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涂料固化,是指涂料被涂在被涂物上,通過各種方式形成干燥的涂膜(包括硬膜和軟膜)的過程。
影響固化速度的因素主要有涂料類型、涂層厚度、固化方法、固化條件、固化設備及具體固化規程等。
(1)涂料類型
在相同的固化條件下,涂料的類型不同,固化速度有很大的差別。一般地講,揮發性油漆固化快,油性漆固化慢,聚合型漆的情況很不相同,聚合型漆中光敏漆固化最快,而其他聚合型漆則多介于揮發性漆與油性漆之間,當采用機械化流水線進行涂飾時,揮發性漆、酸固化氨基醇酸漆比較常用。
(2)涂層厚度
在涂飾過程中,涂層基本上都不是一次形成的,通常采用多遍薄涂的方法(如油性漆一般一次涂35μm左右,硝基漆15μm左右等)。在相同的固化條件下,薄涂層在固化時,內應力小,形成的涂層缺陷少;而涂層太厚時,內部應力較大,易于產生起皺和其他缺陷,同時由于溶劑的揮發,涂層收縮,導致光澤不均勻,內部不固化等。實踐證明,除聚酯漆外,其他漆類通過多次涂飾形成的漆膜,與一次涂飾所形成的同樣厚度的漆膜相比,其物理性質要好。
(3)固化條件
1-固化溫度固化溫度對大多數涂料涂層的固化速度起著決定性的影響。當固化溫度過低時,溶劑揮發及化學反應遲緩,涂層難以固化,提高溫度,能加速溶劑揮發和水分蒸發,加速涂層氧化反應和熱化學反應,涂層固化速度加快,但不能無限度地提高溫度,因為溫度與固化速度不是成正比的關系,固化溫度過高時,固化速度沒有明顯地提高,反而會使漆膜發黃或色澤變暗,不僅如此,溫度在涂層固化過程中還對基材產生影響,基材受熱,引起含水率變化,基材產生收縮變形,甚至翹曲、開裂,揮發性漆涂層,固化溫度超過60℃時,溶劑激烈揮發,表層迅速干固,內部溶劑蒸氣到達表層時容易產生氣泡,所以,采用人工固化方法時,表面溫度一般不超過60℃。
2-空氣濕度空氣濕度應適當。溫度過大,涂層中的水分蒸發速度降低,溶劑揮發速度變慢,因而會減慢涂層的固化速度,大部分涂料在相對濕度為45%~60%的空氣中固化最為適合,如果干燥固化場所空氣潮濕,不僅使固化過程很慢,而且所形成的漆膜朦朧不清并出現其他缺陷,相對濕度高時,涂層極易產生'發白'的現象。
由于油性漆,當相對濕度超過70%時,對涂層固化速度的影響要比溫度對其影響顯著。涂層在固化過程中,產生的內部應力與其相對濕度有關。
3-通風條件涂層固化時要有相應的通風措施,使涂層表面有適宜的空氣流通,及時排走溶劑蒸氣、增加空氣流通可以減少固化時間,提高固化效率,保證固化質量。
a、氣流速度?諝饬魍▽ζ崮ぷ陨砉袒欣T诜忾]的、溶劑蒸氣濃度較高的環境下,漆膜固化緩慢,甚至不干。通風有利于漆膜溶劑的揮發和溶劑蒸氣的排除,并能確保自然固化場所的安全。
強制空氣干燥室是靠通風造成循環熱空氣,其干燥固化效果在很大程度上取決于空氣流動速度?諝馑俣仍酱螅瑹崃總鬟f效果越好。熱量傳遞效果越好,熱空氣干燥通常采用低氣流速度,一般為0.5~5m/s,溫度為30~50℃。
b、氣流方向?諝饬鲃臃较蛞彩欠浅V匾,氣流與涂層的方向有平行和垂直兩種形式,根據實驗,垂直送風的熱空氣干燥優于平行送風。
4-外界條件用于聚合固化成膜的涂料,其涂層固化為復雜的化學反應過程。固化速度與所含樹脂的性質、固化劑和催化劑的加入量有關,而外界條件,如溫度、紅外線、紫外線、電子射線等,往往能加速這種反應的進行,外界條件作用的大小,又取決于外界條件與涂料性質相適應的程度,如光固化涂料再強紫外線的照射下,只需要幾秒就能固化成膜。若采用紅外線或其他加熱方法,則很難固化,甚至不固化。又如電子射線固化涂料,其涂層在電子加速器所發射的電子射線照射下,比光敏漆固化更快,而其他涂料對電子束的反應就不強。所以,涂料固化方法要根據所用涂料的性質合理選擇。
涂料固化,通過有以下四種常用的方法
一、自然固化:
自然條件下,利用空氣對流使溶劑蒸發,氧化聚合或與固化劑反應成膜,適用于揮發性涂料,氣干性涂料和固化劑固化型涂料等自干性涂料,干燥質量受環境條件影響很大。
1、溶劑揮發固化
就是溶劑通過涂層表面揮發,留下涂料的固體物并被附著在被涂物表面上,形成干燥的固體涂膜。
2、空氣氧化固化
就是利用空氣中的氧來使涂料干燥成膜,空氣中的氧與涂料發生交聯反應形成干燥涂膜。
3、熱反應或化學反應固化
此類涂料在加熱或在催化劑(包括同化劑)的作用下產生化學交聯反應,涂料中的各種成膜物組分相互融合,交聯形成立體網狀結構的涂膜。
二、傳統加熱固化:
烘干根據烘干溫度可分為低溫烘干(低于100°C,主要是對自干性涂料或耐熱性差的材質的表面涂層進行干燥)。中溫烘干(100-150°C,主要用于縮合聚合反應固化成膜的涂料)。高溫烘干(高于150°C,主要用于粉末涂料,電泳涂料等)。
1、熱風對流加輻射組合固化
一般先輻射后對流,利用輻射加熱快的優點,使工件加熱,再利用熱風對流保溫,保證烘干質量。
2、熱風對流固化
熱風對流加熱均勻,溫度控制高,適用于高質量涂層,不受工件形狀和結構復雜程度影響,但升溫速度較慢,熱效率較低,設備龐大,涂層易起泡,起皺,防塵要求高。所用熱源有蒸汽,電,柴油,煤氣,液化氣和天然氣等。
3、熔融固化
熔融固化的涂料一般是指固體粉末類型的涂料產品。
三、輻射固化
1、紫外光(UV)輻射固化
是一種借助于能量照射實現化學配方(涂料、油墨和膠粘劑)由液態轉化為固態的加工過程。
2、近紅外線固化(短波紅外)
近紅外技術使粉末涂料在幾秒內能迅速工作和固化。
3、紅外線(長波、中波)輻射固化
通常使用紅外線、遠紅外線輻射到物體后直接吸收轉換成熱能,使涂層固化。
4、紅外催化熱反應固化
就是利用涂料自身吸收紅外能量轉變為熱能使涂膜固化的一種方法。
5、微波固化
微波是指頻率為0.3~300GHz的電磁波。材料在微波作用下會產生升溫、熔融等物理現象,同時還會發生化學反應。
四、其它特殊固化
1、電子束固化
英文名electron beam curing,是利用電子加速器產生的高能電子束為輻射源,誘導液體低聚物經過交聯聚合而快速形成固體產物的過程。
2、氨蒸汽固化
氨蒸汽固化是一種特制的氨固化涂料設計的專用干燥方法。
3、誘導加熱固化
是快速固化的又一新技術。它通過將金屬底材暴露于變電場中來實現加熱的。