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水性面漆在粉末涂料上的配套性应用
来源:苗帅 | 发布时间:2019-11-26 | 浏览次数:
 
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文/苗帅1,2,刘元强1,2,孙宏伟1,2,高永菊1,2,晁岱腾3,刘翠1,2
1.内燃机可靠性国家重点实验室
2.潍柴动力股份有限公司
3.潍柴重机股份有限公司

摘要:针对喷涂在柴油机上的水性面漆出现的附着力性能差、配套性不理想的问题,以粉末涂料样板为研究主体,选用双组份改性环氧水性面漆为研究对象,通过设置不同的烘干温度、不同的养护时间进行对比验证,研究温度、时间变化对水性面漆在粉末涂料上附着力性能的影响。结果表明:随着粉末涂料烘干温度的提升,水性面漆在粉末涂料样板的附着力逐渐恶化;随养护时间的延长,水性面漆的附着力逐渐强化。

0 引言

    目前,中国每年有大量的涂料被应用在机械、汽车、柴油机等各行业,据不完全统计,2016年我国涂料产量达到了1899.78万t,其中溶剂型涂料占50%左右。2016年,全国338个地级以上城市全部开展空气质量新标准监测。监测结果显示,有84个城市环境空气质量达标,占24.9%;254个城市环境空气质量超标,占75.1%,而在2015年,这一数据分别为21.6%与78.4%。

    当今环保要求日益严格,各行业都在积极采取环保措施,降低污染物的排放。柴油机制造业也在通过积极推广使用水性面漆产品,降低生产过程中挥发性有机物(volatitle organic compounds,VOCs)的排放。柴油机作为一个多零部件的装配集合,不同的零件会使用各种防锈底漆,近几年粉末涂料在发动机零件上的应用越来越广泛,如机体、气缸盖、空压机壳体等零件普遍使用粉末涂料作为防锈底漆。粉末涂料具有防锈性能优良、漆膜硬度高、表面致密平整等特点,但对水性面漆的附着力性能、成膜质量有较大影响。因此,对柴油机不同的底材进行水性面漆配套性研究,探索水性面漆在柴油机上的配套使用,是非常必要的。

1 试验

1.1 试验设备及材料

    试验用的主要设备有TRITON308系列喷涂机及配套AIRPRO空气喷枪,MERKUR静电喷涂机及配套空气辅助H85T10标准型静电喷漆枪,101型电热鼓风干燥箱、QFH型漆膜划格器、TQC型炉温跟踪仪等。

    试验用主要材料为某厂家粉末涂料(热固型,烘干温度140℃),标准钢板(70mm×150mm),质量分数为98%的无水酒精、标准胶带、毛刷、400号砂纸等。

    水性面漆选用某厂家双组份水性面漆,配套专用固化剂、水性面漆稀释剂选用去离子水。

1.2 试验准备

    准备钢板若干块,进行打磨、清洗等喷漆前处理,备用。在准备好的样板上,使用静电喷涂设备完成粉末涂料的喷涂,烘干温度分别设置140(工艺要求)、160、180、200、210℃等,烘干时间15min,放置48h进行养护后,进行相关试验。

1.3 试验过程

1.3.1 水性面漆基本性能测试

    在准备好的样板上,喷涂水性面漆,放入烘箱60℃烘干20min,然后室温下干燥7d。使用划格器对水性面漆样板进行划格,参照文献进行评价。

1.3.2 粉末涂料底漆与水性面漆配套性测试

    在准备好的粉末涂料样板上,喷涂水性面漆,根据不同的设置条件进行处理。使用划格器对水性面漆样板进行划格,参照文献进行评价。

2 试验结果分析

2.1 水性面漆性能

    通过对喷涂在样板上的水性面漆进行划格测试,试验结果见表1。
                    


    从表1可以看出,本试验所选用的水性面漆附着力性能测试结果满足要求。在划格处查看细节,水性漆划格处切割边缘完整平滑,无一格漆膜脱落,试验状态见图1。
                             
                            
2.2 粉末涂料的烘干温度对水性面漆附着力的影响

    将烘干温度为140、160、180、200、210℃等的粉末涂料样板喷涂水性面漆,结合柴油机生产线实际烘干温度及发动机表面温度,本试验中分别将面漆烘干温度设置50、60℃进行综合分析,持续20min后拿出,放置7d,使用划格器对水性面漆漆膜进行附着力测试,试验结果见表2。
                            
                      
    由表2可知,在140、160℃烘干的粉末涂料样板的切割边缘光滑完整,水性面漆附着力良好。随着粉末涂料烘干温度的升高,水性面漆附着力逐渐变差,烘干温度为210℃时,水性面漆几乎无附着。

    经过分析,原因为热固型粉末涂料的烘干温度越高,粉末涂料中的树脂与固化剂反应越剧烈,铰链反应越充分,漆膜表面越致密,而致密的漆膜造成水性面漆难以在表面附着。

    同时,水性面漆的烘干温度对粉末涂料的附着力几乎无影响,水性面漆的实干并不是完全取决于初始烘干的温度。

    试验表明,按照标准烘干工艺(温度)的粉末涂料样板与水性面漆有着较好的配套性,提高粉末涂料的烘干温度,不利于水性面漆与粉末底漆的附着力,容易造成水性面漆剥落风险。

2.3 烘干温度对水性面漆附着力的影响

    将标准烘干温度140℃的粉末涂料样板喷涂水性面漆,水性面漆温度分别为50、60、70℃,烘干时间设置20min,放置7d后,使用划格器对水性面漆样板进行附着力测试。试验结果见表3。
                            
                      
    通过分析,烘干温度较低时,水分无法快速排出,漆膜较软,表面虽已干燥,但漆膜内部存在大量水分,指压时,痕迹明显;在烘干温度较高时,水分可快速排出,漆膜已达到指压干状态。

    试验证明,水性面漆的烘干温度差异不会造成附着力的差异,但适当提高烘干温度,可有效加速水性面漆的干燥速度。不同烘干温度对水性面漆附着力影响见图2。
                          
                                 
2.4 时间对水性面漆附着力的影响

    将烘干温度140℃的粉末涂料样板喷涂水性面漆,烘干温度为60℃烘干20min,放置冷却后,分别养护1、7、30d,使用划格器对水性面漆样板进行附着力测试。试验结果见表4。
                              
                           
    通过分析,养护1d的漆膜未完全实干,水性面漆的铰链反应未充分完成,当遇外力撕扯时,漆膜拉伸会造成边缘出现不规则的撕裂状态;当养护时间超过7d后,漆膜完全实干,漆膜切割时,仅在切割处存在漆粉剥落,其他区域不受影响。

3 结论

    1)粉末涂料的施工工艺对水性面漆的影响较大,选用低温固化型(140~160℃)的粉末涂料,在保证性能的前提下降低粉末涂料固化温度,可改善水性面漆与粉末涂料的附着力性能。

    2)综合考虑柴油机烘干过程,适当提高柴油机表面水性面漆的烘干温度(60℃左右),可加速水性面漆干燥效率,有效改善现场施工条件,为柴油机后续装配提供便利。

    3)本试验所选用的水性面漆产品,随着漆膜的干燥,其铰链反应逐渐完成,附着力逐渐增强。
 
 
 
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