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涂层耐磨测试-ASTM D4060的挑战和更新

发布于:2022-08-11

ASTM D4060涂层耐磨测试

ASTM D4060有机涂层耐磨性的标准测试方法是评估涂层耐磨性的最常见测试之一。该测试方法被称为“泰伯尔测试”,用于确定有机涂料(如油漆、清漆、清漆、粉末涂料和许多其他类型的饰面)的耐磨性。除了涂层的视觉方面外,它通常还提供功能性目的(例如防止腐蚀)。该测试方法可用于评估涂层的耐久性和性能。

ASTM D4060涂层耐磨测试标准说明

ASTM D4060测试是如何进行的?

为了执行ASTM D4060,使用TABER 磨耗测试机有机涂层以均匀的厚度施加到平面、刚性面板上,固化后,在受控的压力和研磨作用条件下,使用旋转摩擦作用研磨表面。安装在转盘平台上的测试样品在垂直轴上转动,以抵抗两个研磨轮的滑动旋转。一个研磨轮向外摩擦试样的边缘,另一个向内摩擦试样的中心。由此产生的磨损痕迹在大约30平方厘米的区域内形成交叉弧形图案。”真空系统可清除测试期间产生的任何松散碎屑。在每次测试之前和每 500 次循环之后,使用 S-11修整盘对研磨轮进行重新表面处理,以使车轮表面标准化。耐磨性计算为在指定数量的磨损循环下的重量损失、每个循环的重量损失或去除单位量涂层厚度所需的循环数。

在按照ASTM D4060测试耐磨性时,证明了哪些困难?

保护涂层的耐久性是许多不同产品的重要考虑因素。在选择会受到车辆或行人交通(例如停车场、装卸码头、人行道等)的涂层时,这一点尤为重要。

为了协助选择过程,建筑师/顾问依靠测试数据——特别是涂层的耐磨性。该信息通常由涂料制造商报告,并基于根据ASTM D4060进行的测试。直到最近,在比较聚氨酯、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) 或环氧树脂等不同涂层技术时,这种长期建立的测试方法可能会误导决策者。

ASTM D4060 精度和偏差中提供的数据(表1)表明与聚氨酯相比,所测试的环氧树脂的质量损失增加了一倍以上。

涂层平均质量损失
聚酰胺/环氧树脂涂层A129.6 毫克
聚酰胺/环氧树脂涂层B109.1 毫克
聚氨酯涂料49.5 毫克
聚酯/环氧粉末涂料61.3 毫克
尼龙粉末涂料7.7 毫克

在200多个项目比较中,环氧树脂和甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 使用CS-17砂轮的质量损失较大,而聚氨酯涂料的质量损失最少。就其本身而言,该数据似乎暗示聚氨酯具有较佳的耐磨性。然而,在现场应用中,环氧树脂和MMA被证明比 99% 放置在停车场和其他交通服务设施上的聚氨酯更耐用。事实上,环氧树脂、MMA、PMMA和PUMA在停车场车流下的使用寿命是其两倍。

为什么在这种情况下,符合 ASTM D4060 的磨损测试不能提供足够的测试?

涂料制造商的数据表通常将测试结果显示为磨损导致的质量损失或磨损指数(报告为每个循环的质量损失)。但是,在比较两种涂层时,这些数据可能无法说明全部情况。

例如,考虑对两种完全不同的材料进行的测试——铅镍复合板和基础聚氨酯保护涂层。在对两个试样进行相同的试验条件和磨损循环次数后,铅镍复合板的质量损失为 800mg。相比之下,聚氨酯涂层的质量损失仅为33mg。基于此信息,很容易得出结论,聚氨酯涂层的质量损失较小,因此更耐磨。但事实真的如此吗?

如果您还知道铅板的厚度变化为0.1mil,而聚氨酯涂层的厚度变化为2.0mil,该怎么办?根据这些附加信息,您很快就会意识到从聚氨酯样品中去除了更多材料,这意味着它实际上耐磨性较差!

对于许多可通行的涂层,重要的是要认识到,与没有填料的类似涂层相比,具有致密填料的涂层通常表现出更大的质量损失,但在某些情况下由磨损引起的厚度损失较低。ASTM D4060的结果通常报告为质量损失。但是将质量损失除以比重为比较提供了更好的关系。

ASTM D4060涂层耐磨测试

考虑到这些新信息,完成了哪些测试来调查磨损?

Tremco Inc. CS&W 于 2018 年 11 月开始进行了一项单一的实验室研究,评估了1000多个测试样本,包括不同的聚氨酯配方;环氧树脂;综合格斗;和交通涂料。所有样品均按照 ASTM D4060 进行测试,但还包括其他参数以帮助计算研究人员对涂层使用寿命的估计。

发现哪些其他因素会影响符合ASTM D4060的磨损测试?

包含较高点密颗粒的磨损碎屑可能会导致三体磨损,如果不通过真空抽吸系统去除,这会导致涂层破裂。在研究过程中,观察到某些砂轮增加了在测试过程中出现的磨损颗粒的数量,这进一步提高了磨损率。

当涂层中包含填料如 3 维晶体结构或金属时,也观察到测试样品的表面温度升高。在慢速显微热视频下,与CS-17(或 CS-10)砂轮接触的环氧树脂会产生热量,从而结合细小的环氧树脂颗粒,而真空无法足够快地从与试样紧密接触的砂轮中去除这些细小环氧树脂颗粒。

还发现其他参数会影响磨损率,并且在许多情况下,涂层会导致泰伯轮磨损更大。某些硬度值或摩擦系数大于砂轮的环氧树脂和 MMA 材料可能会导致砂轮更快地分解,尤其是当涂层配方包含填料或聚集体(如二氧化硅、金属氧化物或其他较高点密颗粒)时。这种“反击”受到颗粒大小、数量和颗粒类型的影响。

涂层和砂轮之间的摩擦系数 (COF) 也会影响结果。在一些测试中,观察到当砂轮破坏表面张力时,摩擦源(CS-10 或 CS-17 砂轮)之间的 COF 会上升或下降 - 砂轮去除光泽的点并且是磨损涂层的内部。

一些涂层具有夹带气泡,在50 – 100 次磨损循环后会暴露出来,这可能会改变对比测试期间的质量损失。对于一些柔性聚氨酯涂层,夹带的空气越多,质量损失越少,因为车轮在减少的固体含量上行驶。

对于高反应性材料(例如环氧树脂),磨损碎片与空气夹带之间的相互作用是显着不同的。对于硬环氧树脂涂层,磨损过程往往会粉碎构成涂层的非常硬的颗粒,这会导致比使用中预期的更多的磨损碎片和更高的质量损失。

ASTM D4060版本更新

ASTM D4060在2019年版本包括一个说明,指出在比较具有不同比重的涂层的耐磨性时,应将每种涂层的比重校正应用于质量损失给出比较耐磨性的真实测量。

计算磨损指数或质量损失后,结果除以涂层的比重。该校正因子的使用提供了相对于它所应用的材料的体积损失的磨损指数或质量损失。