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涂料百科:(十一)漆膜的力学性质与附着力

信息来源:paintkey.com  时间:2010-05-25  浏览次数:226

  作为保护层的涂料,经常受到各种力的作用,如摩擦、冲击、拉伸等,因此要求漆膜有必要的力学性能。为了评价漆膜的力学性质,涂料工业本身发展了一系列测试方法,但这些方法只能提供具体材料性能优劣的数据,而不能给出漆膜力学性能的规律、特点及其与漆膜结构之间的关系。另一方面,由于聚合物材料的广泛应用,有关聚合物材料的力学性质已进行了广泛而深入的研究,涂料也是一种聚合物材料,且包括了聚合物材料的各种形式,如热塑性材料,热固材料、复合材料、聚合物合金等等,因此用已有的聚合物材料学的知识来了解和总结漆膜力学性质是很有意义的。但是,涂料和塑料、橡胶、纤维等典型的聚合物材料又有不同,漆膜的性能是和底材密切联系的,换言之,聚合物材料的规律和理论只和自由漆膜的性质有直接关联。如何将自由漆膜与附着在底材上的实际漆膜的性能联系起来,仍是一个需要研究的课题,但无论如何,有关自由漆漆膜是和底材结合在一起的,因此漆膜和底材之间的附着力对漆膜的应用性能同样有重要影响。附着力的理论和规律是粘合剂研究的重要课题,因此涂料和粘合剂有着密切的关系,粘合剂的理论对于涂料同样有重要的参考价值。
  1、无定型聚合物力学性质的特点
  材料的力学性质主要是指材料对外力作用响应的情况。当材料受到外力作用,而所处的条件使它不能产生惯性移动时,它的几何形态和尺寸将产生变化,而几何尺寸变化的难易又与材料原有的尺寸有关,用原有尺寸除以受力后的形变尺寸就称为应变。材料发生应变时,其分子间和分子内的原子间的相对位置和距离便要发生变化。由于原子和分子偏离原来的平衡位置,于是产生了原子间和分子间的回复内力,它抵抗着外力,并倾向恢复到变化前的状态。达到平衡时,回复内力与外力大小相等,方向相反。定义单位面积上的回复内力为应力,其值与单位面积上的外力相等。产生单位形变所需的应力称为模量。
  模量=应力/应变
  根据外力形式不同,如拉伸力、剪切力和静压力,模量分别称为杨氏模量、剪切模量和体积模量。从材料的观点来看,模量是材料抵抗外力形变能力,它与材料的化学结构和聚集态结构有关,是材料最重要的参数。
  ①模量与温度的关系
  将无定形聚合物材料的模量与温度作图,可得如下图的典型曲线。在T<Tg的低温下模量很高(109帕斯卡数量级),这便是玻璃态的聚合物的特征。当温度升高到T≥Tg时,模量急剧下降,然后又到达一个平台(模量为107帕斯卡数量级)这时材料模量较低,容易变形,变成橡胶状具有弹性,通常称为高弹态或橡胶态。玻璃态与高弹态的转变温度便是玻璃化温度Tg。当温度进一步升到足以使分子间的相对运动速度与观察时间相当时,便进入粘流态,即液态。高弹态和玻璃态被称为固态。玻璃态的高聚物力学性质还可随温度的高低分为“硬”玻璃态和“软”玻璃态两个区,两个区的分界温度称为脆折温度Tb。低于Tb温度时,聚合物材料是脆性的;高于Tb的玻璃态聚合物材料具有延展性或称韧性,外力作用下可发生较大的形变,除去外力,试样的大形变不能完全回复,除非将试样升温至Tg以上。这种在软玻璃态发生的大形变称为强迫高弹形变,它和在高弹态发生的高弹形变本质上是相同的。在Tb以下只能发生普弹形变,若外力过大,便发生脆裂。漆膜的使用最低温度应高于Tb。
  漆膜的力学性质与附着力

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