项目前涂层测试能否说明应用后性能?

日期:1970-01-01

许多机构和设施业主要求在产品和系统用于实际的涂层项目之前对其进行涂层的性能测试。这并不是一个独创的概念;制定合格的产品清单(QPL)变得越来越普遍,因为并非所有的涂料和涂层系统都是相同的,即使它们属于同一类型。然而,最大的问题依然存在:建立和维护QPL的成本值得吗?还是应该让涂料制造商承担提供性能证据的责任呢?


这通常是围绕项目前测试概念的讨论主题——如何管理成本和证明附加要求的合理性,此外,应该认真讨论和定义如何管理和使用此类测试产生的数据。建立QPL并不总是需要大量支出,即使是中小型涂装项目也可以具有成本效益。在大规模应用涂层材料之前,小规模评估特性或性能所带来的安心通常是值得投资的。在保证涂装工程质量时,有许多方面需要考虑。测试涂层材料只是众多方法之一。此外,涂层材料的特性和性能测试以及在QPL上创建完整的涂层系统并不能完全保证涂层的性能。表面必须进行适当的制备,涂层系统应该按照涂料制造商的说明和管理来规范现场应用。一个好的质量计划可以解决所有的表面制备和涂料应用的要求,以及该计划的涂层材料测试部分。毕竟,在项目结束时,系统性能仍然与涂装和规范要求以及遵守这些要求保持一致。当讨论涂层测试程序的实施时,可能会有很多侧重点。各种各样的测试可以实施,决定采用哪种测试方案,在某些情况下,测试(加速腐蚀或加速风化测试)的持续时间似乎是不可避免的,如果之前没有探索过这个程序的话。资格认证程序可能包括大量的测试内容,包括液体材料的成分和物理特性以及所应用的涂层系统的性能特性。也有资格认证程序,只解决几个关键性质的液体材料。测试程序的范围可以与项目的复杂性、长期性能的重要程度成正比,也可以由指定的产品类型决定。


在某些情况下,将产品与军用技术规范(MIL-SPECS)进行比较。许多军用技术规范都是基于配方的,测试仅限于成分分析,这意味着使用MIL-SPEC的参考表明,根据预先制定的标准配制产品的性能假设。该配方测试在项目启动之前进行,并不进行短期或长期的性能测试(历史性能基于对相同配方的依赖)。这种方法的局限性之一是,不同涂料制造商用于配制涂料的原材料的质量可能存在差异,而这些差异可能无法仅通过成分测试来揭示。在其他情况下,在项目开始之前,对项目中使用的每一批新涂层材料进行三到五种涂层性能的基线测试。将后续每批材料的测试结果与初始或基线属性值进行比较,以验证后续结果是否在项目使用之前的每个测试的允许公差范围内。测试需求可能是特定于某项工作的,可能适用于也可能不适用于其他的项目。


在批量测试之上的一个步骤是行业特定的测试程序。行业特定的涂层性能评估程序生成基于测试的性能数据,这些测试(尽可能接近)该行业的服务环境。一旦数据生成,就可以上传到中央数据库,以便该行业的所有成员机构都可以访问这些信息,并从测试程序中包含的涂料产品中建立自己的QPL。采用这类方案的行业包括公共污水处理设施和交通部门。饮用水的ANSI/NSF 61认证测试就是一个很好的例子。美国国家公路和运输官员协会(AASHTO)及其国家运输产品评估计划(NTPEP)是另一个行业特定性能评估/资格认证计划的例子。AASHTO NTPEP测试整个美国桥梁和公路系统使用的产品,包括结构钢上的涂层。自20世纪90年代末该项目启动以来,已经测试了数十种涂层系统。简而言之,涂料制造商与AASHTO签订合同,并将候选系统提交给独立的测试实验室进行测试。反过来,AASHTO与实验室有自己的合同,因此涂料制造商和测试实验室之间没有合同关系,消除了任何偏见的人为因素。测试包括单个组分和混合材料的基线成分分析(用于将来与现场交付批次的比较):耐加速腐蚀和耐风化、附着力和热循环。滑移系数和拉伸蠕变测试也包括在测试方案中,用于滑移临界螺栓连接的涂层。没有“及格/不及格”的标准;相反,数据上传到中央数据库,所有成员机构都可以访问该数据库,以便他们可以选择将涂层系统存储在各自的QPL或合格系统列表上。2014年启动了一个类似的项目,用于混凝土的涂层测试。


这种类型的性能评估的优点是,给定行业内的许多机构可以以很少或没有相关成本即可访问性能数据。局限性包括在新的涂层系统进入市场时保持数据库的最新状态,生成长期性能数据所需的时间,以及在明尼苏达州北部和凤凰城两种截然不同的服务环境中应用或使用相同的涂层性能标准。即使拥有与建立QPL相关的所有积极属性,也必须证明其固有成本是合理的。以下三个案例研究证明了在涂料选择和应用之前进行测试的价值。


案例研究1:基线测试/批次验证

第一个案例研究描述了一个测试程序,该程序由业主发起,在整个涂装项目中执行基线测试和批次验证测试。虽然这些并不是高技术的涂层材料,但该项目是非常显眼,并且由于颜色品牌倡议需要确保长期的美观性能,因此进行了这些测试。外部涂层是一种特定色度的室外水性丙烯酸。开发的测试方案是一个相对较短的测试列表,包括:非挥发性(重量固体分)含量,液体材料的密度和粘度测试,以及干燥涂层的红外光谱(“指纹测试”),以供将来参考。底漆和面漆是由同一家公司提供的:底漆的颜色要比面漆浅一些,以便在应用过程中形成对比。每批底漆材料和面漆材料在现场验收前都要进行测试。根据计算出的项目所需的加仑数,确定需要测试一批底漆和两批面漆,并将每种产品的基线数据进行比较。


在案例研究1中,着色上的差异导致了特定涂层在性能和美学特性上的差异。


项目和批次分析按计划进行,直到最后一批面漆的提交,生成的数据没有在允许的公差范围内。这些信息,连同红外光谱的比较,证实涂层材料与最初指定的面漆材料不匹配,材料在应用之前被拒收(图1)。数据的变化与相同树脂材料的不同颜料包装一致,该包装被着色并用作面漆。从长远来看,这可能会也可能不会改变外部涂层的性能,但从一致性的角度来看,如果你希望长期保持相同的外观和一致性,最好从相同的产品开始。


案例研究2:MIL-SPEC/配方测试

第二个案例研究涉及一种涂层材料,该材料的配方符合军用技术规范。应用前测试要求产品满足MIL-SPEC涂层配方的性能。没有评估的性能数据,因为涂料制造商表示涂层材料的配方符合MIL-SPEC,并将其作为验收标准。


在涂层应用过程中,不同位置的结构在性能特性上存在明显差异。人们注意到物理性能的差异,并因此担心材料的长期耐久性。调查开始了,并从表现出差异性的区域获得了样本。使用傅里叶变换红外光谱分析样品以寻找化学成分的差异。不幸的是,光谱并没有显示出样品之间的明显变化,但这一分析只关注干燥涂膜的主要成分。进一步调查显示,在同一工地生产和使用了类似的产品。产品之间的区别在于配方中使用的溶剂混合物,因此对涂层内的残留溶剂进行了分离和鉴定。当涂层固化时,通常认为所有溶剂都已完全蒸发,但在涂层中经常存在残留的溶剂材料,特别是在涂层生命周期的早期。溶剂可以从干燥的涂膜中提取,方法是将涂层切片放置在屏蔽的小瓶中,在浴液中加热小瓶,然后用微型注射器从小瓶内的头部空间提取蒸汽。用气相色谱法对样品进行分析。分析结果揭示了所提供批次和对照样品之间的差异。表1中的数据表明,溶剂混合物符合军用技术规范的配方III,而不是配方IV。这两种配方是针对不同的暴露环境而开发的,从而解释了涂层早期性能的变化。该评估测试立即发现了问题,从而停止了应用程序,察觉了涂层缺陷并防止了大量的返工作业。由于参考了规范并已就位,因此可以快速参考准确的配方要求。


案例研究3:多种产品/产品误用

第三个案例研究与指定测试程序的正确和一致使用有关。一个大型仓库型建筑修复项目(图2)包括重新粉刷内部表面,包括镀锌屋顶天花板、水泥砖墙、房间的金属格挡和金属扶手。这些表面需要不同类型的表面制备处理,不同的涂层系统和不同的应用程序。此外,该规范允许每个涂装表面选择各种(不同)的涂料制造商。在开始对这座大型仓库建筑进行修复工作之前,需要对一系列不同的产品进行预测试。需要对产品进行预测试。预测试主要基于湿的产品的物理特性和参考红外光谱。由于使用的产品太多,因此需要保持采购订单和材料验收记录、产品保留和应用数据记录,以便在以后作为参考材料。在修复工作开始的几个月内,内部镀锌屋顶天花板出现了失效。规范要求涂覆一层底漆和两层面漆。记录显示已购买了指定清单中的涂层材料。对失效区域涂层的实验室分析结果显示,该区域仅涂覆了一层材料,涂覆的厚度超过了涂料制造商对指定产品的建议,并且材料的化学性质与指定产品也不一致。对材料的分析表明,这种所用材料更接近一种高着色和高填充的产品,因此审查了材料采购记录。


同一家公司生产的一种砌块填充材料与屋顶天花板涂料是在同一时间购买的,其中一些产品的储存区域出现了混淆。随后,应用于建筑物其他区域的涂层材料被快速取样和评估,以确定是否应用了正确的产品。这个测试很快发现除了一种材料外,所有其他材料都应用在指定的适当区域。该建筑的一个部分使用的涂料产品与所有指定产品都不匹配。所有涂层修复都按计划进行,而不正确的产品已从两个确定的不正确涂层区域移除。在项目的剩余时间里,产品按照需求进行了测试,并按照规定进行了应用,没有发现进一步的不一致。最后一次检查,几年过去了,涂层的性能如预期的那样。


这三个例子只是许多实例中的一些小的案例,从长远来看,资质测试程序和QPL的开发要比由于所应用的涂层系统性能不合格而导致的返工成本要低得多。项目前涂层测试是应用后性能保证的重要组成部分。


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