涂層耐磨測試-ASTM D4060的挑戰(zhàn)和更新

ASTM D4060涂層耐磨測試

ASTM D4060有機(jī)涂層耐磨性的標(biāo)準(zhǔn)測試方法是評估涂層耐磨性的最常見測試之一。該測試方法被稱為“泰伯爾測試”，用于確定有機(jī)涂料（如油漆、清漆、清漆、粉末涂料和許多其他類型的飾面）的耐磨性。除了涂層的視覺方面外，它通常還提供功能性目的（例如防止腐蝕）。該測試方法可用于評估涂層的耐久性和性能。

ASTM D4060測試是如何進(jìn)行的？

為了執(zhí)行ASTM D4060，使用TABER 磨耗測試機(jī)有機(jī)涂層以均勻的厚度施加到平面、剛性面板上，固化后，在受控的壓力和研磨作用條件下，使用旋轉(zhuǎn)摩擦作用研磨表面。安裝在轉(zhuǎn)盤平臺上的測試樣品在垂直軸上轉(zhuǎn)動(dòng)，以抵抗兩個(gè)研磨輪的滑動(dòng)旋轉(zhuǎn)。一個(gè)研磨輪向外摩擦試樣的邊緣，另一個(gè)向內(nèi)摩擦試樣的中心。由此產(chǎn)生的磨損痕跡在大約30平方厘米的區(qū)域內(nèi)形成交叉弧形圖案?！闭婵障到y(tǒng)可清除測試期間產(chǎn)生的任何松散碎屑。在每次測試之前和每 500 次循環(huán)之后，使用 S-11修整盤對研磨輪進(jìn)行重新表面處理，以使車輪表面標(biāo)準(zhǔn)化。耐磨性計(jì)算為在指定數(shù)量的磨損循環(huán)下的重量損失、每個(gè)循環(huán)的重量損失或去除單位量涂層厚度所需的循環(huán)數(shù)。

在按照ASTM D4060測試耐磨性時(shí)，證明了哪些困難？

保護(hù)涂層的耐久性是許多不同產(chǎn)品的重要考慮因素。在選擇會(huì)受到車輛或行人交通（例如停車場、裝卸碼頭、人行道等）的涂層時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。

為了協(xié)助選擇過程，建筑師/顧問依靠測試數(shù)據(jù)——特別是涂層的耐磨性。該信息通常由涂料制造商報(bào)告，并基于根據(jù)ASTM D4060進(jìn)行的測試。直到最近，在比較聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯 (MMA)、聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)、聚氨酯-甲基丙烯酸酯 (PUMA) 或環(huán)氧樹脂等不同涂層技術(shù)時(shí)，這種長期建立的測試方法可能會(huì)誤導(dǎo)決策者。

ASTM D4060 精度和偏差中提供的數(shù)據(jù)（表1）表明與聚氨酯相比，所測試的環(huán)氧樹脂的質(zhì)量損失增加了一倍以上。

在200多個(gè)項(xiàng)目比較中，環(huán)氧樹脂和甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 使用CS-17砂輪的質(zhì)量損失較大，而聚氨酯涂料的質(zhì)量損失最少。就其本身而言，該數(shù)據(jù)似乎暗示聚氨酯具有較佳的耐磨性。然而，在現(xiàn)場應(yīng)用中，環(huán)氧樹脂和MMA被證明比 99% 放置在停車場和其他交通服務(wù)設(shè)施上的聚氨酯更耐用。事實(shí)上，環(huán)氧樹脂、MMA、PMMA和PUMA在停車場車流下的使用壽命是其兩倍。

為什么在這種情況下，符合 ASTM D4060 的磨損測試不能提供足夠的測試？

涂料制造商的數(shù)據(jù)表通常將測試結(jié)果顯示為磨損導(dǎo)致的質(zhì)量損失或磨損指數(shù)（報(bào)告為每個(gè)循環(huán)的質(zhì)量損失）。但是，在比較兩種涂層時(shí)，這些數(shù)據(jù)可能無法說明全部情況。

例如，考慮對兩種完全不同的材料進(jìn)行的測試——鉛鎳復(fù)合板和基礎(chǔ)聚氨酯保護(hù)涂層。在對兩個(gè)試樣進(jìn)行相同的試驗(yàn)條件和磨損循環(huán)次數(shù)后，鉛鎳復(fù)合板的質(zhì)量損失為 800mg。相比之下，聚氨酯涂層的質(zhì)量損失僅為33mg。基于此信息，很容易得出結(jié)論，聚氨酯涂層的質(zhì)量損失較小，因此更耐磨。但事實(shí)真的如此嗎？

如果您還知道鉛板的厚度變化為0.1mil，而聚氨酯涂層的厚度變化為2.0mil，該怎么辦？根據(jù)這些附加信息，您很快就會(huì)意識到從聚氨酯樣品中去除了更多材料，這意味著它實(shí)際上耐磨性較差！

對于許多可通行的涂層，重要的是要認(rèn)識到，與沒有填料的類似涂層相比，具有致密填料的涂層通常表現(xiàn)出更大的質(zhì)量損失，但在某些情況下由磨損引起的厚度損失較低。ASTM D4060的結(jié)果通常報(bào)告為質(zhì)量損失。但是將質(zhì)量損失除以比重為比較提供了更好的關(guān)系。

考慮到這些新信息，完成了哪些測試來調(diào)查磨損？

Tremco Inc. CS&W 于 2018 年 11 月開始進(jìn)行了一項(xiàng)單一的實(shí)驗(yàn)室研究，評估了1000多個(gè)測試樣本，包括不同的聚氨酯配方；環(huán)氧樹脂；綜合格斗；和交通涂料。所有樣品均按照 ASTM D4060 進(jìn)行測試，但還包括其他參數(shù)以幫助計(jì)算研究人員對涂層使用壽命的估計(jì)。

發(fā)現(xiàn)哪些其他因素會(huì)影響符合ASTM D4060的磨損測試？

包含較高點(diǎn)密顆粒的磨損碎屑可能會(huì)導(dǎo)致三體磨損，如果不通過真空抽吸系統(tǒng)去除，這會(huì)導(dǎo)致涂層破裂。在研究過程中，觀察到某些砂輪增加了在測試過程中出現(xiàn)的磨損顆粒的數(shù)量，這進(jìn)一步提高了磨損率。

當(dāng)涂層中包含填料如 3 維晶體結(jié)構(gòu)或金屬時(shí)，也觀察到測試樣品的表面溫度升高。在慢速顯微熱視頻下，與CS-17（或 CS-10）砂輪接觸的環(huán)氧樹脂會(huì)產(chǎn)生熱量，從而結(jié)合細(xì)小的環(huán)氧樹脂顆粒，而真空無法足夠快地從與試樣緊密接觸的砂輪中去除這些細(xì)小環(huán)氧樹脂顆粒。

還發(fā)現(xiàn)其他參數(shù)會(huì)影響磨損率，并且在許多情況下，涂層會(huì)導(dǎo)致泰伯輪磨損更大。某些硬度值或摩擦系數(shù)大于砂輪的環(huán)氧樹脂和 MMA 材料可能會(huì)導(dǎo)致砂輪更快地分解，尤其是當(dāng)涂層配方包含填料或聚集體（如二氧化硅、金屬氧化物或其他較高點(diǎn)密顆粒）時(shí)。這種“反擊”受到顆粒大小、數(shù)量和顆粒類型的影響。

涂層和砂輪之間的摩擦系數(shù) (COF) 也會(huì)影響結(jié)果。在一些測試中，觀察到當(dāng)砂輪破壞表面張力時(shí)，摩擦源（CS-10 或 CS-17 砂輪）之間的 COF 會(huì)上升或下降 - 砂輪去除光澤的點(diǎn)并且是磨損涂層的內(nèi)部。

一些涂層具有夾帶氣泡，在50 – 100 次磨損循環(huán)后會(huì)暴露出來，這可能會(huì)改變對比測試期間的質(zhì)量損失。對于一些柔性聚氨酯涂層，夾帶的空氣越多，質(zhì)量損失越少，因?yàn)檐囕喸跍p少的固體含量上行駛。

對于高反應(yīng)性材料（例如環(huán)氧樹脂），磨損碎片與空氣夾帶之間的相互作用是顯著不同的。對于硬環(huán)氧樹脂涂層，磨損過程往往會(huì)粉碎構(gòu)成涂層的非常硬的顆粒，這會(huì)導(dǎo)致比使用中預(yù)期的更多的磨損碎片和更高的質(zhì)量損失。

ASTM D4060版本更新

ASTM D4060在2019年版本包括一個(gè)說明，指出在比較具有不同比重的涂層的耐磨性時(shí)，應(yīng)將每種涂層的比重校正應(yīng)用于質(zhì)量損失給出比較耐磨性的真實(shí)測量。

計(jì)算磨損指數(shù)或質(zhì)量損失后，結(jié)果除以涂層的比重。該校正因子的使用提供了相對于它所應(yīng)用的材料的體積損失的磨損指數(shù)或質(zhì)量損失。