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铝银浆涂层的硬度与耐磨性评价:附着力与耐刮擦性能的平衡

发布时间:2026-10-28 所属:技术分享 浏览:10

当客户提出「这个银浆涂层太软,一擦就花」的要求时,直接给出加硬剂的方案往往不是最优解。因为铝银浆涂层的机械性能是一个多目标问题:硬度的提升手段与附着力、导电性的保持手段之间存在明显张力。本文要做的第一件事,是把「硬度」「耐磨性」「附着力」这三个在采购对话里经常被混用的词,还原成各自对应的测量对象与物理机制,再讨论配方因子如何分别作用在它们上面。

一、三个概念各自在测什么

铅笔硬度法测的是涂层的抗变形能力。GB/T 6739《色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度》现行版本为 2022 版,规定了在漆膜上推动已知硬度铅笔的测试方法,用 6B 到 9H 的一系列硬度等级给出漆膜的相对等级评定。需要注意的是,该标准明确指出,它不适用于比较不同漆膜的铅笔硬度,只适用于对一组漆膜给出相对等级,并且仅适用于光滑表面的漆膜。这意味着不同批次的实验室之间,如果制样表面粗糙度不同,铅笔硬度结果可能并不完全可比。

耐磨性测的是涂层在规定摩擦工况下的材料流失。常用的方法有两类:一类是让磨料以一定动能冲击涂层表面,称为落砂法;另一类是用砂轮或橡胶轮在涂层上做旋转摩擦,称为旋转磨轮法。两者的破坏机理并不相同,测得的数值也不能互相换算。落砂法模拟的是风沙、砂粒冲刷一类的磨粒磨损,以磨穿单位厚度涂层所需的磨料量表示耐磨性;旋转磨轮法模拟的是平面接触滑动摩擦,以规定转数下的质量损失或磨痕宽度表示。

附着力测的是涂层与基材之间的结合强度。GB/T 9286《色漆和清漆 划格试验》现行版本为 2021 版,其做法是在漆膜上按规定间距划格并切透至基材,再用胶带粘拉,以方格内涂层脱落的面积比例评定等级。这一测量的本质是界面结合力,与涂层内部的抗变形能力、耐磨性完全是不同的物理量。一个涂层的铅笔硬度可以很高,同时划格试验完全不通过,这种情况在实际配方中并不罕见。

测量项目常用标准测定的物理量常用结果表达常见误用
铅笔硬度GB/T 6739(2022版)涂层抵抗局部塑性变形的能力硬度等级(如 2H、H、B)直接等同于耐磨性
耐磨性(落砂法)GB/T 23988磨粒冲击下的材料流失单位膜厚对应的磨料量与旋转磨轮法数值直接比较
耐磨性(旋转磨轮法)GB/T 1768平面滑动摩擦下的质量损失规定转数下的磨耗量或磨痕宽度忽略磨轮更换与试样状态调节
附着力(划格法)GB/T 9286(2021版)涂层与基材的界面结合强度0级至5级的评定等级用硬度结果替代附着评价
方阻与可焊性GB/T 17473(2025版)导电功能的完整性方阻数值与可焊性判定忽略腐蚀或磨损后的电阻漂移
技术要点:把硬度与耐磨性区分开的实用判据是:如果表面粗糙度较高、或者涂层中含有较多颗粒状填料,铅笔硬度测得的等级通常偏低,但这并不代表涂层不耐磨。此时应当补充做耐磨性试验,而不是通过增加硬度改性剂来「刷」一个高等级,因为后者往往会以牺牲流平性和附着为代价。

二、落砂法与旋转磨轮法的场景分工

两种耐磨方法的选择,本质上取决于实际服役环境中的磨损类型。GB/T 23988《涂料耐磨性测定 落砂法》规定了通过将磨料落在涂层上来测定色漆、清漆或相关产品的单层或多层涂膜耐磨性的方法,以磨损涂层的单位膜厚所需的磨料量来表示耐磨性。这一方法适合评价面对风沙、砂粒冲刷或者频繁搬运摩擦的场景,例如户外设备外壳、车辆面板与物流周转箱。

GB/T 1768《色漆和清漆 耐磨性的测定 旋转橡胶砂轮法》则是把试板固定在旋转平台上,由规定载荷的橡胶砂轮或砂纸在涂层表面做相对运动,通过试验前后的质量差计算磨耗量,或者通过磨痕宽度进行评定。这种方法更贴近两个平面之间的相对滑动,例如产品装配时的相互摩擦、产品表面的擦拭与清洁、以及频繁的触摸场合。

需要特别提醒的是,旋转磨轮法的结果对磨轮状态非常敏感。磨轮在试验过程中会因磨屑堆积而钝化,如果不做磨轮修整或者按标准规定的转数间隔更换,同一试样在不同实验室之间可能出现明显差异。试样厚度、涂层表面平整度、试验前状态调节时间(通常要求在标准温湿度环境下放置足够时间)同样会显著影响结果。因此这类数据在跨方沟通时,必须同时说明所用标准、磨轮规格与载荷、转数以及试样的制备条件。

对比维度落砂法(GB/T 23988)旋转磨轮法(GB/T 1768)
磨损类型磨粒冲击与冲刷平面相对滑动摩擦
典型服役场景户外风沙、砂尘环境、搬运磕碰装配摩擦、擦拭、触摸
结果表达单位膜厚消耗的磨料量规定转数下的磨耗量或磨痕宽度
对膜厚的敏感度高,膜厚不足时磨穿明显中,受表面状态影响更大
主要不确定来源磨料粒径分布与落砂流量磨轮钝化程度与试样平整度
不可直接比较性与旋转磨轮法的数值无换算关系与落砂法的数值无换算关系

三、决定硬度与耐磨性的配方因子

铝银浆的机械性能主要由三个组分决定:片状铝粉、有机载体(树脂、溶剂与各类助剂)以及可能存在的无机填料。三者的比例关系,直接决定了涂层的硬、韧、附着三者的相对强弱。

提高铝粉含量是最直接的手段。铝是金属,本身硬度远高于有机高分子,提高铝粉在干膜中的质量分数,涂层的铅笔硬度与耐磨性都会随之改善。但代价同样明确:有机载体减少后,颗粒之间的粘结介质变薄,涂层的柔韧性下降,划格试验的等级容易变差;同时涂层的孔隙率上升,干燥后容易出现吸湿与电化学降解的隐患;导电性方面,铝粉比例过高会让浆料难以获得足够细的分散状态,细度指标变差,印刷时更容易出现糊版与断线。

提高有机载体中的交联密度是第二条路径。树脂的玻璃化温度越高、交联程度越高,涂层的抗变形能力越强。但过高的交联密度会降低涂层的附着力(尤其是在低表面能的塑料基材上),并使膜面变脆,在弯折或冲击下容易出现开裂。对于需要在加工后成型、或者对折弯有要求的应用,树脂体系需要在硬度与柔韧性之间找平衡点。

引入无机填料是第三条路径,但需要谨慎评估。细粒径的二氧化硅、滑石粉等可以有效提升涂层的硬度和耐磨性,代价是可能引入粗颗粒、影响印刷适性,并在潮湿条件下成为电化学腐蚀的活性点。对于导电型铝银浆而言,填料的引入还会占用一部分本应用于导电相的体积分数,对导电网络形成不利。

配方因子对硬度的影响对耐磨性的影响对附着力的影响对导电性的影响
铝粉含量提高明显提升明显提升下降,界面结合介质减少取决于分散状态,过高时细度变差
树脂交联密度提高提升提升,抗擦伤能力增强可能下降,膜层变脆影响有限,取决于填料网络
引入细粒无机填料提升明显提升明显视填料与基材的匹配而定占用导电相体积分数,需评估
固化温度与时间提高提升提升通常改善,但过度交联会变脆改善,有机物残留减少
助剂用量增加视品种而定可能因增塑作用下降有机助剂过量会影响界面结合影响有限,需控制分散稳定性
注意:提高硬度与耐磨性最常见的两类过度调整是:第一,用增加硬树脂比例来抬高铅笔硬度等级,结果附着力等级下降,产品在弯折或装配应力下发生涂层剥离;第二,用提高铝粉比例来改善耐磨性,结果细度指标超标,印刷端出现糊版、断线,问题被推到了下游工序。任何单项指标的改善都应当伴随GB/T 17473 规定的方阻与附着力数据、以及涂层的孔隙状态一起复核。

四、批次一致性:把机械性能纳入常规检验

机械性能测试往往耗时长、破坏试样,不可能对每个生产批次都做全套。更实际的做法是分层管理:用低成本的过程参数作为高频代理指标,用低频的破坏性测试作为周期性确认。

高频代理指标可以包括干燥后的膜厚均匀性、涂层的质量损失与密度的对应关系、以及通过基材剥离试验评估的柔韧性。这些指标对铝粉比例与固含量的变化敏感,而铝粉比例与固含量正是硬度与耐磨性的主导因子。在工艺稳定的前提下,代理指标的控制图比偶发的实验室耐磨测试更能提前发现异常。

低频确认测试则建议按固定的周期、或者在关键工艺变更之后执行,采用固定的试验方案:同一批基材、同一套制样工艺、同一标准环境下的状态调节时间、同一台设备与同一批磨轮。把这些条件固定下来,测试结果之间的纵向对比才有意义,也才能识别出配方或原料批次的变化。

备注:

本文对硬度、耐磨性与附着力三类测量方法的区分,以及配方因子作用方向的归纳,属于通用技术原理与标准方法的整理,用于帮助使用者避免指标误用,不代表对特定产品的性能承诺。

文中引用的标准编号与试验条件,实际执行时须以现行有效的标准文本与具体测试条件为准;磨轮更换规则、试样状态调节要求等细节应严格按照对应标准的现行版本执行。

涉及具体产品的硬度等级、耐磨数据与附着力表现,请以江西优润高新材料有限公司针对具体牌号提供的技术资料为准,并由使用方自行完成适合自身用途的验证测试。

本文章所包含的内容是基于现有知识水平整理,不作为产品质量保证,由江西优润高新材料有限公司提供的信息仅供参考,建议客户在选用前自行完成适合自身用途的验证测试。使用该产品的客户有责任自行确定该产品是否符合现行法律、法规和标准等要求。UCHEM®、UNIMETAL®、UTINT®、UAGENT®和优润新材®为江西优润高新材料有限公司注册商标。