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塗膜の密着性に関する試験方法

参考とした製品

塗料が十分な性能を発揮するためには、塗布された基材と密着している必要があります。塗料が基材にどの程度接着しているかを調べるには、さまざまな認識方法があります。一般的に使用される測定方法は、ナイフや引き剥がし式付着性試験機で行われます。試験後は、接着不良が接着性(塗膜と基材の界面での不良)、凝集性(塗膜または基材内での不良)、接着不良(接着剤自体が目に見えて剥離する)のいずれであるかを記録することが重要です。多くの国内および国際規格は、破壊の性質を記録することを要求しています。

接着剤破壊の種類を示すイラスト。凝集破壊、接着破壊、接着剤破壊

ナイフテストとは?

この簡単なテストでは、カッターナイフを使って塗膜をつまみ出します。この試験で、塗膜と基材、または基材と他の塗膜(マルチコートシステム)の密着性が、一般的に適切なレベルであるかどうかを確認します。性能は、下地から塗膜を取り除く難易度と、取り除かれた塗膜の大きさの両方に基づいて決定されます。

ナイフとカッティングガイドを使って、塗膜を下地までX字に切り込みます。その頂点でナイフの先端を使い、基板から、あるいは下の塗膜から塗膜を浮き上がらせるようにします。

これは非常に主観的なテストであり、その値は検査官の経験に依存します。高い凝集力を持つ塗膜は、脆く、探傷すると簡単に破断する塗膜よりも、密着性が悪いように見えるかもしれません。他の付着性試験方法(引き剥がし付着性試験、テープなど)との相関性は知られていません。

この試験の適用と実施に関するstandard 方法は、 ASTM D6677-Standard Test Method for Evaluating Adhesion by Knife に記載されています。

テープテストとは?

金属基材の場合、ナイフテストのより正式なバージョンはテープテストである。感圧テープを塗膜の切れ目の上に貼ったり剥がしたりする。この試験には、Xカットテープ試験とクロスハッチテープ試験の2種類がある。

Xカットテープ試験は、主に作業現場での使用を目的としています。鋭利な剃刀、メス、ナイフなどの切断器具を使って、塗膜から下地までX字に切り込みを入れる。鋼鉄などの硬い金属製の定規を使用し、まっすぐ切れるようにします。Xカットの交差部分の中心にテープを貼り、素早く剥がします。Xカットの部分に、下地や下塗りのコーティングが剥がれていないか検査し、評価します。

PosiTest CH ASTMクロスハッチ接着試験キットの製品写真
PosiTest CH ASTMクロスハッチ接着試験キット

クロスハッチテープ試験は、主に実験室で厚さ5ミル(125ミクロン)以下のコーティングに使用することを目的としています。Xパターンではなく、クロスハッチパターンを使用します。切り込みが適切な間隔で平行に入るようにするには、カッティングガイドか、複数の刃がプリセットされた特殊なクロスハッチカッターが必要です。テープが貼られ、引き剥がされた後、カットされた部分が検査され、格付けされる。

これらの試験の適用と実施に関するstandard 方法は、ASTM D3359-Standard Test Methods for Rating Adhesion by Tape Test で入手できます。

プルオフ粘着力試験とは?

より定量的な付着力試験として、ドリーやスタブと呼ばれる負荷装置を接着剤で被膜に貼り付けるプルオフ試験があります。携帯用のプルオフ式付着性試験機を使用し、ドリーが引き剥がされるまで荷重を加えていきます。 PosiTest ATドリーが引き剥がされるまで荷重を加えていきます。ドリーを引き剥がすのに必要な力、またはドリーが耐えた力から、引張強度を平方インチあたりポンド(psi)またはメガパスカル(MPa)単位で算出することができます。破壊は、ドリー、接着剤、塗装システム、基材で構成されるシステムの中で最も弱い面に沿って起こり、破壊面によって露呈されます。

この試験方法は、擦過やナイフによる接着などの他の方法で加えられるせん断応力と比較して、引張応力が最大となるため、結果は比較できない可能性があります。さらに,プルオフ強度の測定は,試験に使用する機器に依存する。異なる装置を用いて得られた結果や,剛性の異なる基材に同じコーティングを施した場合の結果は,比較できない場合がある。

携帯型引張試験機は、機械式(手でひねる)、油圧式(油)、空気圧式(空気)のいずれかの圧力で動作します。垂直方向の引き剥がし力を確保できるかどうかで、固定式と自動式に分類されます。引張力が試験面に対して垂直に作用するとき、最高の再現性が得られます。

プルオフ式付着性試験機の全モデルを利用できるため、ほとんどすべての硬質基材に対する塗膜の付着性を容易に測定できます。たとえば、金属、プラスチック、木材などの一般的な塗膜の付着強度は20 mmのドリーが最適ですが、コンクリートなどの石造りの基材に付着強度の低い塗膜を使用する場合は50 mmのドリーが適しています。特殊な測定ニーズには、異なるドリーサイズを使用することができます。たとえば、ドリーのサイズを20 mmから10 mmに小さくすると、ゲージの引き離し範囲が4倍になり、メーカーによっては12,000 psi(82 MPa)を超える接着強度を正確に測定できるようになります。安価なドリーは再利用の必要がないため、準備作業が大幅に簡素化されます。さらに、将来の参考やプルオフ試験結果の証拠として、物理的なサンプルを維持することができるという利点もあります。

PosiTest AT 付着力試験機は、塗膜の付着力試験を正確に行うためのデフェルスコ社のソリューションです。手動式(PosiTest AT-M)と自動(PosiTest AT-A)の両モデルがあり、金属、木材、コンクリート、その他の硬い基材への塗膜の付着性を測定します。 PosiTest AT の詳細については、ここをクリックしてください。

写真で見る PosiTest AT-A 自動粘着試験機と PosiTest AT-M 手動式粘着試験機

プルオフ付着力試験の適用と実施に関するstandard 方法は、ASTM D4541-Standard Test Method for Pull-Off Strength of Coatings Using Portable Adhesion TestersおよびISO 4624-Paints and Varnishes - Pull-off test for adhesion で入手可能です。

スクレイプテストとは?

スクレープテストは通常実験室で行われ、滑らかで平らなパネル表面でのテストに限定されます。付着力は、コーティングされたパネルを丸いスタイラスまたはループの下に押し込んで、コーティングが基材表面から除去されるまで、負荷量を増加させることによって測定されます。バランスビーム式スクレイプ・アドヒージョンテスターと呼ばれる装置が使用される。

この試験の適用と実施に関するstandard 方法は、ASTM D2197-Standard Test Method for Adhesion of Organic Coatings by Scrape Adhesion で入手可能である。

その他の接着性試験方法

その他にも多くの接着試験がある。これらの中には、塗料を塗布した基材に織物片を埋め込んだ引張試験機(引張試験機が基材と織物を引っ張る)を使用したり、塗料を2枚の基材の間に塗布する(引張試験機が両方の基材片を引っ張る)ものがあります。ASTM D2370は、自由フィルムとして試験した場合の有機フィルムの伸び、引張強度、および剛性に関するこのような試験の一つを説明しています。アルミニウムスタッドを取り付け、引張試験機で取り外すことによるプラスチック基材への有機塗料の付着は、ASTM D5179に網羅されています。

ASTM D4145 は、塗装済み金属基板上の塗膜の柔軟性と密着性を測定するための曲げ試験について述べています。これらの有機コーティングは、ロール成形、ブレーキ曲げ、またはその他の変形プロセスによって製品に加工される際、応力にさらされる。これらの応力はコーティングの柔軟性や接着強度を超えることがあり,その結果,コーティングが破壊され,基材が露出したり,基材への接着が失われたりすることがある。この試験は、コーティングシステムが加工時のストレスに耐えられるかどうかを評価する手段です。

工場で鋼鉄に塗布されたジンクリッチプライマー/クロメート複合皮膜の成形性と密着性試験については、ASTM 4146に記載されています。この試験では、塗装された試験片を適切な機械で所定の距離だけ二軸延伸し、変形した部分(ドーム)に粘着テープを貼り付けて引き剥がし、剥がれた塗膜の量を写真(standard )と比較して、塗膜密着性評価を決定します。

また、鉛筆硬度、グラベロメーター、衝撃(ダーツ落下など)、マンドレルベンドによる硬度試験でも付着力が測定されることがある。これらのテストでは、塗膜の欠落を記録する必要があります。最後に、耐薬品性試験において、塗膜の膨れ、泡立ち、剥がれなどの付着力の低下を確認することができます。

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