擺桿硬度測定試驗方法的影響因素及儀器校準的探討

陳 剛，周湘玲，管佳新 （中海油常州涂料化工研究院有限公司，江蘇常州 213016）

0 引言

涂膜硬度是表示涂膜機械強度的重要性能之一。涂膜硬度的測定實際上是各種性能的綜合結果，不僅與底材的材質(zhì)和涂膜厚度有關，還與環(huán)境的溫、濕度及涂層本身的彈性和黏彈性有關。在涂膜硬度的測定中，擺桿阻尼試驗是比較經(jīng)典的使用時間來評定涂膜硬度的試驗方法。GB/T 1730—2007《色漆和清漆 擺桿阻尼試驗》中包括科尼格（Konig）擺桿式阻尼試驗、珀薩茲（Persoz）擺桿式阻尼試驗和雙擺桿式阻尼試驗。雙擺桿式阻尼試驗是國內(nèi)使用歷史最長的一種試驗方法。科尼格擺桿式阻尼試驗、珀薩茲擺桿式阻尼試驗原分別為德國和法國標準，并在歐洲廣為使用，后成為ISO國際標準。

1 3種擺桿阻尼試驗

（1） 科尼格擺

科尼格擺，見圖1。以直徑為（5±0.005）mm、鋼珠間距為（30±0.2）mm，硬度為HRC（63±3）或（1 600±32）HV 30的兩個分開的鋼珠軸承來支承，并且利用與橫桿連接的垂直桿上的滑動重錘保持平衡，且可通過該重錘調(diào)節(jié)固有擺動頻率。在一塊拋光的玻璃平板上的擺動周期為（1.4±0.02）s，從位移6°到位移3°的阻尼時間為（250±10）s。擺的總質(zhì)量為（200±0.2）g。

圖1 科尼格擺Figure 1 Konig Pendulum

（2） 珀薩茲擺

珀薩茲擺，見圖2。以直徑為（8±0.005）mm、鋼球間距為（50±1）mm，硬度為HRC（59±1）的兩個分開的不銹鋼珠來支承，沒有平衡器。在一塊拋光的玻璃平板上的擺動周期為（100±0.1）s，從位移12°到位移4°的阻尼時間為（430±10）s。擺的總質(zhì)量為（500±0.1）g，其靜止時的重心在支軸面下方（60±0.1）mm處，指針尖端在支軸面下方（400±0.2）mm處。

圖2 珀薩茲擺Figure 2 Persoz Pendulum

（3） 雙擺

雙擺，見圖3。擺的總質(zhì)量為（120±1）g，擺桿上端至下端的長度是（500±1）mm。擺桿橫桿下的2個鋼珠符合GB/T 308中8CⅢ的規(guī)格要求。在未涂漆玻璃板上擺桿擺動角度從5°位移到2°的阻尼時間為（440±6）s。

圖3 雙擺Figure 3 Double Pendulum

2 擺桿阻尼試驗的影響因素

影響擺桿硬度測定的因素，實際上即為影響阻尼時間的因素。在擺桿進行擺動時，妨礙擺動的阻力有兩種：一種是擺動的支撐鋼珠對玻璃板的摩擦力，其中包括滾動摩擦和滑動摩擦，這些摩擦與正壓力成正比。單擺（科尼格擺和珀薩茲擺）的正壓力高于雙擺的正壓力，這是因為單擺的擺桿質(zhì)量大而鋼球直徑小。另一種是空氣阻力，它與擺桿的形狀、運動速度、空氣密度有關。阻尼時間值實際上就是擺桿用來克服摩擦阻力和空氣阻力所花的時間。擺桿阻尼試驗有以下幾個影響因素：

（1） 漆膜厚度的影響：漆膜厚度越大，其硬度值越低。這是因為漆膜越厚，摩擦阻力越大，導致擺桿的擺動時間減少。

（2） 漆膜表面平整度的影響：漆膜表面的顆粒、劃痕會影響擺桿的擺動，導致擺桿的擺動時間減少。

（3） 儀器鋼珠的影響：鋼珠如果有損傷，摩擦阻力增大，導致擺桿的擺動時間減少。

（4） 溫、濕度的影響：溫度高會使漆膜發(fā)軟，濕度大會使漆膜發(fā)澀，這些都會造成漆膜表面的摩擦阻力增大，導致擺桿的擺動時間減少。

（5） 氣流的影響：空氣流動時會造成擺桿的晃動，故操作時應關閉儀器的玻璃罩。

3 擺桿阻尼試驗的注意事項

擺桿阻尼試驗的影響因素很多、很復雜，在進行擺桿阻尼試驗時各細節(jié)的差異都會影響阻尼時間。將注意事項歸納如下：

（1） 在（23±2）℃和相對濕度（50±5）%的條件下進行試驗，并且測試樣板應在此條件下調(diào)整至少16 h后才能進行試驗。

（五）落實信貸支持 結合國家建立現(xiàn)代農(nóng)村金融制度的要求，建立政府扶持、多方參與、市場運作的農(nóng)村信貸擔保機制，大力發(fā)展小額信貸，建立新形勢下的信用評估方式，擴大農(nóng)村有效擔保范圍，開辟支持生豬標準化規(guī)模化養(yǎng)殖的信貸“綠色通道”，解決投入不足的“瓶頸”問題。

（2） 底材應滿足測試要求的尺寸，且平整，無任何可見的劃痕等缺陷。

（3） 樣板漆膜表面應平整，完全干燥，且涂層表面不能有手印、灰塵或其它污染物。

（4） 試驗時應避免氣流和振動，建議使用保護罩。

（5） 測試前要檢查鋼珠是否有磨損，如果有磨損，需更換鋼珠，也可轉(zhuǎn)動鋼珠，使其與涂層的接觸點沒有損傷，并用柔軟的綢布沾取合適的溶劑將支承鋼珠擦干凈。

（6） 檢查儀器是否水平。可以放一個水平儀，通過基座上的螺絲將玻璃平板調(diào)成水平。

（7） 檢查標準玻璃平板是否干凈，可用一塊柔軟的不起毛的綢布沾取合適的溶劑將標準玻璃平板擦拭干凈。

（8） 放好樣板后，抬高支軸，將擺桿偏轉(zhuǎn)合適的角度（科尼格擺為6°，珀薩茲擺為12°，雙擺為5°）并將它放到預定的停點處，注意觀察不允許支軸橫向位移。

4 儀器的校準

標準中規(guī)定科尼格擺從位移6°到位移3°的標準阻尼時間為（250±10）s，擺動周期為（1.4±0.02）s；珀薩茲擺從位移12°到位移4°的標準阻尼時間為（430±10）s；雙擺從5°位移到2°的標準阻尼時間為（440±6）s。如果阻尼時間不在標準規(guī)定的范圍內(nèi)，需要對儀器進行校準。

首先調(diào)整儀器的水平，檢查鋼球，并用柔軟的綢布沾取合適的溶劑（如無水乙醇）將支承鋼球擦拭干凈，再擦拭標準玻璃板后重新測試。如果阻尼時間仍舊不在規(guī)定的范圍內(nèi)，那么珀薩茲擺就要更換儀器了，而科尼格擺和雙擺還可以通過調(diào)整重錘進行儀器校準。

（1） 科尼格擺的校正

其中：T—擺動周期；

m1—支點下擺擺長總質(zhì)量；

m2—支點上擺擺長總質(zhì)量；

L1—支點下擺擺長；

L2—支點上擺擺長；

g—重力加速度。

由式（1）可以看出，將重錘上移使L2增大，則T增大。要增大阻尼時間，即增大擺動周期T，就需將重錘上移一定距離。

（2） 雙擺的校正

其中：T—擺動周期；

L—支點到重錘的距離；

g—重力加速度。

由式（2）可以看出，調(diào)整阻尼時間，即為調(diào)整擺動周期T，T隨距離L的變化而變化。當L增大，T增大，即為阻尼時間增大。因此要增大阻尼時間，就要使重錘向下移動一定距離。但要注意，調(diào)整時擺桿上的兩個重錘應同時移動，使兩個重錘始終處于同一水平位置上。

5 結語

介紹了GB/T 1730—2007《色漆和清漆 擺桿阻尼試驗》中3種阻尼試驗儀的工作原理及校準原理，并探討了試驗時的影響因素及注意事項，對深入理解標準，及減少試驗誤差起到一定的作用。