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            涂料密度的測試方法及相關標準研究
            2022年06月02日    閱讀量:     新聞來源:涂料在線 coatingol.com  |  投稿

            摘要:涂料大致可以分為液體涂料、粉末涂料和干涂層等三種形態,對于每種類型的涂料而言,密度都是一項非常重要的指標。對于液體涂料密度,其測試方法有比重杯法、落球法、振動法、壓力杯法及比重計法等5種;對于粉末涂料密度,其測試方法有氣體置換法和液體置換法等2種;對于干涂層密度,其測試方法有使用涂層試板施涂后通過阿基米德法測定和直接通過阿基米德法測定等2種。本文對每種測試方法的特點、準確性及應用現狀進行了詳細闡釋涂料在線coatingol.com。


            0、引言

            涂料根據其形態大致可以分為三類,即液體涂料、粉末涂料和干涂層,對于每種類型的涂料而言,密度都是一項非常重要的指標,同時在對涂料進行評價的過程中,密度會參與到諸多其他指標(如VOC含量、體積固體含量等)的計算中去,密度測試值的準確與否會直接影響到其他指標的判定,這一點在液體涂料中的體現尤為明顯。并且密度也是表征涂料質量與施工性能的重要指標,對于粉末涂料,密度會直接影響到其施工和成膜狀況及成本控制;對于干涂層,密度在一定程度上反映涂層的致密度,從而可以據此對涂膜的成膜狀況及后期的應用狀況進行評估。因此涂料密度測試的準確性至關重要,每種類型的涂料均有不同的表征方法,以下做詳細闡釋。


            1、液體涂料密度的測定

            液體涂料密度的測試方法有比重杯法、落球法、振動法、壓力杯法及比重計法等5種。

            1.1 比重杯法

            該方法是用已知容積的比重杯裝滿被測產品,用天平測出被測產品的質量,該質量除以比重杯的容積即為被測產品的密度。常用的比重杯為金屬比重杯,金屬比重杯的杯蓋中央有一個小孔,多出的涂料可以通過小孔排出。在使用金屬比重杯前要首先對比重杯的體積進行校準。由于物質的體積會受到溫度的影響,故在進行體積校準和產品測試時應選擇相同的溫度,通常選擇常溫,即在(23.0±0.5)℃條件下進行測試。

            一般用煮沸的蒸餾水進行校準,煮沸的目的是除去水中溶解的空氣,以防止其影響水的密度。將比重杯裝滿蒸餾水,然后恒溫至規定溫度,蓋上蓋子,擦掉溢出的水,用電子天平快速稱量其質量,比重杯的體積即為該質量與試驗溫度下水的密度之比。進行產品測試時,在相同的試驗溫度下按相同的方法進行。如果條件允許,最好在恒溫室中進行測試,事先將待測樣品和試驗儀器都放在恒溫室中恒溫,也可以使用恒溫水浴進行調溫。

            目前使用最多的是金屬不銹鋼杯,一般以37mL和50mL規格為主,由于比重杯口比較大,便于涂料的裝入和清洗,且金屬材質結實耐用,故比重杯法是目前涂料行業應用最廣泛的一種密度測試方法。但是如果試樣中留有在靜止時不易消散的氣泡,則該方法不適用。


            1.2 落球法

            落球法是基于阿基米德原理,試驗時在樣品杯中裝適量的待測樣品,使其能夠浸沒落球且落球不會觸碰到杯底,記錄落球浸沒前后天平的讀數,該質量即為與落球體積等量的待測樣品的質量,由于落球體積一定,該質量除以落球的體積即為待測樣品的密度。由于溫度對體積的影響很大,故整個試驗過程要處在規定的溫度下,通常將試驗設備以及待測樣品都放在恒溫室中恒溫,待其都達到規定溫度時再進行試驗。該方法適用于低黏度或中等黏度的樣品,對于高黏度涂料及膏狀涂料,該方法不適用。由于使用范圍有限,故該方法在涂料行業的應用并不廣泛。


            1.3 振動法

            U型振蕩法密度計由U型玻璃管或不銹鋼管、電磁振蕩器、溫度控制器及顯示裝置和數據處理單元等部分組成。該方法基于U形玻璃管的電磁感應振動,物體受激而發生振動時,其振動頻率或振幅與物體本身的質量有關。測試時,將待測樣品盛放在一個玻璃或不銹鋼的U型管中,盛滿,將管子的兩端進行固定,并開始振動。振動周期和密度呈一定的定量關系,根據此定量關系可以按照式⑴求出液體樣品的密度:

            涂料密度的測試方法及相關標準研究 涂料在線,coatingol.com

            式中,A和B是儀器的兩個常數,測出振動周期T,即可根據公式計算出密度。使用該方法時同樣應處在恒溫狀態,由于振動法對黏度較大的樣品誤差較大,故在涂料行業應用也不廣泛。


            1.4 壓杯法

            本方法的原理是將被測樣品裝在壓力杯中,通過壓力杯施加矢量外力以盡可能消除樣品中的氣泡,用天平測出被測產品的質量,該質量除以壓力杯的體積即為被測產品的密度。該方法一般用于含有氣泡的產品密度的測試,這些類型的產品都或多或少含有氣泡,這些氣泡在做密度測試時仍舊存在且很難消除,如果不能排出,會致使測試值偏小,使用壓力杯法可以最大限度地將產品中的氣泡通過外力擠出,從而使得到的值更加準確。由于壓力杯組件比較多且清洗不便,故使用范圍也非常有限。


            1.5 比重計法

            本方法也是基于阿基米德原理,比重計的質量一定,當比重計在待測樣品中處于平衡態時,比重計排開液體的質量等于比重計自身的質量。由于樣品的密度不同,比重計沉入液體的體積也不同,將不同的體積對應的密度在比重計上一一標出,即可通過比重計直接讀出待測樣品的密度。在使用比重計測樣品密度時,要根據待測樣品的實際情況選擇合適的比重計。該方法操作簡單,使用方便,但不適合黏度大的涂料及無機富鋅涂料等容易沉降的涂料。

            以上5種方法都可以用來測試液體涂料的密度,但是最為常用的是比重杯法,目前的涂料標準中,密度測試幾乎都是采用GB/T6750—2007。其次是壓力杯法,而落球法、振動法和比重計法基本上不用,究其原因是由于落球法和比重計法都是基于阿基米德原理,將金屬球和比重計放入待測涂料中,根據排開涂料的體積計算涂料的密度,由于金屬球、比重計都會和涂料有剪切力,如果樣品黏度過大,就很難達到平衡狀態,會大大降低工作效率。同樣,黏度過大時,振動法也會有較大誤差。而比重杯法操作簡單,普適性強,故被廣泛采用。由于比重杯法不適用于含有氣泡的樣品,但此類涂料只有很少一部分,雖然壓力杯法操作繁瑣,但是依舊可以作為比重杯法的補充方法而被應用。


            1.6 液體涂料密度測試的相關標準

            液體涂料密度測試的相關標準見表1。

            涂料密度的測試方法及相關標準研究 涂料在線,coatingol.com


            2、粉末涂料密度的測定

            粉末涂料密度的測試相對復雜。由于粉末涂料是固體顆粒,每個顆粒自身會有孔隙,同時在堆積時顆粒之間也會有間隙。粉末涂料在測試密度時,通常將這部分空隙除去,得到樣品的真體積,樣品的質量除以真體積即為樣品的真密度。粉末涂料密度測試的關鍵是測試其真體積,目前有兩種方法,即氣體置換法和液體置換法。


            2.1 氣體置換法

            氣體置換法又稱氣體比較比重儀法,測試時需要使用氣體比較比重儀,該設備結構復雜,由兩個帶有完全相同的氣缸(A和B)組成,氣缸之間通過連接閥和壓差計連接。測試時將裝有試樣的試樣杯置于氣缸B中,同時將兩個氣缸之間的連接閥關閉,兩個活塞做等程運動,則兩個氣缸之間會形成壓差,然后移動氣缸B的測量活塞,重新獲得等壓,從刻度尺讀出由此產生的體積變化,即為試樣體積。試樣的質量除以其體積即為其密度。

            該方法是基于理想氣體狀態方程PV=nRT,由于氦氣具有惰性、分子體積小等特點,接近理想氣體特性,故一般使用氦氣為置換氣體。


            2.2 液體置換法

            本方法是利用液體置換比重杯測試粉末涂料的體積,在測試時利用與樣品不發生反應且不使樣品溶脹或溶解的液體置換出樣品顆粒之間的空氣,從而得到樣品的真體積。

            在測試之前需要先測試置換液體的密度。測試時先在比重杯中加入3~4g粉末涂料并準確稱重,然后加入適量置換液體,使置換液體能夠充分潤濕粉末并完全浸沒粉末。之后將比重杯的出口與真空泵相連,同時振動比重杯,以排出粉末中的氣體,直至粉/液混合物中再沒有氣泡溢出時停止。打開比重杯,加入置換液體至刻度線,然后稱量總質量,總質量減去樣品及比重杯的質量即為置換液體的質量,又知其密度,則可以計算出其體積,比重杯的體積減去置換液體的體積即為樣品的體積。又已知其質量,則質量除以體積即為其密度,可按式⑵進行計算:

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            ⑵式中,ρ為試樣的密度,g/L;m0為比重瓶的質量,g;m1為比重瓶加試樣的質量,g;m2為比重瓶加試樣加置換液體的總質量,g;ρ1為置換液體的密度,g/L。氣體置換法雖然結構復雜,但其測試結果準確性高,是粉末涂料測試的仲裁法。液體置換法雖然設備相對簡單,但其測試結果有可能不準確,這主要是由于:

            1)置換液體接觸到粉末涂料之后可能會使其溶脹;

            2)置換液體不能全部置換掉粉末顆粒之間尤其是顆粒自身空隙之間的氣體,且測試速度較慢,在證實能與氣體置換法得出相同的結果時才能使用。

            2.3 粉末涂料密度測試的相關標準

            粉末涂料密度測試的相關標準見表2。 

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            3、干涂層密度的測定


            如果樣品是干涂層或者液體樣品需要測干涂層的密度,可按以下方法進行測試。

            3.1 液體樣品干涂層密度測試

            對于液體涂料,首先將涂料涂覆在底材上,該底材在測試之前已經分別在空氣及浸漬液(一般選擇水)中稱過質量,依據阿基米德原理可以計算出底材的體積。經過特定時間的養護之后,再分別在空氣及浸漬液中稱重,通過這些測試值可以計算出干涂層的密度,可按式⑶進行計算:

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            ⑶式中,ρ為試樣的密度,g/cm3;m1為底材在空氣中的質量,g;m2為底材浸入浸漬液時的質量,g;m3為涂覆干涂層的受漆器在空氣中的質量,g;m4為涂覆干涂層的底材浸入浸漬液時的質量,g;ρ0為浸漬液的密度,g/mL。

            目前相關的測試標準有ISO 3233-1:2013、ASTMD 697:2003及GB/T 9272—2007等。

            3.2 干涂層密度測試

            對于干涂層樣品,可選用該方法進行。首先將涂層剝離下來,并稱其質量,然后將其用細絲或者絲網固定,通過阿基米德排水法測試干涂層的體積,該涂層的質量除以體積即為其密度。

            對于液體涂料也可按該方法進行,只不過首先要將液體涂料制成干涂層,制備時可以按照實際施工用量,施涂在聚四氟乙烯板上,以便于剝離。該方法相較與上一個方法,操作較為簡單,省去了稱量受漆器的過程,只是目前還沒有相關的標準。


            4、結語

            涂料有多種不同的狀態,對于不同狀態的樣品應選擇與之相適應的密度測試方法。對于液體涂料而言,多采用GB/T6750—2007所規定的比重杯法,壓力杯法可做為比重杯法的補充。對于粉末涂料,氣體置換法和液體置換法都有較多的應用,前者測試結果相對較為準確,但是設備復雜且對人員要求較高;后者測試結果雖然沒有前者準確,但是由于其設備簡單;操作方便,仍然有很廣泛的應用范圍。對于干涂層的密度,多按照GB/T9272—2007規定方法進行,對于本身就是涂膜的樣品,可采用阿基米德法測試其密度,但是目前并沒有相對應的標準。密度對于涂料生產、質控及施工來說,都是一個非常重要的指標,故要針對樣品的實際情況靈活選擇合適的測試方法,以期得到準確的測試結果,從而保證涂料生產和應用的正常進行。


            標簽:工業涂料,輔料與設備,今日頭條,標準專利,技術中心,涂料檢測
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