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大多数涂料施工的方法是先形成粗糙的湿膜，通常要让这些不平整处消失以达到外观和性能上的要求。最广泛研究的流平问题是刷痕的流平，而不熟悉这一领域的人就会马上说流平由重力作用所致，这显然不是这样，至少在较大程度上不是这种情况。如果重力是重要的因素，那么涂在顶棚上的漆应比涂在地板上的流平得更差，然而事实不那样。 图1 刷痕横截面示意图 在图1中可看到，在刷痕凹纹的湿膜厚度要比脊纹处的小，当单位表面积上挥发出相同量的溶剂时，在凹纹处涂层所挥发的溶剂分数要比脊纹处的大。其结果造成凹纹处的树脂溶液浓度高于脊纹处的浓度，相应地在凹纹处的表面张力要高于脊纹处的表面张力。按Marangoni效应，涂料就从脊纹处流向凹纹处，换言之，按Overdiep提出的，并用实验证明的，即对挥发性溶剂来说，对流平的主要驱动力不是表面张力而是表面张力差。在某些情况下，如他所证明的那样，这些差异会超越最平滑阶段而导致脊纹成长。由表面张力差所驱动的流动程度取决于溶剂的挥发速率。 Overdiep对凹凸不平涂膜在粗糙底材上会产生什么影响特别重视，他推断，表面张力驱动的流动应产生最平滑的涂膜，然而，如图2a所示，在薄涂层区，其保护必受到限制，因此此种情况是不希望有的。另一方面，如图2b所示，表面张力差驱动的流动倾向于产生相同的漆膜厚度，然而此涂膜表面循着底材的粗糙度，而不是流平。Overdiep指出，最好是对涂层进行调整，这样这二种流动都显著，以便达到折衷的，有合理的涂膜平滑而无极薄的漆膜厚度部分，如图2c所示。这种平衡可由溶剂的挥发度来加以控制，用极低挥发度的溶剂，其流平将由表面张力驱动；用相对高挥发度的，其主要效应将是表面张力差；用中等挥发度的，则这二种现象可都重要。 图2a 图2b 图2c 图2 涂料涂敷于粗糙表面可形成的各种流平结果 在喷涂施工时，表面粗糙度由谷所围绕的峰所构成，而不是脊纹和凹纹，由于这种效应多少会使人想起桔子的外皮，即普通称之为桔皮的外观，这种凸出一般要比喷涂液滴大得多。 各种各样的因素会对桔皮产生影响，最普通的桔皮在喷涂具有高挥发速率溶剂之涂料时会遇到，通常人们可推断出，由于迅速挥发，在底材上的涂膜粘度提高迅速以至造成流平不良。在一些场合，多半可能就是这种情况。 （桔皮） 流平性主要是基于涂料刷痕的条痕模型，见图1。 流平过程是涂料在溶剂挥发、干燥固化时，刷痕振幅逐渐降低的过程。此过程的推动力是涂料的表面张力γ。能达到的最小振幅αmin与涂料的表面张力、屈服值τ0与涂膜的厚度有关，得到以下经验式： 式中，f(x/λ)为与涂膜几何尺寸(厚度与振幅)有关的函数。经简化处理，可将t时刻的振幅αt与初始振幅α0的关系，表示为与涂料的黏度η和几何尺寸的关系： 从式(2)可以看出，t时刻的振幅愈小，即αt愈小，流平性愈好。涂膜厚度大，条痕波长小，涂料黏度低，流平性佳。 然而，在二十世纪40年代末期，发现了加极少量硅油(低分子量聚二甲基硅氧烷)实质上往往可改善喷涂挥发性漆的漆膜的流平。与所有流平由表面张力所致，即由高表面张力所促进的这一普通常识相反，在此是加一种众所周知的物质来降低表面张力，在实质上改善流平性能。始表面平滑性良好，可观察到桔皮在形成。Hahn提出，桔皮的形成是表面张力差驱动流动所致。到达湿漆表面上最后的雾化粒子已在喷枪与表面之间行进了较长一段距离，因而它已失去。 Hahn对这一现象进行了解释，当人们喷涂挥发漆时，开较多的溶剂，故具有较高的树脂浓度，从而有比湿涂膜主体更高的表面张力，这样较低表面张力的湿漆流向这些最后到达的粒子的边缘，将总表面自由能降至最低。即表面张力差驱动流动使桔皮渐渐形成，如果加一种表面张力降低剂，如硅油，那未它非常迅速地取向表面，则湿膜表面和最后到达的雾化粒子的表面张力全都均匀地低，这样就没有差异来促使桔皮产生。在这样一种漆膜中产生的流平是受到加入硅油后相当低的表面张力所驱动，尽管此可能是一个小的驱动力，然而更为重要的是，由于表面张力差所形成的不规整得以避免。丙烯酸辛酯共聚物也能产生整个低表面张力，并将桔皮形成的可能降至最小。 但是，我们在观察硅油或丙烯酸辛酯共聚物可能对刷涂施工涂料的流平产生影响时，以证实表面张力差驱动流平所达到的程度，但发现所产生的这种流平是更差而没有得到改善。此实验的结果在文献里没有提到，但显然，这些添加剂、不是用来促进刷涂施工的涂料的流平，而只是用于促进喷涂施工涂料的流平。 静电喷涂涂料可能显示出表面粗糙度大于相应的非静电喷涂的表面，其结果，在以汽车面涂层为例，最后几道涂料一般不用带静电的方法来旋工，即便面涂层大部分用静电喷涂施工以减少飞散漆雾。以此推测，用静电喷涂所得到的较大表面粗糙度是由于带电荷的最后到达的粒子与地的电绝缘极好的表面上所致，这些最后到达的粒子会保持其电荷足够长时间以处于相互排斥，这样就减少了流平的机会。 静电喷涂原理：利用电晕放电现象使粉末涂料吸附在工件上的。 过程是粉末涂料由供粉系统借压缩空气气体送入喷枪，在喷枪前端加有高压静电发生器产生的高压，由于电晕放电，在其附近产生密集的电荷，粉末由枪嘴喷出时，形成带电涂料粒子，它受静电力的作用，被吸到与其极性相反的工件上去，随着喷上的粉末增多，电荷积聚也越多，当达到一定厚度时，由于产生静电排斥作用，便不继续吸附，从而使整个工件获得一定厚度的粉末涂层，然后经过热使粉末熔融、流平、固化，即在工件表面形成坚硬的涂膜。 工艺流程有哪些工序？ （1）表面预处理，主要是铬化(铝材），潾化（铁材等)，喷砂等方法。 （2）保护（也称蔽覆），工件上若某些部位不要求有涂层，在预热前可采用保护胶等掩盖起来，以避免喷上涂料。 （3）预热，一般可不需预热。如果要求涂层较厚的（150-300膜厚的），可将工件预热至180～200℃，这样可以增加涂层厚度。 （4）喷涂，在高压静电场下，将喷粉枪接负极，工件接地（正极）构成回路，粉末借助压缩空气由喷枪喷出即带有负电荷，按异性相吸原理喷涂到工件上。 （5）固化，喷涂后的工件，送入180～200℃的烘房内加热，保留15-20分钟的恒温时间，以便使粉末完全固化。 （6）清理。涂层固化后，取下保护物，修平毛刺。 （7）检验。检查工件涂层，凡有漏喷、碰伤、针气泡等缺陷的，都应返工重喷。 （8）缺陷处理。对被检出的有漏喷、针孔、碰伤、气泡等缺陷的工件，进行返修或重喷。
当我们将涂料用于垂直表面上，重力的作用使它向下流动一段长度(流挂)。在不同位置不同的漆膜厚度会产生不同程度的流挂。
促使涂料流挂形成的力是重力，涂料的密度(P)是一个因素，一般涂料配方设计者不太考虑对涂料密度的控制，但在某些情况下可避免使用高密度惰性颜料，避免涂布厚的漆膜。但遮盖力支配着些漆膜最低厚度，因此，粘度成为控制流挂的主要可变因素。遗憾地是以提高粘度来控制流挂却带来流平性下降的问题。 我们模拟实地施工的条件下通过漆膜行为的观察来估计涂料的流挂倾向，但对流挂程度不具有数字基础。测定流挂的方法很多，最常用的是流挂指数刮板法，这是一种直边的刮板，沿边上带有一系列间隔为6.4mm，深度差为1.6mm的凹槽。向下一刮后，在样板上形成一系列不同厚度涂料的条纹，马上将样板放置在垂直位置，当涂料流挂时，会从一条纹向下流到另一条纹的边缘。如果该涂料很容易流挂的话，薄的会向下流到另一条纹；如果该涂料不易流挂的话，那么仅有较厚的条纹会向下流到另一条纹。 对于涂料的流挂现象，如图2的流挂模型。  在喷涂溶剂型涂料时，通过选用适当的喷枪和对溶剂挥发速度的控制，使涂料流挂性下降到最低限度的同时仍可获得足够的流平性。关键是控制粘度，以保证为满足流平性而设计的初时低粘度，在出现严重流挂之前粘度增大。在用刷涂或辊涂法施工时，不能采用挥发速度快的溶剂，往往设计成触变型涂料体系，在粘度恢复之前允许漆膜流平，而此粘度恢复之快不足以产生严重流挂。如期望的那样，乳胶漆较溶剂型涂料出现流挂的可能性要少，因为它们几乎总是具有触变性。
出现这种情况的原因之一，是高固体份涂料在喷涂过程中(即涂料离开喷枪后，到达底材表面之前)，溶剂的损失是相当少的。与常规涂料相比，高固体涂料溶剂损失越少，粘度增加越少，其流挂可能性越大。 热喷涂可能有助于控制流挂，当涂料喷在物体上冷却后，粘度的增加会减少流挂。用超临界条件下的CO2可能对控制流挂特别有效，当涂料离开喷枪口的同时CO2已蒸发掉，导致粘度上升。用高速静电转杯也有助于涂料在较高粘度施工。
热喷涂工艺：
但是，通过对涂料中溶剂组成和各种施工手段的调整，仍然发现许多高固体份涂料的流挂问题不能完全解决，这样就应该使涂料体系具有触变性的必要。例如在体系中加入的分散体含有细粒径的气相SiO2、沉淀SiO2、用季铵化合物处理过的膨润土或聚酰胺凝胶体，以产生触变性。研究人员试图设计这样的配方：使体系恢复到高粘度状态的速度控制在恰到好处，慢得足以有适当流平，快要足以控制流挂。但是，这些试剂的加入提高了高剪切粘度，因此要求有适当的溶剂含量。而且这会降低涂膜的光泽并在较高温度下通常不起作用。 在高固体份汽车闪光涂料中流挂问题可能特别严重，即使是很小程度上的流挂，这在白色涂料中可能是不太引人注意的，但对闪光涂料来说是非常明显的，因为它会影响金属片的取向。而且不希望用气相SiO2来提供触变性，因为，即使气相SiO2低的散射效率也足以降低涂料的金属随角异色性。因此，开发了丙烯酸微胶组成，它利用溶胀胶体颗粒来提供触变流动，在最后成膜物中，来自于微胶聚合物的折射指数基本上与交联型丙烯酸为基料的聚合物的折射指数是一致的，因此不存在光散射来干扰金属的随角异色性。据报道，在涂料中加入微胶还能提高最后成膜物的强度。 高固体份涂料遇到的另一个问题是烘烤流挂，即完好的漆膜放入烘箱后出现了流挂。烘烤流挂是由于高固体涂料的粘度对温度依赖强烈所造成的。当被涂工件进入热的烘箱，高固体涂料与常规涂料相比，粘度下降更显著，这样就引起流挂。烘烤流挂可以通过对烘道温度分区控制而得到改善，在低温区域加热时间长一点，使溶剂更多挥发时间，并可能产生些交联，这样漆膜在承受高温前形成较高的固体或较高的分子量，而粘度增加。 水性涂料与高固体份涂料相比产生流挂的可能性要小些，但会出现迟到流挂的情况。水性涂料的粘度主要取决于溶剂对水的比率和溶剂对固体含量的比率。当水和溶剂挥发后，尽管此时涂料固含量更高，但剩余的水对溶剂的比率可以产生较低粘度，引起流挂，这种行为取决于涂料喷涂后在晾干时间内相对湿度的大小。我们已经发现水性丙烯酸磁漆流挂现象发生在临界相对湿度之上而不是之下。 结 语 无论是粉末涂料还是溶剂型涂料或水性涂料，其性能好与坏，要视其最终的涂装效果，才能谈得上其他各项性能。因此，国外对涂料的流变性质、流平与流挂的理论与应用研究已经做了大量工作。学习先进的技术知识，深入开展研究与产品开发工作，使我国涂料工业和科研水平上一个新台阶。 部分文字与图片来源网络 由启瑁小编整理编辑，转载请注明来源！ |
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