漆膜強度之間是互相抗衡的,如果內應力過大,漆膜就可能損壞或從基材脫落。

 

涂層中的內應力有兩個來源:

(1)涂層在固化過程中由于體積收縮產生的應力;

(2)涂料和基材的熱膨脹系數不同,在溫變時產生的熱應力。

 

溶劑揮發、化學反應都會引起體積收縮。其中由于反應中會溢出小分子,所以縮聚反應收縮最嚴重。加成反應中兩個雙鍵由范德華力結合變成共價鍵結合,原子距離大大縮短,所以體積收縮率也較大,收縮可達10%。環氧樹脂固化過程中收縮率較小,這是環氧涂料具有較好的附著力的重要原因。

 

當漆膜和基材的熱膨脹系數不同時,溫變時產生的應力正比于溫度的變化,因此如果熱應力嚴重時,固化溫度不宜太高。

 

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來源:Internet

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