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关于涂料的附着力基本原理理论分析

作者：建筑中国建筑金属结构信息网网    
时间：2011-03-07 13:27:45 [收藏]
    当不相似的两种材料达到“紧密”接触时,在空气中的两个自由表面消失,形成新的界面。界面相互作用的性质决定了涂料和底材之间成键的强度,这种相互作用的程度基本由一...
    关键词：理论 分析 原理 基本
        当不相似的两种材料达到“紧密”接触时,在空气中的两个自由表面消失,形成新的界面。界面相互作用的性质决定了涂料和底材之间成键的强度,这种相互作用的程度基本由一相被另一相的润湿性决定,使用液体涂料时,液相的流动性也有很大帮助,因此润湿可被看作涂料和底材的密切接触。为了保持涂层与底材的附着力，除了保证初步的润湿外,在涂膜形成后的完全润湿和固化后仍保持键合情况不变是很重要的。

        涂料以下面的方式固化成膜:

        (a)冷却到熔融温度(玻璃化温度,Tg)以下,或

        (b)化学交联反应,或

        (c)溶剂和稀释剂的挥发

        (a)类涂料的例子如热塑性粉末涂料或用于金属或聚合物上的热熔挤压聚合物膜。

        (b)类涂料包括单或双组份可交联环氧、聚氨酯或三聚氰胺固化丙烯酸体系。

        (c)类涂料如印刷油墨和清漆,该类型涂料中颜料的粘结料在干燥时也有交联能力。因此涂料对底材的润湿是形成附着键的关键。

        1.润湿性和表面能

        考查附着力时润湿性是必须的标准。前所讨论的附着机理只有当底材和涂料达到有效润湿时才起作用。表面的润湿可从热力学角度描述,涂料在液态时的表面张力以及底材和固态涂膜的表面能是影响界面连接强度和附着力形成的重要参数。

        均相的固体或液体表面的分子或原子的周围环境与内部不同。在内部分子被相同的分子所包围,分子间的距离由把分子拉到一起的吸引力和阻止分子占据同一位置的排斥力的平衡决定;而界面上的分子各个方向受力不均匀,它们和表面以上的空气相互作用,同时受表面以下分子的吸引。表面下的分子倾向于将表面分子向内拉,使表面分子数最小,因而表面积也最小,这种吸引提高了液体的表面张力,并可解释液体以液滴形式存在,好象被一层弹性表皮覆盖。而且表面分子间的距离比体相大,因而能量更高。把分子从内部移到表面需要做功,液体增加单位表面积导致的Helmholtz自由能的增加值定义为表面张力。

        2.界面热力学

        液体涂料对固态表面的润湿程度通过接触角(θ)来测定,如图13。当θ=0,液体在表面自由铺展,称为完全润湿。当液相和固相分子的分子吸引大于类似的液体分子时,发生完全润湿。

        3.接触角和临界表面张力

        测定固体表面张力广泛采用的办法是测量接触角。通过测定接触角来计算表面自由能的办法多有争议,该问题至今仍未解决,因为固体的表面自由能不能直接测定。然而本专题的用意并非讨论这些观点,作者旨在通过列举有争议的观点,为操作者提供可靠的指导,使读者在估计表面热力学参数时前进一步。
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