涂料质量检测方法--耐腐蚀试验
腐蚀主要包括天然介质引起的腐蚀和工业介质引起的腐蚀,天然介质包括空气、水、土壤等,它引起的锈蚀是普遍存在的,工业介质是在工业生产过程中产生的,例如酸、碱、盐以及各种有机物等,引起腐蚀更为严重。同时介质腐蚀的对象也各不相同,除钢铁和金属外,还有塑料、橡胶、木材、混凝土、皮革、纸张等的腐蚀。
涂层起着保护被涂物的作用,经常曝晒在各种腐蚀环境中,受到来自天然和人工的腐蚀介质的浸蚀。涂层的耐腐蚀性能主要由涂料的结构组成决定,同时与涂层厚度、配套体系、施工管理质量也有很大关系。由于引起的腐蚀条件千变万化,各种被涂物的材质和使用范围不同,这就造成了对涂层耐腐蚀性评价的困难,在研究、生产涂料时,耐腐蚀性是zui复杂的课题之一.
评价涂层耐腐蚀性的方法主要有以下几种:
①实物观察将涂料涂在被涂物整体或局部上,在实际使用过程中长期观察涂层破坏过程和被涂物腐蚀情况,以确定涂料的耐腐蚀性能,但该方法牵涉面大,时间很大,较难实现,
②挂片模拟试验将涂料制成样板代替实物模拟试验,该方法比较客观,但试验周期仍很长,如日本JIS规格规定试验防锈性能时间长达2年。有些重防腐蚀涂装体系的挂片试验长达8年以上。
③实验室模拟加速试验包括盐雾试验、湿热试验、耐水性试验、耐二氧化硫试验等,是目前zui常用的方法,试验周期短,效率高,但只能得到相对的、有局限性的结论,它只是对同类型的涂料产品具有可比性,而不能用于不同体系涂料的评价,由于实际环境中的腐蚀是多种因素综合作用的结果,因此模拟试验结果有时与实际情况有一定差距。用这种方法作为控制产品的质量是可行的,但同时还需要用几种试验进行比较,以其综合性能评定涂层耐腐蚀性能的好坏。现在国际、国内仍在不断地研究更为准确的模拟试验方法。
盐雾试验
盐雾试验是目前检验涂层耐腐蚀性能的常用方法,主要有中性盐雾试验、醋酸盐雾试验和铜加速醋酸盐雾试验(CASS试验)。其中中性盐雾试验在涂料耐盐雾试验中应用zui为普遍,国内依据的标准主要有GB/T1771-91(等效采用国际标准IS07253-1984)、ASTMB117-1973(1979)以及相应的日本、徳国、法国标准等。
醋酸盐雾试验的腐蚀速度比中性盐雾试验要快,这样可缩短试验周期。两者比较见表21-25所示。中性盐雾试验可作为色漆或涂料体系质量、电泳漆膜的检测手段。
GB/T1771-91«色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定»规定的盐雾试验方法如下。
(l)设备
试验设备为盐雾试验箱,主要由喷漆室、洁净压缩空气供给器和试验溶液储罐组成。喷雾室中含有恒温控制元件、喷嘴、盐雾收集器、试验溶液储槽等。（相关仪器：空气压缩机）
盐雾箱的体积通常大于0.4m3,喷雾压力保持在70~170kPa。盐雾箱的结构必须保证:
①积聚在顶棚或箱盖上的液滴不会滴落到进行试验的样板上;
②样板上滴下的液滴不应再返回溶液储槽重新雾化;③结构的材质不影响盐雾的腐蚀性。值得注意的是,雾化喷嘴可能存在一个临界压力,在该压力下盐雾的腐蚀性会出现反常性增加,例如空气压力在3.4kPa范围内周期性波动,导致以平均压力为110kPa进行操作的喷嘴雾化的盐雾腐蚀性成倍增加。为避免出现该现象,将喷雾压力的波动范围控制在士0·7kPa,可将喷嘴在“临界压力”下操作的可能性减少到zui低限度。
(2)试验用溶液
中性盐雾试验的氯化钠溶液配制方法为(50士10)g/L[IS0标准为(50士5)g/L]化学纯氯化钠的蒸馏水或去离子水溶液,25℃时pH值为6.5~7.2。超出此范围时,可用分析纯盐酸或NAOH溶液调整,在室温下若使用含有饱和二氧化碳的水制备的盐溶液,在盐雾试验中由于喷雾温度为35℃,有部分二氧化碳受热逸出,pH值会有所升高。解决方法可在配制盐水时将pH值略调低,或将蒸馏水加热到35°C以上或者煮沸,再冷却到室温后配制氯化钠溶液,这样的溶液在35℃喷雾时pH值就不会有太大的变化。试验溶液注入设备储罐前应过滤,以防止固体物质堵塞喷嘴。
(3)样板制备
试验样板通常使用要求的磨光钢板,其尺寸为100mmx150mm,如不要求划痕,也可使用70mnX150mm的样板(IS0规定为100mmx150mm)。应按GB/T1765-79的规定制备试板,用测厚仪或千分尺测定厚度（相关仪器：测厚仪）,除另有规定,应在温度(23士2)℃和相对湿度(50±5)%,具有空气循环、不受阳光直接曝晒的条件下静置至少16h以上,然后尽快投入试验。试样的背面和周边用被试产品或涂层体系涂覆,或者用比被试产品更耐腐蚀的产品涂覆。如果试片需划痕,用单刃切割器划透涂层至底材,并使划痕离试板的任一边缘大于20mm,,(4)试样盐雾试验
试样在盐雾箱中的位置应满足下列条件。
①每块试板的被测试面朝上,与垂直方向成15°~30°支撑或悬挂,并与通过盐雾箱的水平盐雾流的方向平行。
②样板彼此之间不能接触,也不能与箱体接触。
③每一试验样板的摆放方式应能保证盐雾自由地沉落到所有样板上,且凝结在一块样板上的盐溶液不能滴落到其他样板上,,喷雾室内的温度为(35土2)°C,雾化暴露区至少要放两个干净的盐雾收集器,一个置于靠近喷雾的入口,一个置于远离喷雾人口处,其位置要求收集的只是盐雾,而不是从试样或室内其他部件上滴下的液体,每个收集器的面积为80m2,经24h后,开始计算每个收集器的溶液,每80m2的面积,应收集浓度为(50±10)g/L、pH值6.5~7.2的盐溶液1~2mL/h。
4)试样盐雾试验
试样在盐雾箱中的位置应满足下列条件 。
①每块试板的被测试面朝上, 与垂直方向成15°~30°支撑或悬挂, 并与通过盐雾箱的水平盐雾流的方向平行。
②样板彼此之间不能接触, 也不能与箱体接触。
③每一试验样板的摆放方式应能保证盐雾自由地沉落到所有样板上, 且凝结在一块样板上的盐溶液不能滴落到其他样板上,,喷雾室内的温度为 (35土2) °C, 雾化暴露区至少要放两个干净的盐雾收集器, 一个置于靠近喷雾的入口, 一个置于远离喷雾人口处, 其位置要求收集的只是盐雾, 而不是从试样或室内其他部件上滴下的液体, 每个收集器的面积为80m2,经24h后,开始计算每个收集器的溶液,每80m2的面积,应收集浓度为(50±10)g/L、 pH值6. 5~7.2的盐溶液1~2mL/h。
(5)试板的检查
试板应周期性地进行目测检査,但不允许破坏试样表面,在任一个以24h为周期的检査时间不应超过60min,试板不允许呈干燥状态。
在规定的试验周期结束时,从箱中取出试板,用清洁水冲洗试板以除去表面上残留的试验溶液,立即检査试板表面破坏现象,如起泡、生锈、附着力降低、由划痕处腐蚀的蔓延等。
湿热试验
湿热试验也是检验涂层耐腐蚀性能的一种方法,主要试验过程为饱和水素气对涂层的破坏。一般与盐雾试验同时进行。饱和水蒸气对涂层的破坏作用主要如下。①水对涂膜的渗透作用。水分子透过漆膜的一层或多层,在漆膜与漆膜之间积累,引起zui初的起泡,随后再向深一步发展,到达漆膜与底材之间,引起起泡,同时水与金属接触引起电化学腐蚀。②漆膜由于本身含有一些亲水基团,以及有些颜填料有吸水倾向,因而漆膜本身也吸收一些水分,使漆膜发软、膨胀、降低结合力,从而产生起泡。
一般相对湿度较低时,涂层附着力变化不明显,但随着相对湿度增加到≥90%时,涂层附着力就会显著下降。温度越高,相对湿度越大,则漆膜破坏速度越快。湿热试验中温度的增加对试验结构的影响要大于湿度的增加,这是因为高温使水分子能量加大,渗透力增强,同时使涂层内高分子链的热运动增加了,分子间作用力减弱,导致分子链间空隙加大,有利于水分子渗透。所以温度越高,腐蚀速度越快,试验周期越短,但过高的温度有时会使试验失真,因变化太快而不能区别样板的好坏。进行湿热试验的条件见表21-26所示。
试验所用设备是调温调湿箱。它分别有加温和加湿两套系统,通过箱体内干温度计和湿温度计温度之差,分别控制加热和加湿,达到所需的相对湿度,目前推荐的湿热试验方法有多种:高温高湿短周期、温湿度交变的试验周期和恒温恒湿的试验周期等,,从实际试验情况看,过高的温度虽然周期短、破坏快,但在某些情况下会因变化太快而不能很好地区别样板的优、劣,甚至会歪曲试验的真相。温湿度交变的试验周期,由于有低温高湿阶段,使水汽在漆膜表面凝露,有利于水分渗透到漆膜内部,加速对漆膜的破坏,但过多的凝露,会在漆膜上形成一层水膜,造成漆膜中的可溶性物质过多地溶出,与实际湿热情况不符,,我国目前的湿热试验标准GB/T1740-79采用的是恒温恒湿试验周期法,温度为(47士1)℃,相对湿度(96士2)%,美国ASTMD2247也是采用同样方法,其温度为(38士1)℃、相对湿度为100%,样板上始终有凝水。国外也有一些标准采用高温度短周期和温湿度交变试验周期,,恒温恒湿试验方法按相应的标准,如GB/T1765-79或ASTMD609制备试片,记录样板的原始状态。将样板垂直悬挂于样板架上,样板正面不相接触。放人预先调到温度为(47士1)℃、相对湿度(96士2)%的调温调湿箱中。当升到规定的温度、湿度时,开始计算试验时间。试验中样板表面不应出现凝露。连续试验48h检査一次。两次检査后,每隔72h检査一次。每次检査后,样板应变换位置,按产品标准规定的时间进行zui后一次检査,无产品标准的检査时间可根据具体情况确定,,样板的检查和评级主要是观察涂层有无起泡、生锈和脱落,依其损坏程度进行评级。
耐水试验
涂层耐水性的好坏与成膜树脂的所含极性基团、颜填料、助剂等的水溶性有关,也受被涂物表面处理方式、程度和涂层干燥条件等因素影响。
目前常用的耐水性测定方法有:常温浸水试验法[GB/T1733-93,水温为(23士2)°C;ASTMD870-1973,水温为(37.8土1)℃],浸沸水试验法(GB/T1733-93),加速耐水试验法(GB/T5209-85,IS01521-1973)等。
(1)常温浸水试验
在玻璃水槽中加入蒸馏水或去离子水,调节水温至规定温度,并在整个试验过程中保持该温度,将三块试板放入其中,每块试板2/3浸泡于水中至规定时间取出,用滤纸吸干,检査有无失色、变色、起泡、起皱、脱落、生锈等现象和恢复时问,三块试板中至少应有两块试板符合产品标准规定则为合格,
(2)耐沸水试验
在玻璃水槽中加入蒸馏水或去离子水,保持水处于沸腾状态,将三块试板放人其中,每块试板2/3浸泡于水中至规定时间取出,依前方法检查和评定试板。
(3)加速耐水试验
GB/T5209-85(参照国际标准IS01521-1973)制定的色漆和清漆耐水性的测定一浸水法,是在适宜大小(合适尺寸为700mmX400mmX400mm)、配有盖子和恒温加热系统的水槽中进行,糟中加入电导率小于2µS/cm的蒸馏水或去离子水,水的搅拌系统采用无油压缩空气或泵循环搅拌,各点水温恒定在(40±1)℃,将尺寸150mmx700mmx(0.5~1.2)mm、背面和边缘进行适当保护的试板放入槽中,保持样板3/4浸泡于水中,然后开始槽内水的循环或通气。调节水温为(40士1)℃并在整个试验过程中保持该温度。定期取样检査并调整槽中水的电导率,使其不大于2µS/cm。
在规定的试验周期结束时,将试板从槽中取出,用滤纸.吸干水迹即可检査破坏情况。在检査涂层试验后附着力降低、变脆、变色、失光、锈污等指标时,应将试板移入恒温室内[温度(25士1)℃,相对湿度60%~70%],放置24h后检查,用非腐蚀性脱漆剂仔细地在试板表面上除去一条150mmX30mm的涂层,暴露出底材并检査出来的金属腐蚀现象,为了便于参照,暴露部分应用适宜的透明涂料进行保护。
耐潮湿二氧化硫腐蚀试验
（1）概述
处于化工环境中的有机涂层常受到二氧化硫等·化工气体的腐蚀,导致涂层过早失效。国际标准组织制定了IS03231«色漆和清漆耐潮湿二氧化硫性能的测定»,英、法等国也制定了相应的标准。
IS03231规定了色漆、清漆和有关产品的耐潮湿二氧化硫性能的测定方法和设备,该方法允许采用不同量的二氧化硫,对于厚度≤40µm的涂层,用0.2L二氧化硫。
在进行涂层耐二氧化硫试验前,试验各方应根据国家标准、文件或经协商确定下列内容:
①底板的材料和表面处理;②涂料在底材上的施工工艺;
③涂层体系、层数、厚度;
④试验前涂漆样板的干燥条件和时间;
⑤试验条件和时间,包括所用的二氧化硫(≤0.2L、1L或其他数量);
⑥评定涂层耐腐蚀性的检验方法以及要考虑的因素。
(2)设备
一般使用容积为(300士10)L,门能严密封闭,并装配有温度调节装置、加热装置、样品支架、气体导入管等部件的气密箱,典型的二氧化硫试验箱见图21-44和图21-45所示,
箱体由情性材料制成,箱底和箱壁下部耐热,至少能容纳2.5L溶有二氧化硫的水且不泄漏。试验箱的形状可以有某些变化,但须避免箱盖上的潮气凝露滴落到箱内试板上,使箱顶与水平面大约成12°倾角,即可达到要求。
温度调节装置包括安装在试验箱上部的温度传感器以及一根能从试验箱外读数的温度计,温度计的水银球离箱顶和箱门150mm,距zui近箱壁的距离为250mm。
加热装置应能使试验箱内温度在1.5h内升到(40士3)℃,并维持此温度。
气体导入管位于箱底上方约50mm处,气体经导入管进入试验箱内,在试验箱顶部或顶部附近有一减压阀,当箱内气体超压时经此阀排出。此外,在试验箱底部有一个排水龙头。瓶装液态二氧化硫是一种常用的气源,也可用亚硫酸钠加硫酸反应,在箱外发生二氧化.硫气,并配有适当的调节仪和测量仪器(如流量计),用来测量输人试验箱内的气体量。
样板支架可用涂料涂覆或情性材料制成。支架应有足够的尺寸容纳总表面积为0.5m2的试板,
(3)制备试样
依相应的标准,试验涂料产品的典型样品,底板通常为150mmX100mmX1.2mm的磨光钢板,进行预处理后,按规定工艺涂覆试样、干燥或固化,并测定涂层厚度。
(4)试验步骤
①试验设备安装在环境洁净、(23士2)℃、相对湿度(50士5)%的室内,避免阳光直射和强气流干扰,
②往槽中加(2土0.2)L蒸馏水,在以后每次加热时,前面的水应先排出,并重新加水。③在引入规定量的二氧化硫后,并启加热装置并在约1.5h内将空气温度升至(40士3)°C,维持该温度至整个周期共8h结束为止。之后停止加热,将门敞开或将單升至试板上边。再过16h将试板从箱内拿出进行检查。将试板再放入箱内,更换水后重复规定的试验周期数。通常试验周期是不间断进行,但若出现中断,如节假日,应在记录中注明。
④应该注意的是每一个试验周期应引入相同的二氧化硫,并保持箱中样板的面积基本一致。做对比试验时,箱中样板的总面积应相同;在有争议或进行关键试验时,样板的总面积为(0.5士0.1)m2。
(5)zui后检验
在规定的试验周期数结束时,将试板从箱中取出,用吸水纸将试板擦干并立即检査是否有起泡或其他破坏迹象。将试板在室温中敞开放置24h后,再一次检查试板的附着力、锈点、变色、脆性或其他规定特征。如需检査底板有无腐蚀现象,可按规定除去涂层后检査。试验完毕,依相应标准和试验结果写出试验报告。
