硬度測(cè)試方法

1、1 引言涂膜硬度是涂膜抵抗諸如碰撞、壓陷、擦劃等機(jī)械力作用的能力；是表示涂膜機(jī)械強(qiáng)度的重要性能之一；也是表示涂膜性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。涂膜硬度與涂料品種及涂膜的固化程度有關(guān)。油性漆及醇酸樹(shù)脂漆的涂膜硬度較低，其它合成樹(shù)脂漆的硬度較高。涂膜的固化程度直接影響涂膜的硬度，只有完全固化的涂膜，才具有其特定的最高硬度，在涂膜干燥過(guò)程中，涂膜硬度是干燥時(shí)間的函數(shù)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，硬度由小到大，直至達(dá)到最高值。在采用固化劑固化的涂料中，固化劑的用量影響涂膜硬度，一般情況下提高固化劑的配比，使涂膜硬度增加，但固化劑過(guò)量則使涂膜柔韌性、耐沖擊性等性能下降。一些自干型涂料，以適當(dāng)?shù)臏囟群娓?，在一定程度上能提?/p>

2、涂膜硬度。涂膜硬度是涂料、涂裝的重要指標(biāo)，大多數(shù)情況下屬于必須檢測(cè)的項(xiàng)目。2 鉛筆硬度測(cè)定法鉛筆硬度法是采用已知硬度標(biāo)號(hào)的鉛筆刮劃涂膜，以能夠穿透涂膜到達(dá)底材的鉛筆硬度來(lái)表示涂膜硬度的測(cè)定方法。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 67391996涂膜硬度鉛筆測(cè)定法規(guī)定了手動(dòng)法和試驗(yàn)機(jī)法2 種方法，該標(biāo)準(zhǔn)等效采用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS K5400-90-8.4涂料一般試驗(yàn)方法鉛筆刮劃值。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用中華牌高級(jí)繪圖鉛筆，其硬度為9H、8H、7H、6H、5H、4H、3H、2H、H、F、HB、B、2B、3B、4B、5B、6B 共16 個(gè)等級(jí)，9H 最硬，6B 最軟。測(cè)試用鉛筆用削筆刀削去木質(zhì)部分至露出筆芯約3 mm，不能削

3、傷筆芯，然后將鉛筆芯垂直于400# 水砂紙上畫(huà)圓圈，將鉛筆芯磨成平面、邊緣銳利為止。試板為馬口鐵板或薄鋼板，尺寸為50 mm×120mm×（0.2 0.3）mm 或70 mm×150 mm×（0.45 0.80）mm，按規(guī)定方法制備涂膜。2.1 手動(dòng)法采用手動(dòng)法測(cè)試時(shí)，握住已削好的鉛筆，使其與涂層成45°，以鉛筆芯不折斷為度，按約1 cm/s 的速度在涂層上向前推壓刮劃約1 cm。每刮劃一道要對(duì)筆芯尖端重新研磨，同一硬度鉛筆重復(fù)刮劃5 道。涂膜刮破情況：在5 道劃痕中，如有2 道或2 道以上未刮劃到樣板的底板或底層涂膜時(shí)，則換用前一硬度標(biāo)號(hào)的鉛

4、筆試驗(yàn)，直至找出涂膜被刮破2 道或2 道以上的鉛筆，這個(gè)鉛筆硬度標(biāo)號(hào)的后一位標(biāo)號(hào)即為刮破涂膜的鉛筆硬度。涂膜擦傷情況：在5 道劃痕中，如有2 道或2 道以上涂膜未擦傷時(shí)，換用前一硬度標(biāo)號(hào)的鉛筆進(jìn)行試驗(yàn)，直至找出涂膜被擦傷2 道或2 道以上的鉛筆，這個(gè)鉛筆硬度標(biāo)號(hào)的后一位標(biāo)號(hào)即為擦傷涂膜的鉛筆硬度。擦傷是指涂膜表面有微小刮痕，但由于壓力使涂膜凹下去的現(xiàn)象則不作考慮。如果試驗(yàn)處涂膜無(wú)傷痕，可用橡皮擦除去碳粉，以對(duì)著垂直于刮劃方向與試板面成45°目視檢查，能辨認(rèn)的傷則為擦傷。結(jié)果評(píng)定時(shí)按刮破與擦傷2 種情況，評(píng)定漆膜刮破或擦傷時(shí)的鉛筆硬度。2.2 試驗(yàn)機(jī)法在鉛筆硬度試驗(yàn)機(jī)上固定好試板，鉛筆

5、固定在鉛筆夾具上。調(diào)節(jié)平衡錘使鉛筆荷重處于平衡狀態(tài)，固定連桿，加載（1.00±0.05）kg 重物后使鉛筆芯尖端接觸涂膜，重物荷重加到鉛筆尖端上。搖動(dòng)手輪，以0.5 mm/s 的速度使試板向鉛筆芯反方向水平移動(dòng)3 mm，使筆芯刮劃涂膜表面。挪動(dòng)試板至與移動(dòng)垂直的方向刮劃5 道，每道刮劃后重新磨平鉛筆芯。漆膜刮破和擦傷情況評(píng)定同手動(dòng)法。GB/T 67391996 版標(biāo)準(zhǔn)對(duì)GB/T 67391986 版標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂時(shí)，無(wú)論試驗(yàn)機(jī)法和手動(dòng)法的結(jié)果評(píng)定，均由前版的一種評(píng)定方法：未犁傷涂膜時(shí)的鉛筆代表所測(cè)涂膜的鉛筆硬度，改為新版的2 種評(píng)定方法：涂膜刮破或涂膜擦傷時(shí)的鉛筆硬度代表所測(cè)涂膜的鉛筆

6、硬度。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)已實(shí)施十多年了，但遺憾的是行業(yè)仍普遍采用前版的一種評(píng)定方法，即未刮破涂膜時(shí)的鉛筆代表所測(cè)涂膜的鉛筆硬度。采用手工方法對(duì)不同的操作者可能會(huì)得到不同的結(jié)果，故作為仲裁試驗(yàn)應(yīng)采用試驗(yàn)機(jī)法。3 擺桿硬度測(cè)定法擺桿硬度測(cè)定法的工作原理是接觸涂膜表面的擺桿以一定周期擺動(dòng)時(shí)，如表面軟則擺桿擺幅的衰減快，表面硬則擺幅的衰減慢。GB/T 17301993涂膜硬度測(cè)定法擺桿阻尼試驗(yàn)規(guī)定了在色漆和清漆涂層上進(jìn)行擺桿阻尼試驗(yàn)，測(cè)定其阻尼時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)方法。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了A 和B 2 種方法，A 法采用科尼格（Konig）和珀薩茲（Persoz）2 種擺桿式阻尼試驗(yàn)儀，B 法采用雙擺桿式阻尼試驗(yàn)儀。A 法系等效采

7、用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO1522：1973色漆和清漆擺桿阻尼試驗(yàn)。由于各種擺的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、尺寸、擺動(dòng)周期及擺幅不同，外加擺桿與涂層間的相互作用還取決于涂層具有的復(fù)雜的彈性和黏彈性，由此各種擺的測(cè)定結(jié)果之間不可能建立起相互間的換算關(guān)系，因而在測(cè)定擺桿硬度時(shí)，只規(guī)定使用一種擺桿儀。由于各種擺的測(cè)定結(jié)果均反映了涂層阻尼時(shí)間對(duì)環(huán)境的敏感性，因此，試驗(yàn)應(yīng)在控制溫濕度條件、處于無(wú)氣流影響的情況下進(jìn)行。而且涂層厚度及底材材質(zhì)也能對(duì)阻尼時(shí)間帶來(lái)影響。31 A 法科尼格和珀薩茲擺桿阻尼試驗(yàn)通?？颇岣駭[的阻尼時(shí)間接近珀薩茲擺的一半。在摩擦系數(shù)低的表面上，珀薩茲擺可能打滑。試板為100 mm × 100 mm &

8、#215; 5 mm 的浮法玻璃或拋光平板玻璃，按規(guī)定制備涂層，并將干燥試板放置在（23 ± 2），相對(duì)濕度（50 ± 5）%的條件下至少16 h。它們的主要結(jié)構(gòu)均由一橫桿與一開(kāi)口框架相連，橫桿下面均嵌入2 個(gè)用作支點(diǎn)的鋼球，框架下端成一個(gè)指針式的尖端。科尼格擺總質(zhì)量為（200.0 ± 0.2）g，擺桿橫桿下面2 個(gè)鋼球的直徑為（5.000 ± 0.005）mm，硬度HRC63 ±3，珠距（30.0 ± 0.2）mm，可通過(guò)移動(dòng)與橫桿垂直的連接桿上的滑動(dòng)重錘來(lái)調(diào)節(jié)擺的固有擺動(dòng)周期。在拋光平板玻璃上，擺桿從6°擺幅衰減至3&#

9、176;的阻尼時(shí)間應(yīng)為（250 ± 10）s，擺動(dòng)周期為（1.40 ± 0.02）s。珀薩茲擺總質(zhì)量為（500.0 ± 0.1）g，擺桿橫桿下的2 個(gè)不銹鋼珠直徑為（8.000 ± 0.005）mm，硬度HRC59± 1，珠距（50 ± 1）mm。擺靜止時(shí)，重心應(yīng)在支軸下（60.0 ± 0.1）mm 處，指針尖端在支軸下（400.0 ± 0.2）mm處，在拋光平板玻璃上，擺桿從12°擺幅衰減至4°的阻尼時(shí)間應(yīng)為420 s，擺動(dòng)周期為（1.000 ± 0.001）s。用于支撐試板和擺桿的

10、儀器座上，設(shè)有一個(gè)垂直支承桿，并與一個(gè)具有工作平面的水平臺(tái)相連接，尺寸通常為95 mm × 110 mm，厚度不小于10 mm。當(dāng)擺桿離開(kāi)水平工作臺(tái)時(shí)，有一框架支承擺桿，并在座內(nèi)安有機(jī)械裝置可使擺桿無(wú)振動(dòng)地落在試板上。測(cè)試前，將拋光玻璃板置于儀器水平工作臺(tái)上，用水平儀調(diào)至水平。用乙醚潤(rùn)濕的軟綢布（或棉紙）擦凈支承鋼珠，將擺桿處于與試板相同的環(huán)境條件下10 min。測(cè)試時(shí)，被測(cè)試板涂層向上，放置于水平工作臺(tái)上，使擺桿慢慢降落到試板上。在支軸沒(méi)有橫向位移的情況下，將擺桿偏轉(zhuǎn)一定角度（科尼格擺6°，珀薩茲擺12°）停在預(yù)定的停點(diǎn)處。松開(kāi)擺桿，啟動(dòng)秒表，記錄擺幅由6

11、76;到3°（科尼格擺） 或由12°到4°（珀薩茲擺）的時(shí)間（s）。在同一試板的不同位置測(cè)量3 次。涂層阻尼時(shí)間以3 次測(cè)量值的平均值表示。3.2 B 法雙擺桿阻尼試驗(yàn)涂層硬度以一定質(zhì)量的雙擺置于被試涂層上，在規(guī)定擺動(dòng)角范圍內(nèi)擺幅衰減的阻尼時(shí)間與在玻璃板上同樣擺動(dòng)角范圍內(nèi)擺動(dòng)衰減的阻尼時(shí)間之比來(lái)表示。雙擺桿總質(zhì)量為（120 ± 1）g，擺桿上端至下端長(zhǎng)度為（500 ± 1）mm。在未涂漆玻璃上擺桿擺動(dòng)角從5°至2°的阻尼時(shí)間應(yīng)為（440 ± 6）s。支撐擺桿和試板的儀器座上設(shè)有一個(gè)很重的垂直支承桿，并與一具有工作平

12、面的水平臺(tái)相連，當(dāng)擺桿離開(kāi)水平工作臺(tái)時(shí)，有一框架支承擺桿，座內(nèi)安有機(jī)械裝置可使擺桿無(wú)振動(dòng)地落在試板上。底座前裝有一塊能表示擺桿偏離靜止中心角度的標(biāo)尺，標(biāo)有5°到2°。標(biāo)尺零位與擺靜止時(shí)擺尖處于同一垂直位置。試板為玻璃板，90 mm × 120 mm ×（1.2 2.0）mm，按規(guī)定制備涂層，將干燥試板在（23 ± 2），相對(duì)濕度（50 ± 5）%條件下放置16 h。測(cè)試前，將玻璃板置于儀器水平工作臺(tái)上，用水平儀調(diào)至水平。用乙醚潤(rùn)濕的軟綢布（或綿紙）擦凈支承鋼珠，將擺桿處于與試板相同的環(huán)境條件下10 min。測(cè)試時(shí)，被測(cè)試板涂層向上，放

13、置于水平工作臺(tái)上，使擺桿慢慢降落到試板上，擺桿支點(diǎn)距涂層邊緣不少于20 mm。在支軸沒(méi)有橫向位移的情況下，將擺桿偏轉(zhuǎn)，停在5.5°處。松開(kāi)擺桿，擺至5°時(shí)啟動(dòng)秒表，記錄擺幅由5°到2°的時(shí)間（s）。在同一試板的不同位置測(cè)量3 次，計(jì)算3 次結(jié)果的平均值。涂層硬度按下式計(jì)算：式中：t 擺桿在涂層上的擺動(dòng)阻尼時(shí)間，s；t0擺桿在玻璃板上的擺動(dòng)阻尼時(shí)間，s。4 壓痕試驗(yàn)法涂層的壓痕試驗(yàn)是指抵抗壓頭壓入涂層的能力。在一定的荷載下，涂層硬度越高，其抵抗壓頭壓入涂層的能力就越強(qiáng)，涂層的壓痕就越小。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 92751988色漆和清漆巴克霍爾茲壓痕試驗(yàn)規(guī)定了用

14、巴克霍爾茲壓痕儀對(duì)涂層進(jìn)行壓痕試驗(yàn)的方法。該標(biāo)準(zhǔn)等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2815:1973色漆和清漆巴克霍爾茲壓痕試驗(yàn)。當(dāng)壓痕儀在規(guī)定條件下施壓時(shí)，即形成壓痕長(zhǎng)度，以壓痕長(zhǎng)度倒數(shù)的函數(shù)表示抗壓痕試驗(yàn)的結(jié)果。當(dāng)要求涂層的抗壓痕性提高時(shí)，抗壓痕值就增大。壓痕裝置由矩形金屬塊、壓痕器和2 個(gè)尖腳組成。整個(gè)裝置重（1 000 ± 5）g。壓痕器和2 個(gè)尖腳在裝置上的位置要使儀器放在平面上時(shí)穩(wěn)定。壓痕器的有效負(fù)荷為（500 ± 5）g。壓痕器具有尖銳刀刃的工具鋼金屬輪、壓痕器轉(zhuǎn)動(dòng)軸使金屬輪可以轉(zhuǎn)動(dòng)。試板為玻璃板，90 mm× 120 mm ×（2 3）mm。按規(guī)定制

15、備涂層。將干燥試板在（23 ± 2），相對(duì)濕度（50 ± 5）%條件下放置16 h。測(cè)試時(shí)，試板涂層向上，放在試驗(yàn)臺(tái)平面上，將壓痕器輕放在試板的適當(dāng)位置。輕放時(shí)首先使尖腳與試板接觸，然后小心放下壓痕器。放置（30 ± 1）s，抬起壓痕裝置時(shí)先使壓痕器后尖腳離開(kāi)涂層。移去壓痕器后在（35 ± 5）s 內(nèi)用顯微鏡觀測(cè)壓痕產(chǎn)生的影響長(zhǎng)度，精確到0.1 mm。在同一試板的不同位置進(jìn)行5 次試驗(yàn)，取其平均值。抗壓痕性: 100/L，式中：L 為試驗(yàn)平均值修約后的壓痕長(zhǎng)度，mm。由于壓痕深度取決于涂層厚度，只有在涂層厚度符合規(guī)定值時(shí)，測(cè)得的抗壓痕性才有效。除巴克霍爾

16、茲壓痕器以外， 還可采用努普（Knoop）壓頭和芬德（Phund）壓頭在壓痕硬度計(jì)上進(jìn)行壓痕試驗(yàn)。努普壓頭是金鋼石錐體，芬德壓頭是半球形石英壓頭或藍(lán)寶石壓頭，前者提供的硬度值以努普硬度數(shù)（KHN）表示，后者提供的硬度值以芬德硬度數(shù)（PHN）表示。努普硬度數(shù)的精確度較芬德硬度數(shù)高。5 劃痕試驗(yàn)法劃痕試驗(yàn)是在劃針上加一定的負(fù)荷進(jìn)行試驗(yàn)，按特定的要求評(píng)價(jià)涂層性能（通過(guò)或不通過(guò)），或者逐漸增加劃針上的負(fù)荷，測(cè)定劃透涂層所需要的最小負(fù)荷。GB/T 92791988色漆和清漆劃痕試驗(yàn)規(guī)定了在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定色漆和清漆的單一涂層或復(fù)合涂層體系抗劃針劃透性能的試驗(yàn)方法。該標(biāo)準(zhǔn)等效采用ISO 1518:1973色

17、漆和清漆劃痕試驗(yàn)。試板為125 mm× 50 mm 的馬口鐵板、薄鋼板或硬鋁板，按規(guī)定進(jìn)行表面處理和涂漆。干燥后試板應(yīng)在（23 ±2） ，相對(duì)濕度（50 ± 5）%的條件下放置16 h。劃痕試驗(yàn)儀有自動(dòng)型和手動(dòng)型2 種，自動(dòng)試驗(yàn)儀應(yīng)包含滑板、劃針及其夾桿、支架、底座和馬達(dá)等部分。劃針有一直徑1 mm 的淬火鋼質(zhì)半球形針頭，可用滾珠軸承的鋼珠焊接到劃針桿上制成。試驗(yàn)是在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行的，溫度為（23 ±2），相對(duì)濕度為（50 ± 5）%。測(cè)定單一固定負(fù)荷和復(fù)層系統(tǒng)固定負(fù)荷時(shí)，先用30 倍放大鏡檢查劃針頭應(yīng)無(wú)明顯的磨傷和污物。將劃針固定在夾頭上，試板涂層向上，將其夾緊于儀器的滑動(dòng)板上，試板長(zhǎng)邊應(yīng)平行于劃痕方向，用砝碼在劃針上方支架上加一定負(fù)荷，開(kāi)動(dòng)儀器（或用手推動(dòng)儀器滑動(dòng)板），在試板涂層上劃出劃痕。取下試板，用放大鏡檢查涂層是否被劃穿露底，或用電工儀器檢查導(dǎo)電性來(lái)判斷。測(cè)定劃透涂層最小負(fù)荷時(shí)，在劃痕儀上先加較小負(fù)荷，然后逐漸增加負(fù)荷，直到涂層被劃透為止。每次劃痕均應(yīng)在試板