涂层失效的现象及原理

涂料经过涂装施工成为涂层，涂层经过干燥或交联固化后发挥其保护、装饰和功能性作用。在涂装后，涂层有时会出现缺陷甚至失效现象，如粉化、失光、褪色、脱落等现象。若这些涂层衰减处于涂层保质期内，或其未对涂层的保护、功能性作用造成本质影响，则此涂层质量的降低属于涂层质量的正常递减。但若涂层在各种因素的作用下，在物理化学和机械性能方面出现不可逆的变化，即涂层性能被明显破坏，则称之为涂层的失效。

涂层失效的原因很多，一般归咎于四个主要的方面：涂料施工不当，涂料本身有质量缺陷，涂料品种选择不当，涂层服役环境苛刻等。另外，除以上宏观原因，涂层失效还有着更深层次、更本质的失效原理和失效模式。本文将对涂层失效的现象及原理、涂层失效的分析方法进行深入解析。

涂层失效的现象及原理

1、开裂、脱落现象

原理：交联固化后的涂层可视为一种“粘弹性”固体，当受到外界应力时，会发生形变来消除应力。常见的形变情形有：涂层在一定温度和湿度下的膨胀、收缩，基材受力引起的振动、冲击等。

涂层，由于温度和湿度的变化会发生膨胀和收缩。如果膨胀/收缩力发生在该涂层应力-应变曲线上的屈服点之前，涂层不会发生不可逆形变而导致失效；如果膨胀/收缩力发生在应力-应变曲线上的屈服点之后，则涂层会通过以下两种方式进行应力消除：

(1) 涂层与基材之间附着力良好，发生开裂现象；

(2) 涂层与基材之间附着力较差，发生脱落分层现象。

如果涂层基材是底漆，则底漆根据自己的应力-应变行为，可能会发生面漆开裂、面漆与底漆脱落分开、底漆从基材上剥离等现象。

2、化学腐蚀现象

化学腐蚀也可认为是作用于涂层上的一种应力，如Figure 2所示，其作用原理可解释如下：

若涂层中树脂主要含有碳碳单键、醚键等化学键，则其耐化学侵蚀性能就相对稳定，如酚醛树脂、乙烯基树脂。

若涂层中树脂含有羟基、羧酸基、酯基、胺基和酰胺基等基团，则其极易受到酸、碱和***的侵蚀，如醇酸树脂则易在碱性潮湿环境中会迅速发生水解而失效。

有些颜料对酸和碱也很敏感。如***，在碱性较强的环境中，会很快发生变质失效。

3、黄变、粉化现象

涂层的黄变、粉化现象一般是由涂层的应力老化引起。应力老化是指涂层中树脂在光（主要是紫外光）、热等气候因素的作用下发生高分子链的断裂和降解的情况，如芳香族聚氨酯可能会发生黄变，环氧树脂可能会粉化。

4、起泡现象

层起泡包括渗透起泡和电渗起泡，一般指的是水分、离子等在浓度梯度或电势梯度的作用下渗透到涂层内部，导致涂层内基材腐蚀或涂层脱落、起泡等现象。涂层的起泡现象一般发生在涂层有小孔缺陷或服役环境严苛的情况下，如海边、高温潮湿的环境等。

来源：北京志盛威华化工有限公司