杯突試驗(Erichsen Cupping Test，又稱埃里克森杯突試驗)是評價色漆、清漆及涂層體系在金屬底材受拉伸變形時，其抗開裂或抗與底材分離性能的重要檢測手段，廣泛用于汽車涂料、卷材涂料、家電烤漆等需經(jīng)受后續(xù)沖壓成型的涂層質(zhì)量檢測。本文依據(jù) GB/T 9753-2007《色漆和清漆 杯突試驗》(等同采用 ISO 1520:2006)，系統(tǒng)介紹杯突試驗儀的工作原理、技術(shù)參數(shù)、標準操作規(guī)程及結(jié)果判定方法。

一、適用標準與儀器主要參數(shù)

執(zhí)行標準：GB/T 9753-2007、ISO 1520:2006、ASTM D2794(參考)。

沖頭規(guī)格：半球形鋼制沖頭，球頭直徑 20mm ± 0.05mm，表面拋光。

壓陷深度量程：通常 0～10mm 或 0～18mm，分辨率 0.01mm。

壓陷速度：恒速 (0.2 ± 0.1)mm/s(即 5～15 mm/min)。

試板要求：磨光鋼板符合 GB/T 9271，厚度 0.30～1.25mm，邊長 ≥70mm，平整無翹曲，按標準制板并狀態(tài)調(diào)節(jié)(23±2℃，RH 50±5%，≥16h)。

二、工作原理

杯突試驗儀的核心工作機理是模擬金屬板材局部脹形過程：

將涂覆完畢并已充分干燥的試板，涂層一面朝向凹模開口、金屬面背對沖頭，夾緊于儀器的固定環(huán)(壓邊圈)與沖模之間。

儀器驅(qū)動直徑 20mm 的半球形沖頭，以恒定低速從試板背面(金屬面)向前(涂層側(cè))頂壓，使試板中心區(qū)域逐漸被頂出一個圓頂形凹陷(杯突變形)。

涂層隨底材同步發(fā)生雙向拉伸變形，當變形量超過涂層延伸極值時，漆膜出現(xiàn)開裂(微裂紋)或從金屬底材剝離。

記錄涂層剛出現(xiàn)破壞時的沖頭壓入深度(單位 mm)，即為該涂層的杯突值(Erichsen 數(shù)/I.E.值);或按指定深度壓陷后檢查涂層是否完好，評定"通過/不通過"。

?? 注意：杯突試驗考察的是涂層隨底材拉伸變形的附著性與延展性，與落錘沖擊試驗(瞬間撞擊)物理意義不同，不可相互替代。

三、試驗前準備

環(huán)境控制：試驗應在溫度 (23±2)℃、相對濕度 (50±5)% 環(huán)境下進行，試板需提前在此環(huán)境中狀態(tài)調(diào)節(jié)至少 16h。

試板檢查：確認試板無劃痕、無油污、邊緣無毛刺，涂層厚度均勻并已記錄;雙面涂層板需特別注意調(diào)零方式。

儀器檢查：

確認沖頭球面無磨損、無銹蝕，凹模與固定環(huán)夾持面清潔平整。

通電開機，數(shù)顯儀表回零正常;若為自動機型確認夾緊力設定到位(通常 10kN 或按說明書)。

準備 10 倍放大鏡或儀器自帶電子放大鏡用于結(jié)果觀察。

四、標準操作規(guī)程(分步詳解)

● 手動數(shù)顯機型操作步驟

1.降位與裝板：將手輪順時針旋到底使沖頭降至低位→松開封緊螺母→將試板涂層朝上、金屬面朝下插入夾縫→調(diào)整位置使沖頭中心與試板交點距各邊 ≥35mm→旋緊壓緊裝置固定試板。

2.自動/手動調(diào)零：

單面涂層板：逆時針慢轉(zhuǎn)手輪使沖頭上升，觸碰到金屬背面時數(shù)顯自動回零(或按清零鍵)，綠燈/紅燈指示零位。

雙面涂層板：先用隨機調(diào)零鋼板放入夾緊，手輪上升使儀表顯零后松開，換上雙面涂層試板再手動清零。

3.壓陷試驗(二選一)：

測定是否通過規(guī)定深度：設定目標深度(如 6mm 或 7mm)，以 (0.2±0.1)mm/s 勻速逆時針轉(zhuǎn)手輪(或按自動啟動)，沖頭升至設定深度自動停/手動停，不得中途反轉(zhuǎn)。

測定最小破壞深度(杯突值)：勻速升壓陷深度，目不轉(zhuǎn)睛觀察涂層表面，一旦見第一條裂紋或漆膜起翹脫離底材，立即停轉(zhuǎn)手輪，讀取當前深度值。

4.取出觀察：松開壓緊裝置取出試板，在散射日光或標準光源下檢查壓陷區(qū)涂層狀況。

● 全自動機型補充說明

放入試板→觸摸屏選擇"自動模式(定深)/手動模式(測杯突值)"→設定深度或觀察實時深度→按 START 自動夾緊、恒速頂壓→達到深度自動?；蚰繙y破壞后按 STOP→記錄結(jié)果→按 RETURN 退回原位。

五、結(jié)果判定與表示方法

1. 按"規(guī)定深度"試驗(通過/不通過法)

沖頭壓至產(chǎn)品標準或客戶指定的深度(常見 5mm、6mm、7mm 等)，取出試板。

用校正視力(或經(jīng)說明后使用 10 倍放大鏡)觀察壓陷圓頂區(qū)涂層：

無開裂、無剝落、無露底? → 評定為通過(Pass)。

出現(xiàn)任何肉眼可見裂紋、網(wǎng)狀細裂導致底材顯露、或漆膜成片剝離 → 評定為不通過(Fail)。

平行試驗至少 2 塊，結(jié)果應一致;若不一致需增做至結(jié)果統(tǒng)一。

2. 按"測定最小破壞深度"試驗(杯突值法)

逐漸加大壓陷深度，記錄涂層初次出現(xiàn)開裂或從底材脫離時的沖頭位移量，精確至 0.1mm。

用新試板重復試驗，取兩次結(jié)果一致(或差值 ≤0.1mm)的數(shù)值作為該涂層的杯突值(Erichsen Number，單位 mm)。

杯突值越大，說明涂層隨底材變形而不破壞的能力越強。

3. 特殊情況處理

若底材在涂層破壞前先出現(xiàn)穿透性裂紋→本次試驗無效，應更換底材重做，結(jié)果可報"優(yōu)于引起底材開裂的深度"。

若使用放大鏡觀察，須在報告中注明，不可與裸眼觀察結(jié)果混用比對。

六、影響因素與注意事項

●沖頭與模具磨損：沖頭球面磨損會使杯突值偏低，模具內(nèi)孔變大則夾緊力不足導致材料流動異常，須定期校驗更換。

●夾緊力：夾緊力不足會引起試板滑移使壓陷區(qū)擴大、杯突值偏大;過大會限制材料流動使值偏小，嚴格按儀器標定夾緊力操作。

●壓陷速度：速度過快會因慣性導致過沖使讀數(shù)偏高，臨近破壞時應放慢手輪轉(zhuǎn)速(自動機設低速段)。

●底材厚度與材質(zhì)：須符合 GB/T 9271 要求，厚度超范圍會影響變形行為。

●禁止中途反轉(zhuǎn)：壓陷過程中嚴禁順時針反轉(zhuǎn)手輪，否則數(shù)顯位移計量失準。

七、日常維護與校準

●每次試驗結(jié)束用無塵布擦拭沖頭、凹模及固定環(huán)，防止漆渣堆積影響零位。

●每月檢查沖頭球面是否有劃痕或銹蝕，必要時更換;用標準量塊或百分表核查深度示值誤差(允差 ±0.05mm)。

●長期停用罩防塵罩，避免導軌進灰;電子儀表定期通電防潮。