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接着強度の測定

参考とした製品

デフェルスコは、さまざまな基材に塗布された塗膜の付着強度を測定するのに最適なポータブル測定器を製造しています。

計測の課題

基材との接着強度が異なる塗膜の引き剥がし強度を正確に測定すること。   

粘着力測定ソリューション

 この PosiTest AT 剥離付着強度試験機と、dolly の適切なサイズの選定により、オペレーターは、あらゆる硬質基材に塗布されたほとんどの種類のコーティングの接着強度を正確に測定することができます。予想される引張剥離付着強度と業界標準は、用途に適した機器を決定する上で重要な2つの要素です。

この PosiTest AT 本モデルは、付属の20 mmdollies (金属、木材、プラスチックのコーティング測定に一般的に使用される)を用いて、最大3000 psi(20 MPa)の剥離強度を測定するように設計されています。現在、手動式と自動式の2つのモデルをご用意しています。

PosiTest  (AT-A)とPosiTest  (AT-M)の両方の接着試験機の写真

より高い引き剥がし強度が求められる場合、 PosiTest AT 特注サイズのdollies と組み合わせて使用することで、より高い引き剥がし強度を実現できます。例えば、14 mmのdolly は、20 mmのdolly の2倍の引き剥がし強度を発揮します。14 mmのdollies を使用すれば、 PosiTest AT 最大6000 psi(40 MPa)の引張強度を達成できます。同様に、10 mmのdolly は、20 mmのdolly の約4倍の引張強度を提供します。10 mmのdollies を使用すれば PosiTest AT 最大10000 psi (70 MPa)の引張強度を実現できます。標準で付属する20 mmのdollies を使用する場合、PosiTest AT は最大3000 psi (20 MPa)の引張強度を提供するように設計されています。 特注のdollies を使用する場合、オペレーターはdolly のサイズを選択するだけで、PosiTest AT が実際の引き抜き強度を自動的に計算して表示します。DeFelskoが一般的に提供している10、14、20、および50 mmのdollies は、下の図に示されています。

この PosiTest AT オプションの50 mmアクセサリーキットを併用すれば、コンクリート上のコーティングなど、500 psi(3.5 MPa)未満の低い引張剥離強度の測定に最適です。 このアクセサリーキットには、50 mmのdollies が含まれており、これはコンクリート上の塗膜の引張接着強度試験に関わるほとんどの仕様で標準的に採用されています。コンクリート上で試験を行う場合、一般的な破断は塗膜とコンクリートの間ではなく、コンクリート内部での凝集破断です。dolly の周囲を適切に切断することで、本装置は未塗装のコンクリートや補修コンクリートの引張強度の測定にも使用できます。

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粘着試験の背景

粘着力測定とは

プルオフ付着性試験とは、垂直方向に引張力を加えたときに、塗膜が基材から剥離する抵抗力を測定するものである。 コーティングされた基材には、通常、金属、プラスチック、コンクリート、木材、ガラスなどがあります。 コーティング、仕上げ、ライニングは様々で、塗膜、粉体塗装、UV硬化、セラミック、エポキシ、アスファルト(タールエナメル、アスファルトマスティック)、熱可塑性樹脂(ポリエチレン、ビニール、プラスティソル)、ラミネート、ラッカー、ワニス、特殊樹脂(ウレタン、フルオロカーボン、フェノール、ポリエステル)、エラストマー、無機(ガラス、亜鉛、鉛)などがあります。

規格において、業界や用途ごとに定義された合格・不合格基準はごくわずかです。接着試験の期待される結果は、多くの場合、関係者によってあらかじめ定められています。使用する装置の精度や再現性によって、装置やメーカー間で大きなばらつきが見られます。こうした望ましくないばらつきを最小限に抑えるためには、せん断力(被膜に対して垂直ではなく平行に作用する力)を最小限に抑えることができる接着試験機を使用することが極めて重要です。 PosiTest のAT シリーズは、この目的のために特別に設計されています。この装置は、球面関節式dolly ヘッドを利用した自動位置合わせ機能を備えており、アクチュエータ内の小さなベアリングのリングによって常に垂直方向に引っ張られるようになっています。

なぜ粘着力測定なのか?

接着性試験は品質管理のために行われることもありますが、より一般的には業界標準や顧客仕様に準拠するために実施されます。 アプリケーションによって、強力な接着性を維持するための具体的なニーズは異なります。 コーティングの用途は、消費者向け製品から大規模な建設プロジェクトまで多岐にわたりますが、共通しているのは、早期の接着不良が大きなコストをもたらす可能性があるということです。 自動車業界では、あるモデルのミニバンの塗装が剥がれたことがよく知られています。この問題はよく報告されていますが、最終的には使用したスプレー式プライマーが原因だとされました。 熱や直射日光にさらされ続けると、プライマーがふやけて塗装がはがれ落ちてしまったのです。 ライフサイクル試験や環境試験と密着性試験を組み合わせることで、開発段階で重大な保証クレームや評判の失墜を回避できたはずです。

建設および維持管理作業において、鋼材を保護するために使用されるエポキシコーティングは、摩耗や腐食を防ぐために強力な密着性が求められます。500,000 ft²(45,000 m²)規模の橋梁などの大規模プロジェクトで施されたコーティングに不具合が生じると、多大な手直し費用や訴訟費用が発生し、請負業者に恒久的な経済的損害をもたらす可能性があります。サンフランシスコのゴールデンゲートブリッジの維持管理を担当する企業は、PosiTest (AT )を購入しました。  このような橋の維持管理は年間を通じて行われるものであり、不必要な修理や手直しに費やす余裕は一切ありません。

 

コーティングの設計段階やその塗布プロセスにおいては、接着性能を試験・検証するために、接着試験がしばしば用いられます。  例えば、技術記事『熱噴射コーティングにおけるシーラーの付着性¹』では、PosiTest (AT )を用いて、熱噴射コーティングにおける天然の酸化物シーラーと、実際に浸透型シーラーコートを使用した場合の付着強度を定量的に比較しています。浸透型シーラーの引き剥がし試験の結果、酸化物シーラーに比べて183%の向上が見られ、その付着性の利点が明確に定量化されました。

 

接着試験は、コーティングの性能を実証するためにも利用されており、これは契約交渉における潜在的な要件となる場合があります。Amchem Products社のウェブサイトに掲載されているアプリケーションノートで指摘されているように、 マウンド型弾丸タンク2において、PosiTest (AT )が386/9000の検証プロセスの一環として使用されました。Purethane®は、大型の鋼製マウンド型LPG弾丸タンクへのコーティングを目的としたポリウレタンコーティングです。ASTM規格D-4541に準拠することで、Amchem社は自社製品が関連するNACE規格のすべての要件を満たしていることを実証することができました。

 

確立された塗装工程であっても、多くの要因が塗膜の付着強度に影響を及ぼす可能性があります。 プロセスパラメータの一見小さな変化が、塗膜と基材との間の接着強度に大きな影響を与えることがあります。 で説明したように 仕上げ塗装システムの接着性と試験方法3機械的および化学的な接着強度に影響を及ぼす可能性のある変動要因には、塗布する塗膜の厚さ、塗装時の気候条件、硬化時間と温度、基材と塗膜の含水率、不適切な表面処理方法、表面の汚れ、基材の密度、塗料の配合、準備および混合パラメータなどがあります。  

市場はどこにあるのか?

この記事で説明したように、付着性試験の市場は、コーティングとアプリケーションプロセスの開発とテストを行う研究開発ラボから、実際のコーティングの適用とテストに関わる請負業者、コーティング業者、仕上げ業者、検査官まで、多岐にわたっています。  

業界仕様

ミリタリー

MIL-A-8625 アルミニウムおよびアルミニウム合金用陽極酸化皮膜処理剤

MIL-STD-171Standard for Finishing and Treating Surfaces.

ASTM

ASTM D4541Standard ポータブル密着性試験機による塗膜の引き剥がし強さの試験方法

ASTM D5179Standard 直接引張試験によるプラスチック基材への有機塗料の付着力測定用試験方法

ASTM C633Standard 溶射皮膜の付着力または凝集力に関する試験方法

ASTM C1583Standard 直接引張法によるコンクリート表面の引張強さおよびコンクリート補修・オーバーレイ材料の接着強さまたは引張強さに関する試験方法(プルオフ法).

ASTM D7234Standard ポータブルプルオフ付着性試験機によるコンクリート上の塗膜のプルオフ付着強度の試験方法

国際規格

ISO4624 塗料及びワニス - 接着力に関するプルオフ試験

参考文献

1JPCL論文「溶射皮膜へのシーラーの付着」ジョン・J・クロウ、マイケル・J・マコスキー、G.P.I. (p.35, December 2003)

2AmchemProducts Pvt Ltd.のウェブサイトアプリケーションノート「Mounded Bullet Tanks」(英語)。

3WoodDigestのFinishingの記事「Finish Coatings System Adhesion and Test Methods」Phil Stevenson, American Wood Finishing Institute (p.18, December 2003)が掲載されています。

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