一种使用3D扫描技术定量评定涂料漆膜流平性的方法与流程

本发明涉及一种新型测试和定量评价涂料漆膜流平性能的方法，具体地，涉及一种使用3D扫描技术定量评定涂料漆膜流平性能的方法。
背景技术：
：涂料是一种施工方便、价格低廉、效果明显、附加价值率高的化工产品。它不仅具有使建筑、船舶、机械等的表面防止锈蚀，延长使用寿命之功能，还有装饰环境给人以美的享受或醒目标记的功能，随着科技的不断发展，涂料逐步成为一种专用性更强的精细化学产品。流平是指涂料在涂覆后，尚未干燥成膜之前，由于表面张力的作用，湿漆膜能够流动而消除施工过程中引入的涂痕和表面缺陷并逐渐收缩成最小面积，形成一个平整、光滑、均匀涂膜的过程。涂料产品的流平好坏直接影响涂膜的外观和光泽，是涂料施工性能中的一项重要指标。目前，本领域通常按照JB/T3998-1999《涂料流平性涂刮测定法》，来测定涂料产品相对流平性。测试时，基本是采用人工制备涂膜，对实验结果进行评定时，统计试验表面上已流在一起的平行带对数量，对照流平等级图定出流平等级。如果涂膜的平行带对只是大部分流在一起，则评定出奇数等级。然而，上述方法中，由于平行带是否流在一起的判断需要通过人肉眼观察作出，缺乏客观的判断标准，因此无法得到一个统一的实验结果。综上所述，本领域迫切需要一种客观，能够准确对涂料流平性进行定量评定的测定方法。技术实现要素：为了弥补以上不足，本发明提供了一种使用3D扫描技术，能够准确对涂料流平性进行定量评定的测定方法。本发明的第一方面，提供了一种测试涂料漆膜流平性能的方法，所述方法包括步骤：(a)提供流平涂膜制备器、已知流平得分的若干块流平标准板、3D表面粗糙度轮廓仪、自动涂膜制备器、涂覆基片，和待测样品，所述流平标准板的流平得分为1-9分；(b)使用3D表面粗糙度轮廓仪测定各个流平标准板波形振幅，通过函数拟合，得到标准板流平得分与波形振幅之间的函数关系式；(c)用所述的待测样品在所述的涂覆基片上进行涂覆，从而得到涂膜；(d)涂布完成后，对于所述的涂膜进行保养，从而形成待测样品涂层；(e)使用3D表面粗糙度轮廓仪测定所述的待测样品涂层的波形振幅，将波形振幅数据代入步骤(b)中所得到的函数关系式，从而定量得到样板的流平得分。在另一优选例中，所述的流平标准板为LS-2流平标准板。在另一优选例中，所述的涂覆基片为玻璃板。在另一优选例中，在所述的步骤(c)中，所述的涂覆在大于一块涂覆基片上进行，优选为2-6块(在本发明的一个优选实施例中为3块)。在另一优选例中，所述的涂覆采用自动涂膜制备器和流平涂膜制备器进行。在另一优选例中，所述的涂覆包括步骤：将所述涂覆基片固定在自动涂膜制备器上，流平涂膜制备器放置在所述的涂覆基片上，并将待测样品(优选为5mL)滴于基片上，使用自动涂膜制备器均匀制备涂膜。在另一优选例中，所述LTB-2流平涂膜制备器和LS-2流平标准板均为Leneta公司生产，所述LS-2流平标准板流平得分为1-9分，流平得分区间为0-10分(比流平标准板1分更差的记为0分，比流平标准板9分更好的记为10分)，这其中得分越高代表流平性越好。在另一优选例中，所述3D表面粗糙度轮廓仪以数据点间距为0.1μm-0.2μm进行数据记录。在另一优选例中，所述的自动涂膜制备器制备涂膜时的运行速率为6-10cm/s。在另一优选例中，所述的基片为宽为20-30cm，长为10-50cm的玻璃板。在另一优选例中，所述的待测涂料样品是指可用于直接施工的涂料。在另一优选例中，所述待测样品涂层的波形振幅与标准板流平得分的函数关系式通过以下步骤测定：(a1)提供一基片，所述的基片上固定有LS-2流平标准板；(b1)使用3D表面粗糙度轮廓仪测定LS-2流平标准板表面轮廓，优选地，测试面积25mm2；(c1)通过对实验数据处理，得到各标准板的波形振幅数值；(d1)对所述标准板的得分和波形振幅数值进行数学模拟，得到流平标准板波形振幅x与标准板流平得分y的函数关系式。在另一优选例中，所述的流平标准板波形振幅x与标准板流平得分y的函数关系式如下式Ⅰ所示：y＝-2.529lnx+8.1607Ⅰ。在另一优选例中，所述方法还包括测定涂膜流平得分，其中，所述的涂膜流平得分可通过以下步骤测定：(a2)提供一基片，将基片固定在自动涂膜制备器上；(b2)将所述流平涂膜制备器放在(a2)中所述基片一端，在这一端使用定量注射器滴加待测涂料样品；(c2)使用自动涂膜制备器制备样品涂膜，涂布完成后，对所述带有涂膜的基片进行保养，从而形成待测样品涂层；(d2)将所述涂覆有涂膜的基片固定在3D表面粗糙度轮廓仪上，使用所述3D表面粗糙度轮廓仪测定涂膜正中央表面轮廓(优选测试面积为25mm2，或5mm*5mm)；(e2)通过对实验数据处理，得到所述涂料样品涂膜的波形振幅数值；(f2)将所述涂料样品涂膜的波形振幅数值代入通过上述方法所得到的流平标准板波形振幅x与标准板流平得分y的函数关系式Ι中，得到样品流平得分。在另一优选例中，所述的保养包括步骤：将涂覆有涂膜的基片放置于25±2℃环境温度下保养1天。应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1显示了标准板波形振幅与流平得分关系图；图2显示了涂膜微观结构；图3显示了3D粗糙度轮廓仪测得的涂膜微观结构。具体实施方式本发明人经过广泛而深入地研究，首次开发了一种能够用于实验室的可定量评定涂料漆膜流平性能的方法。本发明方法操作简单，标准易于识别，并能准确的定量测定涂料样品的流平性，能够广泛应用于涂料生产领域，并对涂料生产的标准进行进一步的限定，从而提高涂料生产的总体质量。涂料流平性研究认为，流平的驱动力是涂料的表面张力，流平性是涂料经施涂后，产生流动能力，在干燥过程中自行铺展并消除各种表面不规则形状的能力。目前，本领域中用于测量流平性的方法是将试验表面平放于玻璃板上，涂刮导板放在试验表面一侧，并平行于试验表面长边，刮刀槽口向下，开口向操作者，紧靠导板放在试验表面远端。然后，把10mL调到工作粘度的均匀涂料试样置于刮刀内沿。一手压紧导板，另一手持刮刀沿着导板由远向近匀速涂刮至试验表面近端。将刮好的试验表面水平放置进行干燥，然后观察流在一起的平行带对数量，从而定出流平等级。然而，在上述方法中，涂刮过程需要靠人为操作，且通过肉眼观察判断流平等级，因此容易受到受试者实验操作失误的限制，导致结果可参考性有限。Verkholantsev认为，流平性可以用Adams公式(式Ⅱ)来评价，这里假定涂膜刷痕为附图2所示的正弦波：αt＝α0exp[-Cγh3t/(3λ4η)]式中α0--起始时的波形振幅；αt--经过时间t之后的波形振幅；C--常数；γ--涂料的表面张力；h--平均湿膜厚度；t--湿膜涂刷后所经过的时间；λ--刷痕的波长；η--涂料的黏度。由式Ⅱ可以看出，涂料样品的黏度低，刷痕波长短，波形振幅小，平均湿膜厚度大，样品表面张力高，流平的时间长，会对样品的流平有利。其中平均湿膜厚度以3次方起作用，刷痕间的波长以4次方起作用。表面张力大有利于流平，但是表面张力不能过高，否则会影响涂料对基层的润湿和附着。Herster认为，在流平过程中，涂料表面张力驱动流平，而涂料黏力阻碍流平。流平应力可以按Jackman公式(式Ⅲ)计算τ＝8π3γhα0/λ式中τ--流平应力，其他参数的意义同式Ⅱ。涂料流平期间，γ、λ和h几乎保持不变，因此流平应力随波形振幅的降低而减小，当流平应力等于或小于涂料的屈服应力τ0时，涂膜的流平就会停止。因此，通过对涂膜波形振幅进行测量，可以对涂膜的流平性进行客观并且可靠的评价。3D表面粗糙度轮廓仪3D表面粗糙度轮廓仪主要应用在评定零件表面质量方面，零件的加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度，其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小(在1mm以下)，属于微观几何形状误差。3D表面粗糙度轮廓仪是以数据点间距(通常为为0.125μm)进行数据记录，能有效的测量物体表面细微的特征。申请人在研究中发现，与零件表面轮廓相似，涂料漆膜的表面情况亦属于微观几何形状误差。因此，运用3D粗糙度轮廓仪，能够测得漆膜表面的微观形状，例如附图3中所示的漆膜表面。因此，在本发明方法中，通过使用3D表面粗糙度轮廓仪测定涂料漆膜波形振幅，从而定量评定涂膜流平。3D表面粗糙度轮廓仪进行涂膜流平性测试申请人在研究中发现，采用常规被用于测定零件表面质量的3D表面粗糙度轮廓仪，能够精确地评价漆膜表面的波形振幅，进而对于涂膜的流平性进行客观而可靠的评价。具体地，本发明的测试方法包括步骤：(a)提供流平涂膜制备器、已知流平得分的若干块流平标准板、3D表面粗糙度轮廓仪、自动涂膜制备器、涂覆基片，和待测样品，所述流平标准板的流平得分为1-9分；(b)使用3D表面粗糙度轮廓仪测定各个流平标准板波形振幅，通过函数拟合，得到标准板流平得分与波形振幅之间的函数关系式；(c)用所述的待测样品在所述的涂覆基片上进行涂覆，从而得到涂膜；(d)涂布完成后，对于所述的涂膜进行保养，从而形成待测样品涂层；(e)使用3D表面粗糙度轮廓仪测定所述的待测样品涂层的波形振幅，将波形振幅数据代入步骤(b)中所得到的函数关系式，从而定量得到样板的流平得分。在另一优选例中，所述的流平标准板为LS-2流平标准板。在另一优选例中，所述的方法包括先将待测样品制板，在规定条件下保养一定时间后，用3D表面粗糙度轮廓仪对漆膜的流平性进行测试打分。具体包括步骤：(a)提供LTB-2流平涂膜制备器、LS-2流平标准板、3D表面粗糙度轮廓仪、自动涂膜制备器、基片和待测样品，其中所述的基片为玻璃板，所述LS-2流平标准板流平得分为1-9分；(b)使用3D表面粗糙度轮廓仪测定LS-2流平标准板波形振幅，通过函数模拟得到标准板流平得分与波形振幅之间的函数关系式；(c)将所述基片固定在自动涂膜制备器，LTB-2流平涂膜制备器放置在基片上，取待测样品5mL滴于基片上；(d)使用自动涂膜制备器均匀制备涂膜，涂布完成后将样板放置于25±2℃环境温度下保养3天；(e)样板保养完成后，使用3D表面粗糙度轮廓仪测定波形振幅，将波形振幅数据代入流平标准板波形振幅与标准板流平得分函数关系式，可定量得到样板的流平得分。所述的涂覆基片没有特别的限制，可以选用任意适合进行流平性测试的基片。在本发明的一个优选例中，所述的涂覆基片为玻璃板。在另一优选例中，所述的基片为宽为20-30cm，长为10-50cm的玻璃板。在另一优选例中，在所述的步骤(c)中，所述的涂覆在大于一块涂覆基片上进行，优选为2-6块(在本发明的一个优选实施例中为3块)，以进行平行测试。优选地，所述的涂覆采用自动涂膜制备器和流平涂膜制备器进行，从而克服人工涂覆所带来的误差。在另一优选例中，所述的涂覆包括步骤：将所述涂覆基片固定在自动涂膜制备器上，流平涂膜制备器放置在所述的涂覆基片上，并将待测样品(优选为5mL)滴于基片上，使用自动涂膜制备器均匀制备涂膜。在另一优选例中，所述LTB-2流平涂膜制备器和LS-2流平标准板均为Leneta公司生产，所述LS-2流平标准板流平得分为1-9分，流平得分区间为0-10分(比流平标准板1分更差的记为0分，比流平标准板9分更好的记为10分)，这其中得分越高代表流平性越好。在所述3D表面粗糙度轮廓仪测试过程中，运行的参数可以根据实际需要确定。在本发明的一个优选实施例中，所述3D表面粗糙度轮廓仪以数据点间距为0.1μm-0.2μm进行数据记录，所述的自动涂膜制备器制备涂膜时的运行速率为6-10cm/s。在另一优选例中，所述的待测涂料样品是指可用于直接施工的涂料。所述的步骤(b)中，所述的函数关系式是通过已知的流平标准板得分和测得的流平标准板的波形振幅进行数学运算得知的。在本发明的一个优选实施例中，所述的函数关系式的确定方法包括以下步骤：(a1)提供一基片，所述的基片上固定有LS-2流平标准板；(b1)使用3D表面粗糙度轮廓仪测定LS-2流平标准板表面轮廓，测试面积5mm*5mm；(c1)通过对实验数据处理，得到各标准板的波形振幅数值，如表Ⅰ所示；表Ⅰ标准板波形振幅数据流平得分波形振幅/μm流平得分波形振幅/μm115.5562.09211.5571.7338.581.1945.9590.70552.79(d1)对所述标准板的得分和波形振幅数值进行数学模拟，得到流平标准板波形振幅x与标准板流平得分y的函数关系式Ⅰ；y＝-2.529lnx+8.1607。拟合得到的函数曲线如附图1中所示。通过测定样品涂覆形成的待测样品涂层的表面性质，并代入上述的标准曲线进行计算，可以得出待测样品的流平得分。所述的样品涂覆形成涂层的方法没有特别的限制，但优选采用流平涂膜制备器和自动涂膜制备器进行制备，以扣除人工操作中所造成的误差。在本发明的一个优选实施例中，所述的方法包括以下步骤：(a2)提供一基片，所述的基片为宽至少为20cm，长至少为10cm的玻璃板，基片表面需无杂物，将基片固定在自动涂膜制备器上；(b2)将所述LTB-2流平涂膜制备器放在(a2)中所述基片一端，在这一端使用定量注射器滴加待测涂料样品5mL；(c2)使用自动涂膜制备器制备样品涂膜，涂布完成后，将涂覆有涂膜的基片放置于25±2℃环境温度下保养1天；(d2)将所述涂覆有涂膜的基片固定在3D表面粗糙度轮廓仪上，使用所述3D表面粗糙度轮廓仪测定涂膜正中央表面轮廓，测试面积5mm*5mm；(e2)通过对实验数据处理，得到所述涂料样品涂膜的波形振幅数值；(f2)将所述涂料样品涂膜的波形振幅数值代入流平标准板波形振幅x与标准板流平得分y的函数关系式Ι中，得到样品流平得分。样品的流平得分区间通常为0-10分(流平标准板的流平得分为1-9分，比流平标准板1分更差的记为0分，比流平标准板9分更好的记为10分)。本发明有益效果(1)本发明方法填补了本领域中对涂料流平性能定量测定的空白，通过对实验结果的探索，确定了定量测定涂料流平得分的标准，能够用于生产厂商的产品质量检验，有利于对产品质量的快速鉴别。(2)相比于传统的依靠个人感觉的流平评定方法，本发明方法使用高精度的3D表面粗糙度轮廓仪对样品的表面进行精确的测定，来对样品的流平性进行测定，不仅能够对样品的流平性进行客观的定性评价，而且通过建立合适的标准，还可以对样品的流平性进行定量评价。下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。实施例实施例1步骤1：选取待测样品10个(编号1-10)，使用自动涂膜制备器和LTB-2涂膜制备器制备涂膜，每个样品制备3块样板。步骤2：制板完毕后在23±2℃、50％RH环境下保养1天。步骤3：校准3D表面粗糙度轮廓仪，使仪器测试时Pt值≤0.07μm，并设定测试面积为5mm*5mm。步骤4：将步骤2制得的测试板1放在3D表面粗糙度轮廓仪测量台上，通过软件控制测量头到达测量位置。步骤5：在软件中输入样品名称，并开始测定涂膜表面形貌，测试完成后使用软件进行数据处理，得到样品的波形振幅。步骤6：分别取步骤1和步骤2制备的其他样品测试板，重复步骤4和步骤5，测得其波形振幅。步骤7：将每个样品3块测试板所测得波形振幅数值取平均数，然后代入流平标准板波形振幅x与标准板流平得分y函数关系(式Ⅰ)，通过计算可得到样品的流平得分，见表Ⅰ。表Ⅰ粗糙度轮廓仪实验结果从实验结果可以看出，本发明方法使用高精度的3D表面粗糙度轮廓仪对样品的表面进行精确的测定，对于同一个样品，发明方法所测得的流平得分的方差很小，这说明本发明方法能够对样品的流平性进行客观的评价。同时，当待测样品流平性能相近时，本发明方法得到的实验结果能够直观的反映其漆膜表面微观的差别，这说明本发明方法在评价样品的流平性时，比现有技术具有更好的区分性。实施例2步骤1：选择实施例1中的待测样品10个(编号1-10)，并搅拌均匀；步骤2：按照JB/T3998-1999《涂料流平性涂刮测定法》在玻璃板上制备各待测样品的涂膜；步骤3：将刮好的试验表面水平放置进行保养。保养条件为23±2℃、50％RH环境下保养1天；步骤4：保养完成后，组织实验人员对上述十个样品的流平性进行评定，评价标准参照JB/T3998-1999《涂料流平性涂刮测定法》步骤5：记录每个人对每个样品的评分，将得到的评分求平均值，得到样品流平得分，见表Ⅱ。表Ⅱ施工实验结果从国标实验结果可以看出，对于同一个样品，不同实验者对于其流平的评价之间的差别有时会非常大，每个样品流平得分的方差相比于发明方法会大很多，这主要是因为涂刮过程需要靠人为操作，且通过肉眼观察判断流平等级，因此容易受到受试者实验操作失误的限制，导致结果可参考性有限。综上所述，本发明方法不仅能做到良好的重复性，并且对于实验过程中可能产生的误差可以合理的规避，可以对涂料产品的流平性进行客观、定量的评价。在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。当前第1页1 2 3