鋁合金建筑型材有機涂層在高低溫交變狀態下的附著力試驗探討
　　1 前言
　　鋁合金建筑型材有機涂層是指有機高分子材料通過一定的工藝方法產生交聯聚合作用，在鋁合金建筑型材表面上形成有一定厚度的涂層。鋁合金建筑型材有機涂層主要包括電泳涂漆復合膜、粉末涂層和氟碳漆膜等。近幾年來，建筑用電泳涂漆型材、粉末噴涂型材和氟碳漆噴涂型材發展迅猛，在建筑行業得到了廣泛的應用。這些型材之所以有如此好的發展勢頭，究其原因是由于有機涂層賦予了鋁合金建筑型材諸多的優異的性能。
　　建筑型材上的有機涂層其主要功能是裝飾性和防護性，有機高分子材料的特性決定了有機高聚物涂層有許多優異的性能：色彩的多樣性，有機高聚物涂料可以通過添加各種顏料使其涂層產生五彩繽紛的顏色來美化裝飾建筑型材，使人們得到美和舒適的享受；涂層光滑、平整，抗污染性強；有機高聚物由于其分子量大，涂層的耐化學穩定性、耐腐蝕性和耐候性優越。因此附著有機涂層的鋁合金建筑型材色彩美觀、艷麗，使用壽命長。然而，這些優異的性能都是基于涂層的附著力良好的基礎上，如果涂層的附著力差，則一切優點都不復存在。可以說，涂層附著力是涂覆有機涂層的鋁合金建筑型材非常重要的性能指標，因此在GB 5237.3~5237.5中都對涂層的附著力作了規定，并作為強制性條款，要求產品必須達到標準的要求。
　　在GB 5237.3~5237.5中對涂層附著力的評價有三種方法，即干式附著力、濕式附著力和沸水附著力，這些試驗方法都來自于歐美國家的標準，對產品質量的控制起到了很大的作用。但是，外界環境除了有炎熱的夏天，也有寒冷的冬天，在冷熱交替的環境條件下對涂層的附著力是否有影響呢？目前筆者還未見到有關的論述，國家標準對此也未作要求。為了了解產品的這一性能，我們對鋁合金建筑型材有機涂層在高低溫交變狀態下的附著力進行了試驗研究。
    
　　2 實驗部分
　　2.1 試驗準備
　　2.1.1試樣包括電泳涂漆型材、粉末噴涂型材、氟碳漆噴涂型材和丙烯酸漆噴涂型材樣品，這些試樣都是按正常的生產工藝隨同產品同時制備樣品兩個，其中一個參照GB 5237.5的規定測試其干式附著力和沸水附著力，另一個用于做高低溫交變狀態的附著力。
　　2.1.2 劃格裝置的選用。本試驗統一采用日本生產的專用劃格器和符合GB/T 9286規定的鋒利的單刃切割刀具。
　　2.1.3 粘膠帶的選用。本試驗采用美國3M公司生產Scotch 600粘膠帶作為試驗用粘膠帶。
　　2.1.4 制冷設備的選用。本試驗采用高低溫試驗箱進行低溫控制，該設備采用液氮制冷，溫度波動度為±2℃。
　　2.1.5 加熱設備的選用。本試驗直接采用電爐進行加熱控制。
　　2.2 試驗操作
　　2.2.1 劃網格的操作方法
　　將試樣置于桌面上，握住鋒利的切割刀具，使刀垂直于試樣受檢表面對切割刀具均勻施力，通過專用的劃格器來保證要求的劃格間距（注：對于同一個粉末噴涂樣品同時劃有間距為1mm和2mm的網格，其他試樣的劃格間距都為1mm），用均勻的切割速率在涂層上形成一組平行的切割線，所有切割線都劃透至金屬基體。
　　重復上述的操作，在與原來一組切割平行線成90°角的方向再劃一組相交的平行線，以形成網格圖形，其圖形如圖1所示。并用軟毛刷在網格圖形上輕輕地清掃幾次。
    
　　圖1 網格示意圖
　　2.2.2 高低溫交變試驗的操作方法
　　為了一次性能多做幾個試樣，本試驗采用壓力鍋（不加蓋）做高溫試驗階段的盛水容器。首先在壓力鍋中加入一定量的蒸餾水，再放到電爐上進行加熱，在常壓下使水煮沸騰，接著將已劃格的試樣置于壓力鍋中，并保證試樣在距離水面約10mm以下的位置，然后繼續加熱30min。到達要求時間之后，將試樣取出，立即放入到已穩定在-20℃的高低溫試驗箱中，并關好箱門。在放入試樣的過程中，試驗箱內的溫度會快速上升，等到將試樣全部放入并關好箱門后，試驗箱內的溫度又開始下將，當試驗箱內的溫度穩定在-20℃時開始記時，并繼續保持30min。
　　到達試驗時間后，立即將試樣從試驗箱中取出，此時樣品表面有結冰現象，無法立即檢查試樣的附著力。因此，我們將試樣置于實驗室環境中讓冰自然溶解，在放置1h以后再進行附著力檢查。
　　2.2.3 附著力的檢查
　　試樣經過一次高低溫交變試驗循環（常壓沸水煮30min之后，接著置于-20℃的環境中保持30min）之后，將試樣置于實驗室內存放1h，然后將試樣上的水珠擦干凈，特別是要注意務必擦干凈劃格區域的水珠，以保證其后步驟中的粘膠帶能夠緊密地貼于試樣表面。
　　將試驗用粘膠帶的中心點放在網格上方，方向與其中一組切割線平行，然后用手指將粘膠帶壓平于網格區上方。為了確保粘膠帶與涂層接觸良好，還要用手指指尖用力蹭粘膠帶，使粘膠帶緊貼于涂層表面。
　　在貼上粘膠帶5min以內，用一支手固定試樣，另一支手拿住粘膠帶的一端，并在盡可能接近60°的角度，在0.5s~1.0s內平穩地撕離粘膠帶。然后在良好照明的環境中，用正常的視力仔細檢查試樣劃格區域涂層的脫落情況，并對受檢表面進行評級。本試驗的評級標準按GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》相關規定進行，其中0級表示切割邊緣完全平滑、無一格脫落現象；1級表示在切口交叉處有少許涂層脫落，但交叉切割面積受影響不能明顯大于5%；2級表示在切口交叉處和/或沿切口邊緣有涂層脫落，受影響的交叉切割面積明顯大于5%，但不能明顯大于15%；3級表示涂層沿切割邊緣部分或全部以大碎片脫落，和/或在格子不同部位上部分或全部剝落，受影響的交叉切割面積明顯大于15%，但不能明顯大于35%。如圖2為附著力為0級的樣品圖　

　　3為附著力為2級的丙烯酸漆噴涂樣品示圖。
　　2.2.4 循環試驗
　　在經過第一個高低溫交變試驗循環之后，我們還按以上的操作步驟對同批試樣進行了第二個試驗循環和第三個試驗循環，并對其附著力進行了評級。
　　2.2.5 試驗結果
　　在本次試驗中，我們對該批試樣試驗前的干式附著力進行了檢查，以及對第一、第二和第三個試驗循環后的附著力進行了檢查，其試驗結果如下表1所示。

　　表1 高低溫交變狀態下涂層附著力試驗結果
　　涂層種類 樣品編號 干式附著力 沸水附著力 第一個循環后的附著力 第二個循環后的附著力 第三個循環后的附著力
　　氟碳漆噴涂 1 0級 0級 0級 0級 0級
　　氟碳漆噴涂 2 0級 0級 0級 0級 0級
　　氟碳漆噴涂 3 0級 0級 0級 0級 1級
　　氟碳漆噴涂 4 0級 0級 0級 0級 0級
　　氟碳漆噴涂 5 0級 0級 0級 1級 1級
　　氟碳漆噴涂 6 0級 0級 0級 0級 0級
　　氟碳漆噴涂 7 0級 0級 0級 0級 0級
　　丙烯漆噴涂 8 0級 0級 1級 2級 2級
　　丙烯漆噴涂 9 0級 0級 1級 2級 2級
　　丙烯漆噴涂 10 0級 0級 1級 2級 2級
　　粉末噴涂 11 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 12 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 13 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 14 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 15 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 16 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 17 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 18 0級 0級 0級 0級 0級
　　粉末噴涂 19 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 20 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 21 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 22 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 23 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 24 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 25 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 26 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 27 0級 0級 0級 0級 0級
　　
　　續表1 高低溫交變狀態下涂層附著力試驗結果
　　涂層種類 樣品編號 干式附著力 沸水附著力 第一個循環后的附著力 第二個循環后的附著力 第三個循環后的附著力
　　電泳涂漆 28 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 29 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 30 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 31 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 32 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 33 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 34 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 35 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 36 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 37 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 38 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 39 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 40 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 41 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 42 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 43 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 44 0級 0級 0級 0級 0級
　　電泳涂漆 45 0級 0級 0級 0級 0級
　　注：本表中粉末噴涂樣品的附著力是劃格間距為1mm的測試結果，劃格間距為2mm的附著力在本表中并未列出，其試驗結果也為0級。
    
　　2.3 試驗結果分析
　　(1) 本次試驗共測試了45個樣品，其中氟碳漆噴涂樣品7個，丙烯酸漆噴涂樣品3個，粉末噴涂樣品9個，電泳涂漆樣品24個，從以上試驗結果可以看出，所有試樣的干式附著力和沸水附著力都為0級。
　　(2) 經過第一個高低溫交變試驗循環之后，3個丙烯酸漆噴涂樣品其涂層附著力都為1級，而其他的試樣涂層附著力都為0級。
　　(3) 經過第二個高低溫交變試驗循環之后，3個丙烯酸漆噴涂樣品其涂層附著力都為2級，一個氟碳漆噴涂樣品其附著力為1級，而其他的試樣涂層附著力都為0級，涂層附著力為1級的氟碳漆噴涂樣品占所有氟碳漆噴涂試樣的14.3%。
　　(4) 經過第三個高低溫交變試驗循環之后，有一個丙烯酸漆噴涂樣品其涂層附著力為2級，兩個氟碳漆噴涂樣品其附著力為1級，而其他的試樣涂層附著力都為0級，涂層附著力為1級的氟碳漆噴涂樣品占所有氟碳漆噴涂試樣的28.6%。
    
　　3 結論
　　本次試驗僅為初步的嘗試，目的是要了解高低溫交變環境對鋁合金建筑型材有機涂層附著力的影響。通過以上試驗結果，我們得出以下幾個結論：（1）高低溫交變狀態下的涂層附著力試驗是一個比較嚴酷的試驗，即使能通過鋁合金建筑型材國家標準干式附著力和沸水附著力檢驗的合格產品，按本試驗方法測試其涂層附著力也不一定能達到0級。（2）經高低溫交變狀態下的附著力試驗后，氟碳漆噴涂樣品和丙烯酸漆噴涂樣品相對較容易出現脫膜現象，而粉末噴涂樣品和電泳涂漆樣品情況相對較好些。
    
　　參考文獻
　　[1] 朱祖芳．鋁合金表面處理[M]．北京：化學工業出版社，2004．239
　　[2] GB 5237.3-2004[S]，鋁合金建筑型材 第3部分 電泳涂漆型材
　　[3] GB 5237.4-2004[S]，鋁合金建筑型材 第4部分 粉末噴涂型材
　　[4] GB 5237.5-2004[S]，鋁合金建筑型材 第5部分 氟碳漆噴涂型材
　　[5] GB/T 9286-1998[S]，色漆和清漆 漆膜的劃格試驗