涂料附着力基本原理分析87484.doc

.涂料附着力基本原理分析 2008-08-20 15:31:46| 分类： 涂料相关 | 标签： |字号大中小 订阅 . 涂料附着力基本原理分析 附着力理论和机理 当两物体被放在一起达到紧密的界面分子接触,以至生成新的界面层,就生成了附着 力。附着力是一种复杂的现象,涉及到“界面”的物理效应和化学反应。因为通常每一可观察到的表面都与好几层物理或化学吸附的分子有关,真实的界面数目并不确切知道,问题是在两表面的何处划界及附着真正发生在哪里。 当涂料施工于底材上,并在干燥和固化的过程中附着力就生成了。这些力的大小取 决于表面和粘结料(树脂、聚合物、基料)的性质。广义上这些力可分为二类:主价力 和次价力(表1)。化学键即为主价力,具有比次价力高得多的附着力,次价力基于以氢键为代表的弱得多的物理作用力。这些作用力在具有极性基团(如羧基)的底材上更 常见,而在非极性表面如聚乙烯上则较少。 表1:键的强度和键能强度/类型/能量(千卡/摩尔)/实例 共价键 主价力 15～170 绝大多数有机物 氢键 次价力 12 水 色散力 次价力 10 绝大多数分子 偶极力 次价力 5 极性有机物 诱导力 次价力 0.5 非极性有机物 涂料附着的确切机理人们尚未完全了解。不过,使两个物体连接到一起的力可能由 于底材和涂料通过涂料扩散生成机械连接、静电吸引或化学键合。根据底材表面和 所用涂料的物理化学性质的不同,附着可采取上述机理的一种或几种。一些提出的理论讨论如下。 1.机械连接理论 这种涂层作用机制适用于当涂料施工于含有孔、洞、裂隙或空穴的底材上时,涂料能 够渗透进去。在这种情况下,涂料的作用很象木材拼合时的钉子,起机械锚定作用。 当底材有凹槽并填满固化的涂料时,由于机械作用,去掉涂层更加困难,这与把两块榫结的木块拼在一起类似。对各种表面的仪器分析和绘图(外形图)表明,涂料确实可渗 透到复杂“隧道”形状的凹槽或裂纹中,在固化硬化时,可提供机械附着。各种涂料 对老的或已风化的涂层的附着,以及对喷砂底材的附着就属于这种机理。磷酸锌或铁与涂料具有较大的接触面积,因而能提高附着和耐蚀性。图2展示了假定的底材表面 形状和涂料的渗透。 表面的粗糙程度影响涂料和底材的界面面积。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。随着表面积增大,去除 涂层的困难增加,这通常可通过机械打磨方法提供粗糙表面来实现。截面的几何面积和实际的界面面积的比较见图3。实际的界面接触面积一般比几何面积大好几倍。通 过喷砂使表面积增加,结果附着力增加,见图4。显然由于其他许多因素的影响,附着 并不按相同比例增加,不过通常可见到显着的增加。 只有当涂料完全渗透到不规则表面处,提高表面粗糙度才有利,若不能完全渗入,则 涂料与表面的接触会比相应的几何面积还小,并且在涂料和底材间留有空隙,空隙中 驻留的气泡会导致水汽的聚积,最终导致附着力的损失。 经常通过对已固化的涂层进行磨砂处理,可改进层间附着力(特别是在汽车涂料中), 特别是在底色漆/清漆体系中,要求清漆平滑、光亮且表面能低,因此第二层清漆的附 着有一定的困难。这一问题当涂料在比原定温度高得多的温度下固化或烘烤时间延长时变得更为严重,这两种情况下,对该表面进行轻度打磨表明,附着力可显着提高。 虽然表面粗糙化能提高附着力,但必须注意避免深而尖的形状,由于粗糙化生成的尖 峰会导致透影(看到底材),在某些情况下并不希望这样;而且,深而尖的隆起会形成不均一的涂层,从而生成应力集中点,附着力降低,从而耐久性下降。 只要涂膜稍具流动性,涂膜收缩,厚度不均匀以及三维尺寸的变化就很少会生成不可 释放应力,但随着粘度和涂层刚性的增加以及对底材的附着力逐渐形成会生成大量的应 力,并残留于干漆膜中。显然在固定施工参数(湿膜和干膜厚度)时,凸起部分的涂层厚度比凹陷处小,导致物理性质不同。这种不均一涂层具有很高的内部应力,在投入 应用时,会进一步受到修补漆溶剂的侵蚀或老化的影响,偶而会超过涂膜的应力承受 能力,导致裂纹、剥落或其他涂膜完整性的降低。 电镀金属对聚乙烯和ABS塑料的附着力证明是来源于机械连接。金属电镀工艺包括 首先对塑料表面处理,生成大量的机械凹陷,有利于机械连结,然后用氯化亚锡溶液活 化,并在Pd2+溶液中使Pd沉积,不通电沉积镍,然后电镀所需金属,如铬。只有当塑料处理后生成连接凹陷时,电镀金属对塑料的附着力才强。不同预处理金属不仅改变表面 的化学组成,而且会生成表面连接点,机械连结对这类表面起着即使不是最关键,也是相当大的