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彩涂板涂層厚度測定方法研究

2013-06-02 09:13來源:寶鋼工業(yè)檢測公司，上海 作者:范純,李鷹

0 引言

彩涂板作為一種廣泛應(yīng)用于建筑、家電、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的復(fù)合材料，既有金屬的機(jī)械強(qiáng)度和易成型等優(yōu)點(diǎn)，又有有機(jī)涂層的裝飾性和耐腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)。彩涂板的涂層厚度將直接影響其加工和使用性能。涂層過薄，加工時(shí)極易劃傷涂層進(jìn)而影響彩涂板的裝飾性和耐腐蝕性。對(duì)于過薄的涂層，即使能確保其加工時(shí)不被破壞，在使用時(shí)，其耐老化性和耐腐蝕性能也會(huì)大大降低［1］。但是，過厚的涂層又會(huì)造成彩涂板生產(chǎn)成本的增加，而且這也是產(chǎn)品質(zhì)量過剩所造成的浪費(fèi)。因此，對(duì)于彩涂板生產(chǎn)企業(yè)來說，準(zhǔn)確測定和嚴(yán)格控制彩涂板的涂層厚度十分重要。本文對(duì)目前國際、國內(nèi)已經(jīng)和正在使用的測定涂層厚度的試驗(yàn)方法進(jìn)行了調(diào)查研究，針對(duì)不同類型的彩涂板提出了較合適的涂層厚度測定方法。

1 GB/T 13448—2006 方法

1.1 4 種涂層厚度檢測方法的比較

在GB/T 13448—2006《彩色涂層鋼板及鋼帶試驗(yàn)方法》［2］中介紹了4 種彩涂板涂層厚度試驗(yàn)方法：磁性測厚儀法、千分尺法、金相顯微鏡法和鉆孔破壞式顯微觀察法，其中金相顯微鏡法規(guī)定為仲裁方法。無論采用何種方法測定彩涂板的涂層厚度，彩涂板的基板和涂層都會(huì)直接影響測定結(jié)果。根據(jù)寶鋼多年的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，這4 種方法的適用范圍、檢測精度和優(yōu)缺點(diǎn)方面等的比較如表1 所示。

國標(biāo)中涂層厚度檢測方法的比較

目前，我國彩涂板生產(chǎn)企業(yè)多采用千分尺法測定涂層厚度，而歐美企業(yè)則較多采用鉆孔破壞式顯微觀察法。造成這種差異的主要原因除國內(nèi)人力成本低于歐美外，各種檢測方法本身的局限性也是主要原因。

1.2 基板的影響

彩涂板基板一般包括冷軋鋼板、電鍍鋅鋼板、熱鍍鋅鋼板和熱鍍鋁鋅鋼板。冷軋基板由于沒有鍍層，且生產(chǎn)工藝決定基板本身厚度和表面粗糙度的均勻性較好，因此無論采用哪種檢測方法，其涂層厚度的測定結(jié)果都比其他基板的檢測誤差小。有鍍層基板的厚度和表面粗糙度的波動(dòng)決定了采用國標(biāo)中磁性測厚儀法和千分尺法在進(jìn)行單點(diǎn)厚度測定時(shí)，測定結(jié)果會(huì)受到較大影響。因?yàn)榇判詼y厚儀法先要測定涂鍍層總厚度，然后測定鍍層厚度；而千分尺法先要測定彩涂板總厚度，再測定基板厚度，這兩種方法的兩次分別測定厚度的操作無法確保測定位置在同一點(diǎn)上，因此都會(huì)受到基板和鍍層波動(dòng)的影響，造成測定結(jié)果的波動(dòng)，且厚度測定結(jié)果的波動(dòng)與基板的波動(dòng)成正比。金相顯微鏡法和DJH 法雖然能確保測定位置不變，但是由于基板的波動(dòng)會(huì)造成檢測界面很難劃分清楚，從而也會(huì)影響單點(diǎn)測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。國標(biāo)規(guī)定每個(gè)試樣以3 個(gè)點(diǎn)的平均值作為較終測定結(jié)果，但是由于單點(diǎn)測定結(jié)果本身的波動(dòng)，因此采用平均值的方式也無法消除測定誤差。按照寶鋼的實(shí)

際檢測經(jīng)驗(yàn)，涂層厚度測定結(jié)果的離散性與基板波動(dòng)的大小成正比。

1.3 涂層性能的影響

彩涂板涂層表面的粗糙度同樣也會(huì)影響國標(biāo)中4種檢測方法的準(zhǔn)確性，而涂層本身的彈性會(huì)影響磁性測厚儀法和千分尺法的測定準(zhǔn)確性。這兩種方法都使用檢測探頭，探頭對(duì)涂層或基板壓下的程度會(huì)影響到每次測量所得的厚度，從而影響測定結(jié)果。隨著彩涂板產(chǎn)品品種的不斷豐富，涂層表面不再是單一的光滑表面效果，出現(xiàn)表面有不同紋理效果的產(chǎn)品，這類產(chǎn)品用磁性測厚儀法和千分尺法根本無法測定涂層厚度。因?yàn)槠浼y理的深度較少能達(dá)到5~10 μm，磁性測厚儀法和千分尺法測定時(shí)把紋理的深度都計(jì)為涂層厚度，產(chǎn)生很大的系統(tǒng)誤差。金相顯微鏡法和DJH法可以用來測定這類產(chǎn)品，但是由于紋理的不規(guī)則波動(dòng)，使判定測量界面受人為因素影響很大，測定結(jié)果波動(dòng)也較大。

1.4 測量面積的影響

檢測面積越大，其檢測結(jié)果的代表性就越好，檢測精度也會(huì)隨之提高。磁性測厚儀的檢測探頭直徑一般為1.5 mm，千分尺的檢測探頭直徑為6.3 mm，金相顯微鏡法的測量長度一般不會(huì)超過1 mm，而DJH 法的測量直徑一般也在1 mm 左右。因此在相同條件下，這4 種檢測方法中千分尺法測定結(jié)果波動(dòng)較小。

1.5 測定精度及其優(yōu)缺點(diǎn)分析

通過對(duì)這4 種方法的測定結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)的長期積累，我們以90 g 熱鍍鋅基板的測定結(jié)果為例，分析4 種方法的測定精度和優(yōu)缺點(diǎn)，如表2 所示。

國標(biāo)中測定方法的精度及其優(yōu)缺點(diǎn)

有鑒于上述原因，國內(nèi)較多采用檢測精度較高且速度較快的千分尺法作為彩涂板涂層厚度的檢測方法。而國外由于基板波動(dòng)較小，DJH 法的測定波動(dòng)也就較小，因此較多采用受人為因素影響小的DJH 法。

2 國際、國內(nèi)其他方法

國際和國內(nèi)對(duì)涂層厚度的其他測量方法主要包括楔切法、厚度差測量法、稱重法、X 射線熒光法、β 射線反射法、磁性測量法及渦流測量法等。彩涂板國標(biāo)中的磁性測厚儀屬磁性測量法，千分尺法屬厚度差測量法，鉆孔破壞式顯微觀察法屬于楔切法，金相顯微鏡法為仲裁試驗(yàn)方法。稱重法操作十分繁瑣，不適用于快節(jié)奏的工廠試驗(yàn)室；X 射線熒光法和β 射線反射法是通過對(duì)涂層中某一特征元素含量的測定來計(jì)算涂層厚度，對(duì)于彩涂板這種涂料配方不固定的樣品不適用。在對(duì)渦流測量法進(jìn)行了調(diào)研和試驗(yàn)操作后，發(fā)現(xiàn)目前測定彩涂板涂層厚度較準(zhǔn)確也較簡便的是一種將磁性測量法和渦流測量法結(jié)合在一起的設(shè)備，通過組合探頭同時(shí)測定涂鍍層總厚度和鍍層厚度，計(jì)算得到涂層厚度。這種測定方法由于測定的是同一點(diǎn)的涂鍍層總厚度和鍍層厚度，從而避免了磁性測厚儀法所受到的鍍層波動(dòng)的影響，測定結(jié)果的精度得到明顯提高。對(duì)于基板波動(dòng)越小的試樣，其檢測精度越高，例如，冷軋板和電鍍鋅基板的彩涂板，其涂層厚度檢測精度可達(dá)0.5 μm。

3 結(jié)語

（1） 對(duì)于國內(nèi)彩涂板目前的基板波動(dòng)現(xiàn)狀來說，千分尺法為較佳方法，具有設(shè)備便宜、操作簡單、檢測精度較高的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)為：對(duì)試驗(yàn)人員的操作技能要求較高；對(duì)于涂層表面有紋理效果的產(chǎn)品不能檢測；檢測結(jié)果只能精確至整數(shù)位。

（2） 對(duì)于表面有紋理效果的彩涂板，DJH 法為較佳方法，具有操作方便、快速、可以分別測定界面清晰的各個(gè)涂層的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)為：設(shè)備采購和運(yùn)行成本較高；檢測結(jié)果受檢測人員主觀影響較大；測定結(jié)果受基板波動(dòng)影響較大；不能用于檢測冷軋基板的彩涂板。

（3） 磁性- 渦流相位法測定涂鍍層厚度方法也是一種很好的方法，具有設(shè)備成本合理、操作簡單、快速、單點(diǎn)測定精度高（可精確至0.5 μm）的優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是受基板表面的平整性和均勻性影響較大。

2005年至2010年期間，我國彩涂鋼板的生產(chǎn)總量將由480萬t增至800萬t，其中用于建筑業(yè)占85%，家電產(chǎn)品為3%，其他產(chǎn)品占12%。可見我國彩涂板產(chǎn)量不少，但是大部分產(chǎn)品都是通用型的，質(zhì)量一般、品種單一，主要用于建筑領(lǐng)域，汽車、家電等**產(chǎn)品依靠。量幾乎占國內(nèi)彩涂板市場的一半份額。這就要求我們將關(guān)注重點(diǎn)放在開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域，能夠采用新技術(shù)生產(chǎn)具有不同使用特性和花色品種的有機(jī)涂層鋼板。

    提高基板質(zhì)量。彩涂基板一般采用冷軋鋼板、熱鍍鋅鋼板、合金化板、電鍍鋅板、鍍鋅鋁板等，某些**產(chǎn)品以不銹鋼做基板，無論采用哪種基板都要求其具有較高的表面質(zhì)量、板形及尺寸精度。

    涂料的改良。由較初的醇酸樹脂、塑溶膠、聚酯樹脂、高性能的含氟樹脂到水性涂料、粉末涂料等環(huán)保節(jié)能型涂料的應(yīng)用，涂料的不斷改進(jìn)使產(chǎn)品具備高耐蝕性、抗紫外線、耐候性、耐褪色性、耐磨損性、耐指紋性、耐溶劑性等，以及較新研制成功的抗菌性、防靜電、保潔性及耐黑變等彩板。

    PET復(fù)合貼膜彩色板技術(shù)。PET是指聚乙烯對(duì)苯二（甲）酸鹽，一般使用透明的25um厚的膜，PET膜廣泛用作磁性錄音材料、照像、包裝材料等的基膜。其力學(xué)性能好，膜的硬度為1～2H；具有良好的耐熱性；除強(qiáng)堿外，具有良好的抗化學(xué)腐蝕性、抗溫性、抗污染性、抗去污性和抗溶劑性。

PET復(fù)合貼膜彩色板一種采用PET膜與油漆復(fù)合的涂裝技術(shù)，透明的PET膜層壓到彩涂板的表面；另一種為層壓PET膜底部印畫彩涂技術(shù)，用直接照像印畫法將圖畫印到PET膜上，再用厚約5um聚乙烯類樹脂粘結(jié)劑將印好的PET膜層壓到涂好底漆的基板上，底漆多采用熱固化的環(huán)氧樹脂。

    粉末涂敷工藝。繼幾年前國外粉末槍技術(shù)的應(yīng)用，美國MSC研制出粉末云涂裝技術(shù)：將粉末涂料在強(qiáng)大的靜電場作用下，通過粉末旋轉(zhuǎn)刷產(chǎn)生涂料粉末云，形成粉末云狀、帶有很高電荷的固體涂料顆粒，飛向高速運(yùn)行的基板，產(chǎn)生足夠大的邊界穿透力，由此，粉末顆粒便均勻地沉積在帶鋼表面上，再經(jīng)過固化、保溫、淬水冷卻處理。此種工藝能適應(yīng)高速高效涂裝，產(chǎn)品抗腐蝕、抗劃傷、抗褪色性能好、色澤均勻、環(huán)保好、成本低。

    我國彩涂板生產(chǎn)無論產(chǎn)量、質(zhì)量和機(jī)組數(shù)量上均落后于世界水平，而且據(jù)專家分析，世界彩涂板生產(chǎn)線的開工率通常為70%～85%，我國彩涂業(yè)面臨的形勢還是比較嚴(yán)峻的。預(yù)計(jì)在未來幾年中，國內(nèi)彩涂鋼市場仍將以建筑行業(yè)為主，家電行業(yè)需求量也將明顯增加，主導(dǎo)產(chǎn)品將向薄規(guī)格、高強(qiáng)度、耐腐蝕性的方向發(fā)展。降低成本、提高質(zhì)量、凈化處理廢物、廢氣等環(huán)保問題以及開拓更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域是我們急待解決的問題。我們應(yīng)投入大量的人力、物力研制新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品，以低成本高質(zhì)量的產(chǎn)品面向國內(nèi)外的市場

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馬鋼于2004年建成2條年產(chǎn)共30萬噸的彩涂板生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線是目前國際上較先進(jìn)的二涂二烘卷材連續(xù)涂層機(jī)組之一，生產(chǎn)技術(shù)和主要設(shè)備引進(jìn)于意大利FATA公司產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于建筑、家電、家具、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。按國標(biāo)、美標(biāo)、日標(biāo)和歐標(biāo)生產(chǎn)的產(chǎn)品遍及全國各地并遠(yuǎn)銷至波蘭、以色列、沙特、挪威、瑞典和西班牙等國家。

我們將秉承創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新、創(chuàng)造的馬鋼精神，踐行環(huán)保、精品、誠信的理念；竭誠為您提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。

馬鋼彩涂板，與您共同用心構(gòu)建多彩空間。

彩色涂層鋼板于1936年在美國問世以后，首先應(yīng)用于建筑方面的是活動(dòng)百葉窗片，擋雨板之類的零件產(chǎn)品。原材料也是單張的，或者是2英寸寬的連續(xù)涂層鋼卷，由美國阿姆柯鋼鐵公司和赫恩特工程公司生產(chǎn)。

第二次世界大戰(zhàn)后，經(jīng)濟(jì)復(fù)興，工業(yè)與民用建筑日益需要寬的彩色涂層鋼板，1949年美國形成了比較完整的彩涂鋼板生產(chǎn)、加工產(chǎn)業(yè)，生產(chǎn)穩(wěn)定增長，生產(chǎn)工藝也從較初的1涂1烘改進(jìn)為2涂2烘。彩涂鋼板在建筑、汽車、集裝箱、儀器外殼等方面得到廣泛的運(yùn)用。但用量較大的還是工業(yè)與民用建筑，美國用于建筑的彩板比例大約為75%左右（NCCA歷年資料）。日本于50年代引進(jìn)美國彩涂鋼板生產(chǎn)技術(shù)，1954年生產(chǎn)出單張彩涂鋼板。1964年開始有連續(xù)彩色涂層鋼板生產(chǎn)線，1969年后，產(chǎn)量穩(wěn)定增長。日本由于地處地震帶，輕質(zhì)耐震的彩色涂層鋼板建筑物更受歡迎，其用于建筑物的比例約占國內(nèi)用量的76%（80年代日本鍍鋅板協(xié)會(huì)、氯乙烯協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。英國也于1961年開始生產(chǎn)彩色涂層鋼板。隨后，世界發(fā)達(dá)國家如德國、瑞典等也開始大量生產(chǎn)彩色涂層鋼板，也主要用于建筑用途。

70年代，亞洲部分國家或地區(qū)（南朝鮮、菲律賓、閩臺(tái)）開始擁有連續(xù)彩色涂層鋼板生產(chǎn)線。80年代開始以中國為代表的新興經(jīng)濟(jì)體開始研究開發(fā)或引進(jìn)彩色涂層鋼板生產(chǎn)裝備?！傲濉逼陂g，國家計(jì)委和科委組織冶金、化工、輕工三個(gè)部將彩涂鋼板的開發(fā)列入了國家開發(fā)計(jì)劃。隨后，馬鋼、寶鋼、武鋼等又引進(jìn)了國外的彩涂鋼板生產(chǎn)線，80年代末寶鋼和武鋼生產(chǎn)出中國大陸首批彩涂鋼板。在1995年后，中國國內(nèi)彩色涂層鋼板的需求快速上升，帶動(dòng)了國內(nèi)民企大量投資彩涂生產(chǎn)線以及韓國和閩臺(tái)彩涂鋼板的大量，使得中國國內(nèi)彩涂鋼板的生產(chǎn)能力大量提升，這一投資熱情持續(xù)了整整10年，目前中國大陸的彩涂鋼板產(chǎn)能超過2000萬噸/年。90年代末，印度、西亞國家也開始生產(chǎn)彩涂鋼板。目前全球產(chǎn)量大約在2000萬噸/年。

**以來，中國經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)。進(jìn)入90年代，中國已經(jīng)成為世界制造中心，很多原材料及工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量占據(jù)世界首位。彩涂鋼板作為新型建筑材料，與傳統(tǒng)磚瓦、鋼混結(jié)構(gòu)相比具有壽命長、節(jié)約土地、可回收等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公共建筑和工業(yè)廠房圍護(hù)等領(lǐng)域，需求得到了快速發(fā)展。但由于行業(yè)規(guī)范不健全，彩涂鋼板質(zhì)量參差不齊，影響了行業(yè)健康穩(wěn)定的發(fā)展。

馬鋼作為國內(nèi)較早引進(jìn)彩涂鋼板生產(chǎn)線的大型鋼鐵企業(yè)之一，自2004年生產(chǎn)出第一卷彩涂鋼板以來，一直秉承環(huán)保、精品、誠信的原則，至今已累計(jì)生產(chǎn)出120多萬噸優(yōu)質(zhì)彩涂鋼板滿足國內(nèi)外建筑、家電企業(yè)的需求。馬鋼彩涂板已經(jīng)成功應(yīng)用于、北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)、上海浦東國際機(jī)場等標(biāo)志性建筑，以及冶煉、電力、**、汽車、造船、電子、化工、倉儲(chǔ)等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。馬鋼彩涂板已經(jīng)成為國內(nèi)外用戶所信賴的產(chǎn)品，并成為建筑工程的可以選擇材料。

常用的為鍍鋅彩涂板、鍍鋁鋅彩涂板、鋁錳鎂合金板、不銹鋼板、鈦鋅板。其中鋁錳鎂合金板、不銹鋼板、鈦鋅板的價(jià)位較高，豬舍屋面板不適于采用。

彩涂板都是由基板、鍍層、涂層組成。影響防腐性能的主要是涂層和鍍層。

常見的為鍍鋅彩涂板和鍍鋁鋅彩涂板。金屬鋁在防腐上有其獨(dú)到之處該金屬在空氣中會(huì)迅速形成致密而厚實(shí)的氧化鋁膜這種氧化鋁膜的迅速形成阻止了腐蝕的進(jìn)一步侵入。鍍鋁鋅板利用了鋁的氧化膜遮蓋保護(hù)作用與鋅對(duì)鐵的電化學(xué)保護(hù)作用，一般認(rèn)為較鍍鋅板有更好的防腐性能。鍍層有雙面240g/m2、180 g/m2、150 g/m2、50 g/m2等規(guī)格，環(huán)境越差要求鍍層越重。

涂層種類很多，有氟碳涂層（PVDF）、高耐久性聚酯（HDP）、硅改性聚酯（SMP）、PVC塑料溶膠、聚酯（PE）。

通常氟碳涂層彩色鋼板的保色性可達(dá)20年以上，防腐壽命長達(dá)40年，其他有機(jī)涂料的 彩色鋼板通常保色性為10年，可以提供近20年的防腐保護(hù)。彩涂板的壽命通常指保色性（色差≤5、粉化≤5）。所以廠家對(duì)氟碳涂層彩色鋼板的質(zhì)保期一般為20年、其他涂層的一般為10年。

彩涂板選用大廠家（寶鋼）、鍍層要求雙面150g/m2、涂層采用氟碳涂層、施工過程中注意不要破壞表面，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)論，彩涂板的使用年限還是有保障的。

二、非金屬無機(jī)材料

非金屬無機(jī)材料主要有燒結(jié)瓦、石棉瓦、水泥瓦、發(fā)泡水泥板等。燒結(jié)瓦、石棉瓦由于破壞耕地、和材料有毒害的原因已基本不再使用。發(fā)泡水泥板（例如：太空板）造價(jià)較高，一般用于重工業(yè)廠房。

針對(duì)豬舍項(xiàng)目，可供選擇的是水泥瓦，可以選用大塊波紋瓦。水泥瓦的耐久性好，但也有自重大、波形類型少、規(guī)格不靈活、密封不嚴(yán)的缺點(diǎn)，不適用于在改造項(xiàng)目中使用，但在新建項(xiàng)目中可以結(jié)合發(fā)泡聚氨酯用作復(fù)合屋面。

三、有機(jī)材料

有機(jī)材料有合成樹脂板（包含F(xiàn)RP玻璃鋼板）、PVC板、PC板等。PC板主要用于溫室透明板，據(jù)了解使用年限4-5年，這里不做考慮。

FRP板是玻璃纖維增強(qiáng)合成樹脂，多用做采光板。合成樹脂在紫外線照射下會(huì)發(fā)生光氧化、光降解，另外不同的合成樹脂對(duì)使用年限影響也較大，小廠的產(chǎn)品使用年限難以保障、大廠家也僅提供10年質(zhì)保。

PVC板，傳統(tǒng)的改性PVC板使用年限很短，同F(xiàn)RP板一樣主要是紫外線條件下的老化，另外由于PVC的熱膨脹系數(shù)是鋼材的2倍多，PVC板的耐凍性不好，熱脹冷縮容易引起板材損壞、漏雨等情況。PVC板的強(qiáng)度較彩涂板要低，配套的檁條檁距不能超過0.8m，結(jié)構(gòu)的費(fèi)用較高。

針對(duì)普通PVC板的缺點(diǎn)，一些廠家采用了ASA、PMMA共擠成型技術(shù)，或采用氟碳樹脂表層的復(fù)合PVC板。耐久性和耐凍性有所改善，但是價(jià)位并不低。