硬度測試方法

1、硬度測試方法1引言 涂膜硬度是涂膜抵抗諸如碰撞、壓陷、擦劃等機 械力作用的能力；是表示涂膜機械強度的重要性 能之一；也是表示涂膜性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之 一。涂膜硬度與涂料品種及涂膜的固化程度有 關(guān)。油性漆及醇酸樹脂漆的涂膜硬度較低，其它 合成樹脂漆的硬度較高。涂膜的固化程度直接影 響涂膜的硬度，只有完全固化的涂膜， 才具有其 特定的最高硬度，在涂膜干燥過程中，涂膜硬度 是干燥時間的函數(shù)，隨著時間的延長，硬度由小 到大，直至達到最高值。在采用固化劑固化的涂 料中，固化劑的用量影響涂膜硬度，一般情況下 提高固化劑的配比，使涂膜硬度增加，但固化劑 過量則使涂膜柔韌性、耐沖擊性等性能下降。一 些自干型涂

2、料，以適當(dāng)?shù)臏囟群娓桑谝欢ǔ潭?上能提高涂膜硬度。涂膜硬度是涂料、涂裝的重 要指標(biāo)，大多數(shù)情況下屬于必須檢測的項目。2鉛筆硬度測定法鉛筆硬度法是采用已知硬度標(biāo)號的鉛筆刮劃涂 膜，以能夠穿透涂膜到達底材的鉛筆硬度來表示 涂膜硬度的測定方法。國家標(biāo)準 GB/T 6739 1996涂膜硬度鉛筆測定法規(guī)定了手動法和 試驗機法2種方法，該標(biāo)準等效采用日本工業(yè) 標(biāo)準JIS K5400-90-8.4涂料一般試驗方法一鉛筆刮劃值。標(biāo)準規(guī)定采用中華牌高級繪 圖鉛筆，其硬度為 9H、8H、7H、6H、5H、 4H、3H、2H、H、F、HB、B、2B、3B、4B、 5B、6B共16個等級，9H最硬，6B最軟。測試

3、用鉛筆用削筆刀削去木質(zhì)部分至露出筆芯 約3 mm，不能削傷筆芯，然后將鉛筆芯垂直于 400#水砂紙上畫圓圈，將鉛筆芯磨成平面、邊 緣銳利為止。試板為馬口鐵板或薄鋼板，尺寸為50 mm xi20mm x(0.2 0.3) mm 或 70 mm X150 mm x(0.45 0.80 ) mm，按規(guī) 定方法制備涂膜。2.1手動法采用手動法測試時，握住已削好的鉛筆，使其與 涂層成45 以鉛筆芯不折斷為度，按約1 cm/s 的速度在涂層上向前推壓刮劃約1 cm。每刮劃 一道要對筆芯尖端重新研磨，同一硬度鉛筆重復(fù) 刮劃5道。涂膜刮破情況：在5道劃痕中，如有2道或2道 以上未刮劃到樣板的底板或底層涂膜時，

4、 則換用前一硬度標(biāo)號的鉛筆試驗，直至找出涂膜被刮破2道或2道以上的鉛筆，這個鉛筆硬度標(biāo)號的 后一位標(biāo)號即為刮破涂膜的鉛筆硬度。涂膜擦傷情況：在5道劃痕中，如有2道或2道 以上涂膜未擦傷時，換用前一硬度標(biāo)號的鉛筆進 行試驗，直至找出涂膜被擦傷 2道或2道以上 的鉛筆，這個鉛筆硬度標(biāo)號的后一位標(biāo)號即為擦 傷涂膜的鉛筆硬度。擦傷是指涂膜表面有微小刮 痕，但由于壓力使涂膜凹下去的現(xiàn)象則不作考 慮。如果試驗處涂膜無傷痕，可用橡皮擦除去碳粉，以對著垂直于刮劃方向與試板面成 45。目視 檢查，能辨認的傷則為擦傷。結(jié)果評定時按刮破 與擦傷2種情況，評定漆膜刮破或擦傷時的鉛 筆硬度2.2試驗機法在鉛筆硬度試驗機

5、上固定好試板，鉛筆固定在鉛 筆夾具上。調(diào)節(jié)平衡錘使鉛筆荷重處于平衡狀 態(tài)，固定連桿，加載(1.00 0.05)kg重物后 使鉛筆芯尖端接觸涂膜，重物荷重加到鉛筆尖端 上。搖動手輪，以0.5 mm/s的速度使試板向 鉛筆芯反方向水平移動3 mm ，使筆芯刮劃涂膜 表面。挪動試板至與移動垂直的方向刮劃 5道, 每道刮劃后重新磨平鉛筆芯。漆膜刮破和擦傷情 況評定同手動法。GB/T 6739 1996版標(biāo)準 對GB/T 6739 1986 版標(biāo)準進行修訂時，無 論試驗機法和手動法的結(jié)果評定，均由前版的一 種評定方法：未犁傷涂膜時的鉛筆代表所測涂膜 的鉛筆硬度，改為新版的 2種評定方法：涂膜 刮破或涂膜

6、擦傷時的鉛筆硬度代表所測涂膜的鉛筆硬度。這項標(biāo)準已實施十多年了，但遺憾的 是行業(yè)仍普遍采用前版的一種評定方法，即未刮 破涂膜時的鉛筆代表所測涂膜的鉛筆硬度。采用手工方法對不同的操作者可能會得到不同的結(jié) 果，故作為仲裁試驗應(yīng)采用試驗機法。3擺桿硬度測定法擺桿硬度測定法的工作原理是接觸涂膜表面的 擺桿以一定周期擺動時，如表面軟則擺桿擺幅的 衰減快，表面硬則擺幅的衰減慢。GB/T 17301993涂膜硬度測定法擺桿阻尼試驗規(guī)定 了在色漆和清漆涂層上進行擺桿阻尼試驗，測定 其阻尼時間的標(biāo)準方法。標(biāo)準規(guī)定了 A和B 2 種方法，A法采用科尼格（Konig ）和珀薩茲（Persoz）2種擺桿式阻尼試驗儀，

7、B法采用雙擺桿式阻尼試驗儀。A法系等效采用國際標(biāo)準ISO1522 : 1973色漆和清漆擺桿阻尼試驗。 由于各種擺的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、尺寸、擺動周期及擺 幅不同，外加擺桿與涂層間的相互作用還取決于 涂層具有的復(fù)雜的彈性和黏彈性，由此各種擺的 測定結(jié)果之間不可能建立起相互間的換算關(guān)系， 因而在測定擺桿硬度時，只規(guī)定使用一種擺桿 儀。由于各種擺的測定結(jié)果均反映了涂層阻尼時 間對環(huán)境的敏感性，因此，試驗應(yīng)在控制溫濕度 條件、處于無氣流影響的情況下進行。 而且涂層 厚度及底材材質(zhì)也能對阻尼時間帶來影響。3 .1 A法 科尼格和珀薩茲擺桿阻尼試驗 通?？颇岣駭[的阻尼時間接近珀薩茲擺的一半。在摩擦系數(shù)低的表面上

8、，珀薩茲擺可能打滑。試板為100 mm x 100 mm x 5 mm 的浮法 玻璃或拋光平板玻璃，按規(guī)定制備涂層，并將干燥試板放置在(23 2 )C,相對濕度(50 5) %的條件下至少16 h。它們的主要結(jié)構(gòu)均由 一橫桿與一開口框架相連，橫桿下面均嵌入2個 用作支點的鋼球，框架下端成一個指針式的尖 端?？颇岣駭[總質(zhì)量為(200.0 0.2 ) g，擺桿橫桿下面2個鋼球的直徑為(5.0000.005 ) mm ,硬度 HRC63 3,珠距(30.0 0.2 ) mm，可通過移動與橫桿垂直的連接桿上 的滑動重錘來調(diào)節(jié)擺的固有擺動周期。在拋光平 板玻璃上，擺桿從6。擺幅衰減至3。的阻尼時間應(yīng)為(

9、250 10 ) s，擺動周期為(1.400.02 ) s。珀薩茲擺總質(zhì)量為(500.0 0.1 )g ,擺桿橫桿下的2個不銹鋼珠直徑為(8.000 0.005 ) mm ,硬度 HRC59 1 ,珠距(50 1) mm。擺靜止時，重心應(yīng)在支軸下(60.0 0.1 ) mm 處，指針尖端在支軸下(400.00.2)mm處，在拋光平板玻璃上，擺桿從12 擺幅衰減至4。的阻尼時間應(yīng)為420 s，擺動周期 為(1.000 0.001)s。用于支撐試板和擺桿的儀器座上，設(shè)有一個垂直支承桿，并與一個具 有工作平面的水平臺相連接，尺寸通常為95mm x 110 mm ，厚度不小于10 mm。當(dāng)擺 桿離開水

10、平工作臺時，有一框架支承擺桿，并在 座內(nèi)安有機械裝置可使擺桿無振動地落在試板 上。測試前，將拋光玻璃板置于儀器水平工作臺 上，用水平儀調(diào)至水平。用乙醚潤濕的軟綢布(或 棉紙)擦凈支承鋼珠，將擺桿處于與試板相同的 環(huán)境條件下10 min。測試時，被測試板涂層向上，放置于水平工作臺上，使擺桿慢慢降落到試 板上。在支軸沒有橫向位移的情況下，將擺桿偏 轉(zhuǎn)一定角度（科尼格擺6。，珀薩茲擺12 ）停在 預(yù)定的停點處。松開擺桿，啟動秒表，記錄擺幅 由6 到3 （科尼格擺）或由12 到4 （珀薩茲 擺）的時間（s）。在同一試板的不同位置測量 3 次。涂層阻尼時間以3次測量值的平均值表示。3.2 B法雙擺桿阻尼

11、試驗涂層硬度以一定質(zhì)量的雙擺置于被試涂層上，在規(guī)定擺動角范圍內(nèi)擺幅衰減的阻尼時間與在玻璃板上同樣擺動角范圍內(nèi)擺動衰減的阻尼時間之比來表示。雙擺桿總質(zhì)量為（120 1）g， 擺桿上端至下端長度為（500 1）mm。在未 涂漆玻璃上擺桿擺動角從 5 至2。的阻尼時間應(yīng)為（440 6） s。支撐擺桿和試板的儀器座上 設(shè)有一個很重的垂直支承桿，并與一具有工作平 面的水平臺相連，當(dāng)擺桿離開水平工作臺時，有 一框架支承擺桿，座內(nèi)安有機械裝置可使擺桿無 振動地落在試板上。底座前裝有一塊能表示擺桿 偏離靜止中心角度的標(biāo)尺，標(biāo)有 5。至U2 。標(biāo)尺 零位與擺靜止時擺尖處于同一垂直位置。 試板為 玻璃板，90 m

12、m X 120 mm X （1.2 2.0 ） mm，按規(guī)定制備涂層，將干燥試板在（23 2廠C,相對濕度（50 5） %條件下放置16 h。 測試前，將玻璃板置于儀器水平工作臺上，用水 平儀調(diào)至水平。用乙醚潤濕的軟綢布（或綿紙）擦凈支承鋼珠，將擺桿處于與試板相同的環(huán)境條 件下10 min。測試時，被測試板涂層向上，放 置于水平工作臺上，使擺桿慢慢降落到試板上, 擺桿支點距涂層邊緣不少于20 mm。在支軸沒有橫向位移的情況下，將擺桿偏轉(zhuǎn)，停在5.5處。松開擺桿，擺至 5。時啟動秒表，記錄擺幅 由5。至眩。的時間6）。在同一試板的不同位置 測量3次，計算3次結(jié)果的平均值。涂層硬度按下式計算：X

13、二to式中：t擺桿在涂層上的擺動阻尼時間,S；to 擺桿在玻璃板上的擺動阻尼時間，s4壓痕試驗法 涂層的壓痕試驗是指抵抗壓頭壓入涂層的能力在一定的荷載下，涂層硬度越高，其抵抗壓頭壓 入涂層的能力就越強，涂層的壓痕就越小。國家 標(biāo)準GB/T 9275 1988色漆和清漆巴克霍爾 茲壓痕試驗規(guī)定了用巴克霍爾茲壓痕儀對涂層 進行壓痕試驗的方法。該標(biāo)準等效采用國際標(biāo)準 ISO2815:1973色漆和清漆巴克霍爾茲壓痕試 驗。當(dāng)壓痕儀在規(guī)定條件下施壓時，即形成壓 痕長度，以壓痕長度倒數(shù)的函數(shù)表示抗壓痕試驗 的結(jié)果。當(dāng)要求涂層的抗壓痕性提高時，抗壓痕值就增大。壓痕裝置由矩形金屬塊、壓痕器和2個尖腳組成。整

14、個裝置重(1 000 5)g。壓痕器和2個尖腳在裝置上的位置要使儀器放在 平面上時穩(wěn)定。壓痕器的有效負荷為(500 5) g。壓痕器具有尖銳刀刃的工具鋼金屬輪、壓痕 器轉(zhuǎn)動軸使金屬輪可以轉(zhuǎn)動。試板為玻璃板，90 mm x 120 mm x（2 3） mm。按規(guī)定制 備涂層。將干燥試板在（23 2）C,相對濕 度（50 5）%條件下放置16 h。測試時，試 板涂層向上，放在試驗臺平面上，將壓痕器輕放 在試板的適當(dāng)位置。輕放時首先使尖腳與試板接 觸，然后小心放下壓痕器。放置（30 1）s， 抬起壓痕裝置時先使壓痕器后尖腳離開涂層。移 去壓痕器后在（35 5）s內(nèi)用顯微鏡觀測壓 痕產(chǎn)生的影響長度，精

15、確到0.1 mm。在同一試 板的不同位置進行5次試驗，取其平均值?？箟汉坌裕?00/L，式中：L為試驗平均值修約 后的壓痕長度，mm。由于壓痕深度取決于涂層厚度，只有在涂層厚度 符合規(guī)定值時，測得的抗壓痕性才有效。 除巴克 霍爾茲壓痕器以外， 還可采用努普（Knoop ） 壓頭和芬德（Phund ）壓頭在壓痕硬度計上進行 壓痕試驗。努普壓頭是金鋼石錐體，芬德壓頭是 半球形石英壓頭或藍寶石壓頭，前者提供的硬度 值以努普硬度數(shù)（KHN ）表示，后者提供的硬 度值以芬德硬度數(shù)（PHN ）表示。努普硬度數(shù) 的精確度較芬德硬度數(shù)高。5劃痕試驗法劃痕試驗是在劃針上加一定的負荷進行試驗，按 特定的要求評價涂

16、層性能（通過或不通過），或 者逐漸增加劃針上的負荷，測定劃透涂層所需要 的最小負荷。GB/T 9279 1988色漆和清漆 劃痕試驗規(guī)定了在標(biāo)準條件下測定色漆和清漆 的單一涂層或復(fù)合涂層體系抗劃針劃透性能的 試驗方法。該標(biāo)準等效采用ISO 1518:1973色 漆和清漆劃痕試驗。試板為125 mm x 50mm 的馬口鐵板、薄鋼板或硬鋁板，按規(guī)定進 行表面處理和涂漆。干燥后試板應(yīng)在（23 2） C,相對濕度（50 5） %的條件下放置 16 h。劃痕試驗儀有自動型和手動型 2種，自 動試驗儀應(yīng)包含滑板、劃針及其夾桿、支架、底 座和馬達等部分。劃針有一直徑1 mm的淬火 鋼質(zhì)半球形針頭，可用滾珠

17、軸承的鋼珠焊接到劃 針桿上制成。試驗是在規(guī)定的環(huán)境條件下進行 的，溫度為（23 2 ）C，相對濕度為（50 5） %。測定單一固定負荷和復(fù)層系統(tǒng)固定負荷 時，先用30倍放大鏡檢查劃針頭應(yīng)無明顯的磨 傷和污物。將劃針固定在夾頭上，試板涂層向上， 將其夾緊于儀器的滑動板上，試板長邊應(yīng)平行于 劃痕方向，用砝碼在劃針上方支架上加一定負 荷，開動儀器（或用手推動儀器滑動板），在試 板涂層上劃出劃痕。取下試板，用放大鏡檢查涂 層是否被劃穿露底，或用電工儀器檢查導(dǎo)電性來 判斷。測定劃透涂層最小負荷時，在劃痕儀上先 加較小負荷，然后逐漸增加負荷，直到涂層被劃 透為止。每次劃痕均應(yīng)在試板未劃部分進行。最 后在未劃部分用最后負荷進行