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涂层的热膨胀系数与附着力 发表时间:(2007年8月20日15:44) | 作者:ym | 所属栏目:技术动态 | 来自:《上海涂料》 ??? [中国涂料信息网据《上海涂料》报道]摘要：探讨了涂层的热膨胀系数与涂层附着力的关系，指出涂层热膨胀系数对其附着力的影响很小， 不是涂层开裂剥落的主要原因。 ??? 关键词：热膨胀温度系数；附着力；分子挠曲性；弹性；收缩应力 ??? 0 前言 ??? 网站技术交流信息不少谈及涂层与热膨胀系 数的关系，大部分内容为金属或陶瓷材料热喷涂层 的热膨胀温度系数与基材的附着力方面的研究和讨论，也有关于乙烯基酯玻璃纤维、鳞片增强材料的讨论。认为当材料厚度达到某临界点，温度变化所产生的应力大于对基层的粘结强度是引起涂层起壳脱落的原因。 ??? 当防护层失去对化学腐蚀介质、氧和水分的屏蔽作用时，其对基层的防护作用即宣告终结。一般有机高分子薄涂层材料的开裂、剥落是施工表面处理不到位，涂装面的水分、灰尘或污染物对涂层结 合的隔离所致。涂层失去防护作用是一个缓慢过 程：由于腐蚀介质或水和氧渗透至基层并对基层材料产生腐蚀破坏，导致涂层起泡、开裂或基层锈蚀体积膨胀造成涂层开裂剥落 ??? 网上信息介绍环氧煤沥青产品热膨胀系数小，不至于因温度升高而产生龟裂。这种把龟裂现象归结为由于材料膨胀系数所致，理论上是片面的，就好象将添加超细材料说成是纳米级产品一样，技术面太窄。 ??? 有机材料的热膨胀系数高于金属、玻璃、混凝土 10 倍以上，涂层与基层材料的结合，依靠有机高分子材料分子的化学键能，对基层缝隙、锚孔的渗 透，基层良好的表面清洁和粗糙度，以保证物理性 的粘合。 ??? 高分子材料存在结构孔，分子具有挠曲性，涂 层溶剂挥发通道留有孔隙，颜填料的界面间隙对高 分子材料应力起分散和吸收作用。涂料用树脂有 由植物油改性树脂以及以弹性橡胶型材料作为成 膜材料之类，而这类涂料品种没有恒定的热膨胀温度系数。 ?? 1 材料的热膨胀系数 ??? 合成树脂的热膨胀温度系数见表 1 。 ??? 各种材料的线膨胀系数见表 2 。 ? 表1 合成树脂的热膨胀温度系数 l0-5 ／ 表 2 各种材料的线膨胀系数 ??? 由表中数据可见：赛璐珞、有机玻璃的线膨胀系数是无机材料的 1O 倍。表 1 、 2 未列出一般有弹性的橡胶、塑料和涂料等，是因为涂料品种超过树 脂品种的几十倍或几百倍，涂料产品还有许多不确定的因素。 ??? 2 涂层热膨胀系数的不确定因素 ??? 2 ． 1 高分子材料结构的影响 ??? 结构紧密材料的热膨胀系数相对较大，多孔材 料受温度影响，其体积膨胀形变借助于形变对多 孔的压缩而消除。涂料选用的树脂是相对分子质量范 围在几百至几千的高分子材料，聚合物经改性，支 化度增加，线型大分子存在弱分子问力，其中链段在常温下能够移动或转动，在正常状态下不是伸直的坚硬分子，而是柔顺的无规线团，当温度影响涂 层时，柔软部分固有的弹性可以延伸不开裂，保持 外型尺寸的稳定性。较多类的涂料应用于皮革、纺 织品或橡胶制品，可证明热膨胀系数对柔性涂层的变化极微。涂料的技术性能，几乎不提及热膨胀系 数，有下列原因： ??? 涂层的多孔性；涂膜存在 孔 径 (A) ；聚合物交联密度不均匀；颜料和成膜物质的界面特性；毛细管结构； 针孔缺陷；柔韧长链分子导致生成一般小分子物质所没有的性质，聚合物的力学性质与形变持续性等。 ??? 聚合物的状态均为凝聚态，液体到玻璃态的转 变不是突变而是持续变化，加热时呈高弹态，链分子蜷曲趋势产生对形变的反作用力。弹性形变时整 个链状分子没有明显的位移。升高温度会增加链分 子的柔韧性，其物理性质 ( 热膨胀系数 ) 与普通小 分子液体接近。 ??? 2 ． 2 涂层材料组合体对热膨胀系数的影响因素 ??? 颜料 PVC 、 CPVC ；涂装表面毛糙，增加层间密合，使底层收缩率降低；厚度不高，收缩应力不 影响附着力；涂层对基层面的润湿性和透人锚固； 无定形物，结晶性少；聚合物支化度高。 ??? 3 影响涂层附着力的因素 ??? 3 ． 1 化学键键能 ??? 化学键产生涂层问的附着力，大于热膨胀温度系数引起的涂层剥离能，这是以树脂为成膜物质的复合层材料不以热膨胀温度系数考虑附着力的主 要原因。 ??? 以环氧树脂类涂料为例，在环氧树脂的结构中有羟基、醚基和活泼的环氧基，使环氧树脂具有很强的粘合力；羟基、醚基有很强的极性，与相邻界面产生作用力。环氧树脂粘合铝或铝合金材料，常 温固化的抗剪切强度可达 15 MPa ，高温固化的抗剪切强度可达 25 MPa 。 ? 聚氨酯树脂类涂料含有氨酯键、酯键、醚键、脲键、脲基甲酸酯键、三聚异氰酸酯键或油脂的不饱和双键等，有和环氧树