浅谈影响漆膜质量的因素及改进方法

0 引言
金属工件暴露在大气中,受到氧物和水分的侵蚀,造成锈蚀破坏,在金属表面涂以涂料,形成一定的保护膜,能够阻止或延迟腐蚀破坏的发生和发展,使其寿命得以延长,并且涂层除了有防腐蚀性能外,还具有装饰作用,因此涂层质量的控制显得尤为重要。涂膜缺陷系指涂膜的质量与规定的涂层质量标准相比所存在的毛病、差异及不完整性,包括漆膜流挂、橘皮、气孔、失光等,严重影响漆膜质量。本文对涂膜缺陷产生的原因进行了分析,并提出了应对涂膜缺陷的改进方法。

1 漆膜流挂
1.1 流挂原因分析
漆膜流挂是指涂料施工于垂直面时,漆膜在自重的影响下向下移动,形成厚薄不均的泪痕和垂幕状。一般液体涂料由成膜物质、助剂、颜料、溶剂组成,在流变学上属于非牛顿流体,其流动特性见图1。

涂料在垂直面涂刷后,如厚度为y,单位m。剪切应力为σ,单位Pa:
σ =y ×ρ ×g
ρ 为涂料的密度,单位kg /m3。g 为重力加速度,单位m /s2。图1 中的曲线称“塑性”曲线,显示出一个屈服应力σy,当σ <σy 时,流体不流动,此时y = 0。当σ >σy 后,流体才发生流动,即所说的流挂。
1.2 流挂的预防
1)要防止流挂的产生,则要求涂料应有一定的屈服应力σy,即呈现一定的塑性,只有σ 小于σy(屈服应力)时,涂料才不会发生流淌,因此涂层最大厚度为:
ymax≤σy /ρg
在施工时,如果涂层厚度大于ymax,则会产生流挂现象,因此,如果涂料的种类确定了,通过流变仪测出其屈服应力σy,即可确定最大的涂覆厚度,施工时只要涂覆厚度不大于ymax,就会防止流挂的产生。
2)如果涂料允许的最大喷涂厚度无法满足喷涂工艺的要求,那么必须从提高涂料的屈服应力σy 方面入手,不同的涂料有不同的σy,可以更换屈服应力更大的涂料来代替,如果不更换涂料,可以适当增加涂料的黏度,黏度增大,涂料的屈服应力σy 也相应增大,对应最大涂覆厚度也增大。

2 漆膜橘皮
2.1 橘皮缺陷机理
漆膜橘皮大多数是涂料涂于被涂物后,在涂料表面张力和自身重力的双重作用下,由于涂料的流动而产生的。涂料喷涂后,涂层外层的溶剂挥发速度快于内层,外层溶剂含量变低,外层和内层的表面张力不同,表面张力的不同产生了一种推动力,使涂料从表面张力低的内涂层向表面张力高的外涂层运动。随着外涂层溶剂的挥发,漆膜的黏度逐渐变大,流动从而变得缓慢,同时涂层受自身重力作用向下运动,这种受重力作用向下和向外散开的运动反复进行,直到涂料的黏度增加到足以阻止这种运动为止,此时内外涂层的表面张力差也趋于消失。按照Helmholtz 流动分配理论,涂层的这种流动所造成的涡流会形成与边相接触的不规则六角形网格,涡流的原点在格体中间,涂料沿格体边缘下沉,在涂层上形成许多漩涡状小格,干燥后就形成了橘皮。
2.2 橘皮缺陷控制
1)溶剂的影响。如果涂层表层溶剂挥发过快,底层溶剂向表层运动的速度就会过快,因此应适当延长流平的时间,不宜过早进入高温烘干。另外溶剂的选择也很关键,选择合适的溶剂,添加流平剂或挥发较慢的高沸点有机溶剂以改善涂料的流平性。
2)温度的影响。如果喷涂前,底材的温度过低,涂层内部的溶剂挥发变慢,那么涂料表层的干燥速度就会大大快于底层涂料的干燥速度,因此底材的温度不宜太低。喷涂室的温度对涂料表层的溶剂挥发有影响,温度过高会使其挥发过快,尤其在夏天,喷漆室温度较高,应适当降低喷涂室的温度,喷涂室的温度维持在25 ℃左右为佳。
3)喷涂漆膜厚度的影响。一般底漆和面漆相对喷涂厚度对橘皮均有一定的影响,见图2。

试验证明,随着底漆厚度的增大,面漆橘皮有随之增大的趋势,而随着面漆厚度的增加,面漆橘皮有减小的趋势,因此在保证漆膜不流挂和不降低涂膜性能的前提下,可以适当降低底漆的喷涂厚度,相对增加面漆喷涂厚度。
4)喷涂设备的参数。喷枪出漆量过多或过少,喷涂距离太远或太近,涂层喷得过厚或过薄都会对漆膜橘皮产生影响。实际生产中应适当调整喷涂气压与出漆量,控制喷涂距离与走枪速度,选用雾化性能良好的喷枪,以达到良好的雾化。
总的来说,影响漆膜橘皮的因素很多,包括喷涂温度、流平性能、喷涂厚度、喷涂参数、涂料黏度等,这些因素都会对橘皮产生影响,在实际生产中,不能说是哪一方面单独决定橘皮缺陷的,要经过反复试验,确定出这些因素的最佳组合,以降低或消除橘皮缺陷。

3 漆膜气孔、针孔
漆膜气孔、针孔就是在漆膜上产生针状小孔或像皮革毛孔那样的孔的现象,直径一般在80 ~ 120 μm之间,有孔的地方,该孔周围的漆膜伴随着小的凸起,在显微镜下观察这些小孔,就会发现这些小孔通道几乎贯穿整个漆膜,这样的漆膜在使用过程中,外部水分很容易进入到漆膜当中,从而腐蚀底材,使漆膜失效。为便于理解气孔的形成,现建立以下模型,正常情况下,涂层表面的空隙足够溶剂分子和残存的水分子通过,见图3。

1)残留水的影响。如图4 所示,被涂物在喷涂前,工件表面残留了大量的水分,喷涂后,由于水分子沸点低,在烘干温度下,水分子由里向外挥发,从而突破漆膜表面,形成气孔或针孔,因此,被涂物在喷涂前应使其喷涂面充分干燥。

2)表干的影响。如图5 所示,由于表层溶剂挥发过快,表层漆膜干燥过快,漆膜内缝隙减少,导致内层漆膜中的溶剂无法全部从剩余空隙中挥发,从而突破漆膜,形成气孔或针孔。产生这种问题与所选溶剂的沸点及喷漆室的温度有关,应保证喷漆室的温度恒定且在合理范围,或选沸点较高的溶剂。

3)烘漆温度的影响。如图6 所示,烘干温度过高,使溶剂分子大量挥发,漆膜间隙不能一次让大量溶剂分子通过,从而一些溶剂分子突破漆膜,形成气孔或针孔。因此,实际生产中要保证烘干温度与溶剂分子的挥发温度相适应。
4)涂料黏度影响。如图7 所示,涂料黏度过高,漆膜缝隙少,溶剂分子突破漆膜形成气孔或针孔,因此要控制黏度在合理范围内。
5)喷涂厚度的影响。如图8 所示,漆膜过厚,最底层溶剂挥发到最外层走过的距离长,漆膜间隙不连续,从而导致突破漆膜形成气孔和针孔,因此实际生产中漆膜厚度不宜过厚。

4 漆膜失光
失光是指涂膜在使用过程出现光泽减小,反映镜物的清晰度变差的现象。失光缺陷是涂层耐候性不好的前期表现。
1)漆膜的光亮程度与被涂物表面粗糙度有关系,同等用量的涂料,被涂物表面越粗糙,则光泽度越低,因此涂覆前尽量保证被涂物表面的光滑及平整。
2)要保证涂层有一定的厚度,涂层厚度过低,漆膜表面暗淡无光。
3)涂料中选用的溶剂种类直接影响其挥发速度的快慢,而过快或过慢都会影响漆膜的平整程度,降低漆膜光泽。
4)涂料中颜料的粒度及在基料中的分散性将影响漆膜光泽。颜料细度越细,在基料中的分散均匀性越好,有助于形成平整光滑的漆膜。
5)涂料中的颜基比对漆膜光泽产生影响。由于漆膜中颜料颗粒弱化了镜面反射致使光泽降低,而且随着颜料体积浓度的增加光泽逐渐下降。
6)标准板是测量和计算漆膜光泽的主要基准,将直接影响样品光泽测定的准确性,因此应精心保存,防止表面损伤。

5 结语
对影响液体涂料漆膜质量的常见的漆膜缺陷进行了分析,从微观和宏观角度分析了产生缺陷的原因,对于漆膜流挂现象,从流变学的角度解释了产生流挂的原因,对于漆膜橘皮缺陷,从漆膜表面张力和流动分配理论方面解释了橘皮产生的原因,对于漆膜针孔和气孔,建立了简单的气孔和针孔产生的模型。对于上述漆膜缺陷逐个提出了改进的一些方法,相信对实际生产中理解漆膜缺陷的产生原因和降低漆膜缺陷,提高喷涂质量有一定的帮助。

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