涂料組成及其作用

1、涂料組成及其作用

1.1    涂料組成

       涂料,一般包括揮發性和非揮發性成分。兩種類型的成分都有其用途。在經過干燥和固化過程后，非揮發性成分保留在涂裝物上，而揮發性成分釋放到周圍的空氣中。揮發性成分包括溶劑和裂變產物。

揮發性物質的比例取決于具體使用的涂裝系統和應用狀況。用于汽車工業的涂料大體上含有50-80%的溶劑（取決于具體的涂料類型）。填料包含大約50%的溶劑，面漆達80%，而清漆則在35-50%之間。

1.2 溶劑

首先，溶劑使涂料的應用成為可能。使用的溶劑類型影響或決定應用步驟。

溶劑可以分成多種化學物質：烴類,水,酒精,醚/乙醇醚,酯。

涂料在使用時開始散發溶劑。在烘房里的干燥過程中，溶劑的散發變得更明顯。連續通過式清洗機

1.3 裂變產物

結合劑成分經歷一個交聯（縮聚）過程，在此期間裂變產物釋放。裂變產物也可以是熱干燥/固化過程的結果。這些產物可以包括水、面漆酒精和甲醛。

1.4 結合劑

結合劑使應用的涂料結合并形成涂膜。就是該結合劑主要決定了涂膜屬性的類型。涂膜特性根據涂料類型和組成可以有很大變化。

因為結合劑，分布細致的顏料、填料和其他涂料成分在干燥和固化后形成緊密結合的涂層。在汽車涂裝應用中，當前使用的厚度電泳浸涂（KTL）約為20-25μm，填料約為25-30μm，涂面漆約為10-15μm，清漆約為35-45μm。

根據上面的定義，涂料中的樹脂和增塑劑與結合劑群聚在一起。涂料系統中的樹脂是固化干燥涂料的成分。增塑劑使涂料有足夠的彈性，以致于移動所涂裝的物體而不裂損。

1.5 顏料

顏料是具有體結構的無機和有機物質，它在使用的涂料結合劑和溶劑中保持不可溶。顏料決定了涂料的顏色,不同的顏料或顏料混和物用來獲得需要的顏色。

無機顏料包括碳酸鈣、鐵氧化物、鈦氧化物、鋁、銅、煙灰、石墨和其他東西。

有機顏料可以是人工合成的，也可以是天然的物質。

1.6 添加劑

添加劑影響某些涂料屬性，如流動或干燥特性。它們只少量地與涂料混和。添加劑的精確成分和使用的濃度通常是涂料制造商的商業秘密。

2、涂料的干燥過程

 2.1     涂料的固化方法

涂料的成膜過程就是涂層的固化過程，對溶劑型涂料俗稱涂料的干燥。

2.1.1  自然干燥

自然干燥只適合揮發型涂料、自干型涂料和觸媒聚合型涂料。氣溫、濕度、風速對涂料的自干速度產生顯著影響，一般是氣溫高、濕度低、通風條件好自干速度快、光照對涂料的自干也有利。

溫度越高溶劑的蒸汽壓就高，溶劑的揮發速度就快，氧化、聚合等涂料固化反應的速度也隨溫度的升高而加快。因此涂料自干場所的氣溫增高有利于涂料的干燥。一般要求自干場所的氣溫在5℃以上。

濕度高也就是空氣中含水蒸汽多，水蒸汽對涂料中的溶劑揮發起抑制作用，另外濕度高時隨著溶劑的揮發被涂物表面冷卻，從而使空氣中的水蒸汽冷凝容易造成涂層泛白。所以要求涂料自干場所的空氣濕度要低，一般要求相對濕度不大于80%。

通風有利于涂料中溶劑的揮發和溶劑蒸汽的排除，并能保證自干場所的安全。

陽光中的紫外線對氧化聚合型涂料的自干有促進作用。

必須指出，自然干燥并不是指被涂物在露天場所自然晾干。自然干燥同樣需要采取一定的措施來確保施工符合環保、消防和勞動衛生的法規。

2.1.2  加熱固化

加熱固化包括強制干燥和加熱烘干。強制干燥指加熱能自然干燥的涂料，目的是縮短涂料的干燥時間提高涂層的性能。強制干燥一般采用低溫固化，固化溫度在60℃～100℃左右，溫度過高涂層容易起皺、起泡；加熱烘干指加熱只能在一定溫度下固化的涂料，使其完全成膜。加熱烘干所常用的溫度一般在120℃以上。

加熱固化的烘干規范（溫度和時間）取決于被烘干的涂料類型、被涂物的材質。

1、硝基漆的烘干條件為60℃～80℃，10min～30min；

2、醇酸樹脂漆為90℃～100℃，30min～60min；

3、 丙烯酸樹脂涂料為120℃～140℃，20min～40min；

4、 環氧粉末涂料為170℃～190℃，20min～30min；

5、 一般水性電泳涂料為170℃～190℃，20min～40min。

必須注意：涂料固化技術要求中的“溫度”指的是涂層表面溫度或涂層底材的溫度，而不是烘干環境溫度。金屬制品的烘干溫度一般為80℃～300℃；受熱相對容易變形的塑料和木材的烘干溫度一般為60℃～80℃。

6、相對工件而言,加熱方式有：對流、輻射、電感應三種。

7、對流加熱是以熱空氣為媒介，將熱對流給涂層和被涂物而加熱。其優點是加熱均勻、溫度控制精度高，適合于高質量的涂層、形狀和結構復雜的被涂物烘干，是涂層烘干的主要方式，但對流加熱的升溫速度相對較慢。

8、輻射加熱通常使用紅外線、遠紅外線，它們從熱源輻射出來呈電磁波在空氣中傳播，輻射到物體后直接吸收轉換成熱能，使底材和涂層同時加熱，升溫速度快、熱效率高是其長處，但溫度不易均勻。

9、電感應加熱是利用電感應作用，使電能轉變為熱能。被涂金屬件放在通交流電300～400Hz/s的線圈內，通過電磁感應使金屬件受熱，其特點是加熱效率高，涂層干燥從基體下開始，使涂料中的溶劑完全散逸，但僅適合外形簡單、規則的小金屬件。

2.1.3  照射固化

照射固化法是指紫外線、電子束固化有機涂料成膜的新技術，紫外線固化技術的應用近期得到了較大的發展。連續通過式清洗機

2.1.4  紫外線固化

當用特定波長的光照射含有光敏劑的光固化涂料的涂層時，光敏劑分解產生活性的游離基因，隨即引發聚合反應，在短時間內使涂層固化成膜。因為通常采用波長為（300～450）nm的紫外線，所以稱為紫外線固化。一般生產線上使用高壓水銀燈和紫外線熒光燈。

紫外線固化的特點是固化時間短（幾十秒至幾分鐘），在常溫下固化、裝置價格相對較低。適合于加熱容易變形的木材、塑料等材料的涂裝，當然也適用于金屬件的涂裝。紫外線固化僅適合光固化專用涂料，而且只適合透明或易反射的顏料的涂料固化，目前使用較多的是紫外線光固化清漆。其缺點是：有照射盲點，只適合形狀簡單的被涂物固化。

涂料的固化速度取決于照射的強度，增加光源的強度可縮短涂料的固化時間。

2.1.5  電子束固化

電子束固化的機理是用高能量的電子束照射，使被照射涂層的分子內產生活性基團，引發聚合反應而使涂層成膜。電子束固化的特點是：固化時間極短（幾秒）、常溫下固化、能固化到涂層底部，因此適合于木材、塑料、金屬、紙、布和皮革的涂裝，而且它可固化不透明的涂料。其缺點是：有照射盲點，只適合形狀簡單的被涂物固化；照射裝置的價格高、安全管理嚴格。

2.2 涂料的固化過程

a)  涂裝作業中判定涂層的固化程度

b) 涂層在烘干室內的固化過程

在涂料干透和固化后，溶劑和裂變產物從涂料中蒸發,只有顏料和結合劑保留在表面。這些物質的晶界之間的結合由溫度觸發。干燥和固化過程需要固定的溫度值。涂裝的車身必須在烘房內在合適的溫度下保持足夠的時間。在此期間涂料固化，那就是說，它不再受外界影響了。

涂層在烘干室內的整個固化過程中，工件涂層的溫度隨著時間的變化，通常分為升溫、保溫和冷卻三個階段，溫度與時間的關系即涂層固化溫度曲線如圖所示。

涂層從室溫升至所要求的烘干溫度為升溫階段，所需的時間為升溫時間。在這段時間里，需要用大量的熱量來加熱工件，而大部分溶劑在此段迅速揮發，因此需要在此段加強通風，排除溶劑蒸汽和補充新鮮空氣。升溫時間根據涂料溶劑沸點進行選擇。沸點高，升溫時間宜短（即升溫速度較快）以加速溶劑的揮發。但升溫速度過快，溶劑揮發不均勻，涂層可能出現不平整等缺陷。當然，升溫時間放長，涂層溶劑慢慢地揮發，涂層質量好，但生產率降低，運行成本增加；涂料溶劑沸點低，升溫時間宜長，這樣可以防止溶劑沸騰造成涂層的缺陷。一般涂層內90%的溶劑在（5～10）min內逸出，因此升溫時間一般在（5～10）min內選擇。

涂層達到所要求的烘干溫度后，延續的時間稱為保溫階段，所需要的時間為保溫時間（即烘干時間）。在這階段時間里，主要是使涂層起化學作用而成膜，但也有少量溶劑蒸發，所以不但需要熱量，還需要新鮮空氣。但熱量和新鮮空氣的需要量都比升溫段少。保溫時間的長短根據涂層材料、涂層質量要求和烘干方法等因素選擇，具體數據可參考涂料供應商提供的資料，也可以通過實驗確定。

涂層溫度從烘干溫度開始下降，這段時間稱為烘干室的冷卻時間，一般指烘干室的出口段區域。工件離開烘干室時的溫度一般只比烘干溫度降低幾十度，對于工件烘干后馬上就要噴漆的情況（一般要求工件溫度不超過40℃），烘干室后需要設置強制冷卻室。

c) 被涂物的烘干溫度曲線

涂料的精確溫度只能在涂裝的物體上測量。要完成此直接測量，“Datapaq”測量儀器隨著車身通過烘房。Datapaq包括一個隔熱的記錄裝置和附在車身上的6到8個傳感器。這些傳感器將溫度傳輸到記錄裝置。一旦測量儀器通過烘房，計算機數據測定可以完成，并且繪制出一張曲線圖（烘房曲線）。

薄金屬板和頂部需要的加熱時間相對較少，而門檻、車底和柱件需要的加熱時間較多。

2.3 涂料固化應具備的條件

1、 固化場所必須滿足環保、消防和勞動衛生的法規。

2、 涂層固化前已經充分流平。

3、 固化場所的溫度、濕度必須符合涂料的固化技術要求。

4、固化場所應清潔、無灰塵。