涂层附着力的现场检测和验收准则

文/十头鸟

摘要：介绍了防腐蚀涂料涂层附着力的检测方法标准、测试方法和程序、验收准则以及影响附着力的一些因素。

 

一、概述

在涂装工程中，对于防护涂层附着力检测是涂层保护性能相当重要的指标，越来越被业主和监理所重视。附着力的检测有时在实验室进行，有时也需要现场测试并判定合格与否。因而，了解和掌握附着力的检测方法和验收准则，是每一个防护涂料工程师和现场技术服务人员所必备的技能。

1．什么是附着力

要理解附着力，先看以下定义：

（1）、附着力(adhesion)：

在某个固体表面和其它材料的界面之间通过分子间作用力而产生的粘附现象。

（2）、内聚力(cohesion)：

使（色漆和清漆的成份）粘结在一起而形成连续、完整涂膜的能力。

（3）、破坏强度（fracture strength）：

需要超过存在于以下粘附力（attachment forces）的力量：

—不同涂层之间或涂层与底材之间（附着力）和/或

—单一涂层之间（内聚力）

防护涂层的附着力，应该包括两个方面，首先是涂层与基底金属表面的附着力（adhesion），其次是有机涂层本身的内聚力（Cohesion）。而我们现场检测时，检测结果体现的是破坏强度，而这个破坏强度取决于上述附着力和内聚力。

 

2、附着力与涂层耐久性的关系

通常来说。如果涂层的不能牢固地黏附于基底表面，再完好的涂层也起不到作用，如果涂层本身内聚力差，漆膜容易开裂而失去保护作用同，因而，附着力和内聚力共同构成了决定涂层保护作用的关键因素。

但是，由于涂层的防腐蚀性能受很多因素的影响（如表面处理、涂层厚度、涂层老化速度等等），因而，对于某个具体的防护涂层体系，得到好的附着力测试结果并不一定表明该防护涂层具有高的耐久性。

 

3、涂层附着力的测试方法和标准

关于防护涂料涂层附着力的测量、评估方法和验收准则，影响较大、采用较多的计有以下几个：

（1）、ISO16276-1 防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护—附着力的评估和验收准则-第1部分：拉开法测试

（2）、ISO16276-2 防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护－涂层附着力/内聚力（破坏强度）的评估和验收准则-第2部分：划格试验和划“X”试验

（3）、ISO 2409色漆和清漆—划格试验

（4）、ISO 4624色漆和清漆—拉开法测试附着力

（5）、ASTM D 3359 胶带法测试涂层附着力的标准试验准则（注：包括划X和划格）

（6）、ASTM D 4541 采用便携式附着力测试仪进行拉脱试验的标准试验方法

（7）、GB/T 9286 色漆和清漆—漆膜的划格试验（eqv ISO 2409:1992）

（8）、GB/T 5210 色漆和清漆—拉开法附着力试验（eqv ISO 4624:2002）

测试方法标准虽然很多，但总结一下也就是以下三种方法。各个标准大同小异，但我们还是要注意其不同点。

（1）划X法。在ASTM D 3359和ISO16276-2中进行了介绍，它们之间的主要差异如下：

—ISO16276-2引用了ASTM D 3359中的试验方法，但对结果的评级是相反的。

—ISO16276-2规定了检测抽样计划（即一个区域或工件要做多少次测试）和结果判定是否合格的验收准则。而ASTM D3359对此未做规定。因而ISO16276-2更适合现场测试。

（2）划格法。在ISO 2409、GB/T 9286、ASTM D3359和ISO 16276-2中进行了介绍，它们之间的主要差异如下：

—GB/T 9286-1986等效采用了ISO2409：1992，但后者已有2007修订版，两者在使用的胶带要求上有所不同。

—在划格间距上有差别：

ASTM D3359-09规定DFT为50微米及以下时，划格间距为1mm；大于50微米而不大于125微米时，划格间距为2mm；超过125微米时，建议采用划X法。而GB/T 9286和ISO2409对划格间距的规定如下：

0~60微米：硬底材，1mm间距。

0~60微米：软底材，2mm间距。

61~120微米：硬或软底材，2mm间距。

121~250微米：硬或软底材，3mm间距。

超过250微米时，划格法不适用。

—在操作手法上有差别：

ASTM D3359-09规定：在贴上胶带90±30 秒时间内，拿住胶带悬空的一端，并在尽可能接近180度，快速地（不是颠簸的）撕离胶带。

GB/T 9286和ISO2409规定：在贴上胶粘带5min内,拿住胶粘带悬空的一端并在尽可能接近60度的角度，在0.5-1.0秒内平稳地撕离胶粘带。

—ISO 16276-2引用了ISO2409中的试验方法，并规定了检测抽样计划和结果判定是否合格的验收准则。而ISO 2409、GB/T 9286、ASTM D3359均对此未做规定。因而ISO16276-2更适合现场测试。

（3）拉开法。在ISO 4624、GB/T 5210、ASTM D 4541和ISO16276-1进行了介绍，它们之间的主要差异如下：

—GB/T 5210-2006等效采用了ISO4624-2002。

—ISO 16276-1引用了ISO4624中的试验方法，并规定了检测抽样计划和结果判定是否合格的验收准则。而ISO 4624、GB/T 5210、ASTM D 4541均对此未做规定。因而ISO16276-1更适合现场测试。

 

二、划X法

值得注意的是：划“X”试验不受漆膜厚度的限制。并不是说只适用于干膜厚度高于125微米或250微米的情况。实际上，相关标准中对适用的最低和最高漆膜厚度均没有作出限制。

测试所要求的工具如下：

1、 切割刀具：锋利的刀片，比如美工刀、手术刀或其它适用的切割工具；

2、 胶带：25mm宽的半透明的透明压敏胶粘带（其粘结力应是经供应商和用户认可的）；

3、 其它辅助工具：直尺或其它导割工具（目的是保证切线平直）、橡皮擦以及照明灯源。

测试程序如下：

1、涂层表面要清洁干燥，高温和高湿会影响胶带的附着力；2、  浸泡过的样板要用溶剂清洗，但不能损害涂层，然后让其干燥；

3、用刀具沿直线稳定地切割漆膜至底材，夹角为30～45°，划线长40mm(1.5 in.)，交叉点在线长的中间；

4、用灯光照明查看钢质基底的反射，确定划痕到底材没有；如果没有，则在另一位置重线切割；

5、除去压敏胶带上面的两圈，然后以稳定的速率拉开胶带，割下75mm（3in.）长的胶带；

6、把胶带中间处放在切割处的交叉点上，用手指抹平，再用橡皮擦摩平胶带，透明胶带的颜色可以帮助我们看出与漆膜接触的状态密实程度；

7、 在90±30s内，以180°从漆膜表面撕开胶带，观察涂层拉开后的状态。

结果的评定如下：

标准中定义了五种状态供参考，通常认为5A－3A为附着力可接受状态。

5A：没有脱落或脱皮

4A：沿刀痕有脱皮或脱落的痕迹

3A：刀痕两边都有缺口状脱落达1.6mm

2A：刀痕两边都有缺口状脱落达3.2mm

1A：胶带下X区域内大部分脱落

0A：脱落面积超过了X区域

因ASTM D3359中没有图片，ISO 16276-2中给出的图片如下：

请注意：ISO16276-2和ASTM D 3359中对结果的评级是相反的。即5A=Level0；4A=Level1；3A=Level2；2A=Level3；1A=Level4；0A=Level5。

由于ASTM D 3359仅规定了基于一般用途的划“X”试验（方法），并没有关于结果的解释和说明，也没有验收准则。因而，为了便于现场测试和验收，ISO16276-2作出了一些规定，包括：

现场测试抽样计划：

表1：在一个检测区域内有效测量的最小次数

检测面积 m2	有效测量次数
≤1000	每250m2面积或每个部件，3次
>1000	5次，每增加1000m2或一个部件增加1次a
注a：建议分为更小的检测区域

当采用试板时，试板的数量应等于所对应的检测区域所需要的测量次数。

验收准则：

对于一个检测区域的验收，以下两条验收准则应满足：

—对于少于5次的测试，每个测试等级均应等于或优于规定的等级。

—对于5次或5次以上的测试，80%的测试等级应等于或优于规定的等级。对于20%中的每一测试等级，只有比规定的等级大1级的等级才是可以接受的。

对于每1000m2或一个部件，只有一个给出失败结果的测试才可以重做，而且只可以重做一次。

 

三、划格法

下面我们以ISO2409为例，介绍一下划格法

测试所要求的工具如下：

1、切割刀具：ISO 2409规定了锐刃角度为20-30度的几种刀具。对大于120微米的干膜厚度或较硬的涂层不容易平稳地切割漆膜，因此推荐使用单刃刀具。

2、胶带：25mm宽的半透明的透明压敏胶粘带（其粘结力应是经供应商和用户认可的）；

3、其它辅助工具：划格板或其它导割工具、橡皮擦以及照明灯源。

测试程序如下：

（1）   测量预备划格处的干膜厚度，以确定适当的切割间距；

（2）   以稳定的压力，适当的间距，匀速地切割漆膜直透底材表面；

（3）   重复以上操作，以90°角再次平行等数切割漆膜，形成井字格；

（4）   用软刷轻扫表面。以稳定状态卷开胶带，切下75mm的长度；

（5）   从胶带中间与划线呈平行放在格子上，至少留有20mm长度在格子外以用手抓着，用手指摩平胶带；

（6）   抓着胶带一头，在0.5~ 1.0s内，以接近60°角撕开胶带。保留胶带作为参考，检查切割部位的状态；

（7）    评级。

现场测试：

ISO16276-2对现场测试的规定如下：

测试之前，最近施工的防护涂料涂层须按制造商的建议进行干燥/固化。

如若没有制造商的建议，在测试之前，涂层须在通风良好的情况下至少干燥/固化10天，底材温度须超过15℃，相对湿度不超过80%。

测试之前至少24小时内的以下情况应进行监控和报告（表明评估条件是充分有效的）：

---天气情况，如气温和相对湿度；

---结构的表面温度；

---表面情况（湿润/干燥）。

试验时的以下情况应进行测试并报告：

---气温；

---相对湿度；

---结构的表面温度。

如果表面是湿的，须对其进行干燥，并在测试报告中注明表面是干燥的。

注：如果涂层暴露于高湿度的环境或水中，涂层将会吸收水分，这将降低其等级。经过干燥，除非涂层已经降级或是底材已腐蚀，否则在某种程度上其等级会再次提高。

标准说明，经各方同意，也可采用试板进行测试，试板应在与实际涂装的构件相同的条件下以相同的方式进行表面处理、涂装和固化/干燥，并应可以追踪到在构件上的位置。有两种调节试板的方法可供选择，分别为下面所描述的a)方法和b)方法。调节的任何方法应经涂料制造商同意，对方法的选择应经各相关方达成一致。

a)在测试前，经涂漆的试板在现场保存一天，然后移入标准环境条件（23±2℃，相对湿度50±5%）下存放至少10天。

b)在测试前，经涂漆的试板在现场保存至少10天，现场的大气条件应符合涂料制造商的建议，然后移入标准环境条件（23±2℃，相对湿度50±5%）下存放至少16小时。

在ISO 12944中规定，附着力须达到1级才能认定为合格；在GB 中，附着力达到1~2级时认定为合格。很多重大项目的防腐蚀涂装规格书中，规定测试样板的涂层附着力必须达到1级。

现场测试抽样计划：

表1：在一个检测区域内有效测量的最小次数

检测面积 m2	有效测量次数
≤1000	每250m2面积或每个部件，3次
>1000	5次，每增加1000m2或一个部件增加1次a
注a：建议分为更小的检测区域

当采用试板时，试板的数量应等于所对应的检测区域所需要的测量次数。

验收准则：

对于一个检测区域的验收，以下两条验收准则应满足：

—对于少于5次的测试，每个测试等级均应等于或优于规定的等级。

—对于5次或5次以上的测试，80%的测试等级应等于或优于规定的等级。对于20%中的每一测试等级，只有比规定的等级大1级的等级才是可以接受的。

对于每1000m2或一个部件，只有一个给出失败结果的测试才可以重做，而且只可以重做一次。

 

四、拉开法

下面我们以ISO4624-2002/GB/T 5210-2006为例，介绍一下拉开法：

测试所需要的工具如下：

1、拉开法测试仪器：

拉开法测试仪器有机械式、压缩空气式、液压式或手动式等多种类型。最典型的测试仪器有Elcometer 106型（手动机械式）和Elcometer 108型（液压式）以及PAT M01（液压式）。

 拉开法测试仪器的性能最重要的一点，是要确保在施加拉力过程中能否保证拉力同轴心以及施加的拉力是否均匀。这对测试获得的数据有重大影响。手动机械式的测试结果数据通常比液压式要低就是因为其难以保证拉力同轴心以及施加的拉力均匀。因而，建议尽可能要用液压式拉开法测试仪器。

1、胶粘剂：

最常用的胶黏剂有两种，环氧树脂胶和快干型氰基丙烯酸酯胶黏剂。环氧胶黏剂在室温下要24小时后才能进行测试，而快干型氰基丙烯酸酯胶黏剂室温下15分钟后即能达到测试强度，建议在2小时后进行测试。

2、其它辅助工具：

砂纸：用于将与与胶粘剂接触的涂层及试柱表面砂毛以保证黏着牢固；

透明胶带：主要是用来固定刚黏上的试柱，以免胶黏剂没有固化到一定牢度而使圆柱偏离原来的黏着位置。

切割刀具：用来切割试柱周边的涂层与胶黏剂，直至底材，这样可以避免周边涂层影响附着力的准确性。

 

测试程序如下：

测试程序和方法如下：

（1）   试柱端面用240-400目细度的砂纸砂毛，使用前用溶剂擦洗除油；

（2）   测试部位用溶剂除油除灰；

（3）   按正确比例混合双组份无溶剂环氧胶粘剂，再涂抹上铝合金圆柱，压在测试涂层表面，转向360°，确保所有部位都有胶粘剂附着；

（4）   用胶带把试柱固定在涂层表面，双组份环氧胶粘剂在室温下要固化24小时；氰基丙烯酸胶粘剂按说明书的要求（15分钟后达到强度，最好在2小时测试）；

（5）   测试前，用刀具围着试柱切割涂层到底材；

（6）   用拉力仪套上试柱，拉开应力应垂直施加于涂漆底材平面，并应以不超过 1MPa/S 的均匀速率增加，拉脱发生在 90S 内。记录下破坏强度（MPa），观察并记录破坏状态。用百分比表示出涂层与底材、涂层之间、涂层与胶水以及胶水与圆柱间的附着力强度及状态；

（7）   为了便利起见，ISO4624中规定了一系列符号来描述破坏形式：

A  =     底材的内聚力破坏

A/B      =     底材与第1道漆间的附着力破坏

B  =     第1道漆的内聚力破坏

B/C     =     第1道涂层与第2道涂层间的附着力破坏

n   =     多道涂层系统中第n道涂层的内聚力破坏

n/m      =     多道涂层系统中第n道涂层与第m道涂层系统的附着力破坏

-/Y =     最后1道涂层与胶黏剂间的附着力破坏

Y   =     胶黏剂的内聚力破坏

Y/Z       =     胶黏剂与测试圆柱间的附着力破坏

附着力的强度以MPa来表示，在常用的Elcometer 108上面显示的是MPa。比如一个涂层系统的拉开应力为20MPa，在圆柱上面和第一道涂层上有30％的涂层内聚力破坏，第一道涂层与第二道涂层的附着力破坏达到70％的圆柱面积，则可以表述为：

20MPa，30％B，70％B/C

注：ISO16276-1中有以下规定：

如果测量值超过所规定的值，则测试可不考虑破坏类型。

在测试过程中一旦出现测量值超过规定值的情况，可不再继续进行到直至破坏出现。

如果拉开强度低于规定值，按以下要求确定哪些是有效的测试：

—如果超过 20%面积的破坏是发生在试柱端面与粘结剂间和/或粘结剂的内聚力破坏和/或粘结剂与面漆间[（ Y/Z）和/或（ Y）和/或（ -/Y） ]，这次测试是无效的并应该重做。

确认内聚力或附着力破坏，相关的破坏面积应大于试柱端面面积的 80%。

现场测试：

ISO16276-1中，关于现场测试的内容台下:

在测试前，所测试的涂层应按制造商的建议充分固化和干燥。。

在测试前 24 小时内的以下情况应该受到监控和报告（评估条件是否满足测试条件的说明）：

—天气情况，如气温和相对湿度；

—涂漆构件的表面温度；

—表面状况（湿/干）。

在测试时的以下情况应该进行测量和报告：

—气温；

—相对湿度；

—涂漆构件的表面温度。

如果表面是湿的，应使其干燥，所采用的干燥措施等情况应该记入报告中。

在使用前，检查测试仪器处于良好可使用状态。

测量拉力增加速率以确保符合要求。

在测试前，清理试柱和防护漆涂层表面。清理程序包括彻底的油脂去除。

为降低粘结失败的可能性，应对试柱面（例如，采用喷射清理）和防护漆涂层表面（例如，采用细砂纸）进行打磨。如果采取了这类打磨措施，随后应清洁表面。

在试柱的端面薄而均匀地涂上足够的粘结剂以确保其与涂层的良好粘结。避免使用过多的粘结剂。粘结剂如果没涂均匀，可能导致拉开力不是垂直地施加于涂层表面。

遵照所采用的粘结剂的说明书，确保正确使用粘结剂。

采用规定的切割装置，沿试柱四周切割涂层直至底材，将受测试部位和涂层其它部分分开。

在经规定时或经相关各方达成一致时，也可以在和结构同时、以同样方式涂漆的试板上进行测试。

 

现场测试抽样计划：

ISO16276-1中规定了某检测区域所需要的有效测量的最少数量

检测面积m2	有效测量的数量
≤ 1000	对于每 250 m2面积或每个部件，  3 次
>1000	12 次，另外每 1000 m2面积或每个部件加  1 次

验收准则：

对检测区域的验收，应遵循以下准则：

a)导致基材与底漆（ A/B）附着失效的拉开强度值应等于或大于规定值；

b)当在某单个检测区域进行了 10 次或更多测量时，不超过十分之一的拉开强度值处于规定值的 20%-60%之间。

c)测量的拉开强度值的三分之二应等于或大于规定值，另外，余下的三分之一的值应等于或大于规定值的 60%。

试验报告：

试验报告应包含以下内容：

a)需要用于定义所测试的防护涂料涂层的所有信息，包括但不限于：涂料的批号、涂

层厚度（例如：按 ISO 19840 的测量值）、干燥/固化条件和时间、包括在试验前 24 小

时的状态；

b)注明参照的标准；

c)所有关于所用的拉开强度试验装置的信息，以及所有证实该装置适用性的验证数据；

d)所有关于基材的信息；

e)所有关于基材的表面处理的细节；

f)所用的粘结剂以及干燥/固化时间和温度；

g)所有关于确定检测区域的信息；

h)对于每个检测区域，是否符合验收准则的说明；

i)测量的结果，按第 7 条的规定表述（包括必要时提供失效部位和试柱端面的照片）；

j)在测试时的环境温度、相对湿度和基材表面温度；

k)检测日期；

l)检测者的姓名。

 

五、相关问题

1、究竟涂层的附着力应该是多少能算合格呢？

这个问题很大，比较难回答。因为附着力与以下很多因素（不限于）相关：

（1）、表面类型和表面处理；

粗糙、清洁的表面更容易获得好的附着力。而涂层对镀锌面、机加工面、不锈钢、铝等光滑或低粗糙度表面的附着力更难些。

（2）、涂料种类和涂层体系组成；

不同类型油漆的附着力和内聚力是有差异的。同类型油漆不同配方也会有差异。如无机富锌底漆涂层通常≥3MPa就不错了，而环氧类涂料很容易获得≥5MPa的附着力，一些改性环氧漆的附着力可以达到10MPa以上甚至更高。

（3）、测试方法和所用仪器类型与性能；

比如，薄、软的涂层用划格法测试会取得好的结果，而采用拉开法则可能获得的结果很差。厚、硬的涂层采用划格法测试可能结果很差，而采用拉开法则可能获得很好的结果。同样采用划格法测试，20um和50um（划格间距均为1mm）的涂层相比，20um的涂层更易获得好的则试结果。同样采用拉开法测试时，液压式测试仪比手动机械式测试仪获得的数据往往要高得多。

（4）、涂装环境、涂装过程控制、涂层养护、测试环境条件等等；

如：在有油、潮湿结露的表面涂漆会影响附着力。对于前道为高度交联固化型的涂层，超过最长覆涂间隔会影响后道面漆的附着。无机富锌底漆涂装后养护时间长有利于提高附着力。如果涂层暴露在高湿环境或水中，它会吸水，拉开强度值可能会下降。

 

具体到某个项目某个结构，技术规格书中如果规定了要进行涂层附着力测试，也应相应规定所必须达到的结果和验收准则。如果有规定，当然应该经遵从技术规格书中的规定。当然，这个规定应该是合理的。如果相关各方对其规定有异议，应在工前会议上提出。

我们也不妨来看看相关标准规范对此是如何规定的：

（1）、ISO12944色漆和清漆－防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护

《ISO12944-6色漆和清漆－防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护－第6部分：实验室性能测试方法》中，对测试用试板涂层在投入老化试验前的要求如下：

测试方法：ISO2409（划格法）

要求：0或1级

如果涂料体系的干膜厚度超过250μm，应采用以下的附着力测试方法取代ISO2409：

测试方法：  ISO 4624（拉开法）       

要求：没有低于5MPa的从底材上的附着破坏（A/B）。

当然，这是针对实验室测试，而并不是针对现场测试结果要求。

（2）、NORSOKM501中，对各类涂层体系的附着力也有相应规定。如：一般要求热喷涂金属涂层不低于7MPa，有机涂层的附着力至少要求达到5.0MPa。对于防火涂层，水泥型的要求达到2.0MPa，对于环氧类产品要求达到3.0MPa。

（3）、《JT/T722-2008 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》中规定：涂料涂层附着力，当检测的涂层厚度不大于250μm时，各道涂层和涂层体系的附着力按划格法进行，不大于 1 级；当检测的涂层厚度大于250μm时附着力试验按拉开法进行，涂层体系附着力不小于3MPa。用于钢桥面的富锌底漆涂层附着力不小于5MPa。

（4）、《NB/T31006-2011 海上风电场钢结构防腐蚀技术标准》中规定按ISO16276-1的规定进行抽样和测量：无机富锌涂层体系附着力≥3MPa，其它涂层体系≥5MPa。

还有一些标准和规范对涂层体系的附着力有要求或规定。

总结一下：

（1）、具体到某个项目的某个涂层体系，如果技术规格书中有规定，则按其规定进行测试和结果判定。如果技术规格书中没有规定，可参照相关标准规范中的规定。

（2）、划格、划X法虽然仪器和操作简单方便，但准确性并不高，得到的结果用于涂层体系的性能评估并不准确。除非针对很薄的涂层（个人认为<120微米时可以用用），否则宜尽量不用。

（3）、如果技术规格书中规定了附着力指标（比如不低于1级或≥5MPa），现场测试时要求每一个测试点都达到也是不太可能的，因而，ISO16276中规定的验收准则更为合理（其允许部分测量结果不达到规定值）。