表面工程學(xué)-涂裝技術(shù)

第九章涂裝技術(shù)1

本章主要內(nèi)容第一節(jié)涂裝技術(shù)的概述第二節(jié)涂料的根本組成及其作用第三節(jié)涂料成膜機理第四節(jié)涂裝材料第五節(jié)涂裝工藝與設(shè)備第六節(jié)幾種典型產(chǎn)品涂裝第七節(jié)涂膜質(zhì)量評價及涂裝技術(shù)開展趨勢2第一節(jié)涂裝技術(shù)概述1.1定義將有機涂料覆于物體外表并枯燥成膜的過程稱之涂裝。有機涂料又簡稱為“涂料〞或稱“油漆〞。1.2開展主要階段〔涂料的種類和涂裝方式〕第一階段：利用天然油料、樹漿、瀝青、礦石顏料等，以手工涂刷進行施工。如桐油、蟲膠、生漆、紅丹礦調(diào)制成油漆。第二階段：以人工合成制成具有各種用途的涂料〔合成樹脂、合成溶劑、合成顏料〕，并以機械涂裝施工和計算機人工智能涂裝施工。3

而近十年來，雷達吸收反射涂料聲吶吸收涂料高溫涂料，瞬間光固化涂裝技術(shù)，人工智能機械人噴涂技術(shù)等高新技術(shù)研究開展并局部進入實用階段，使得這門傳統(tǒng)的涂裝外表技術(shù)進入了高新技術(shù)時代。1.3涂裝技術(shù)的應(yīng)用涂裝技術(shù)在世界范圍內(nèi)都有著比較廣泛的應(yīng)用。比方，民用領(lǐng)域：汽車業(yè)、電器、鋼制家具、辦公用具等的外表裝飾防護；工業(yè)領(lǐng)域：采礦業(yè)、艦船、采油設(shè)備、海洋設(shè)備、飛機、軍事裝備等的防腐、裝飾、偽裝、隔熱、防火、防污等等，幾乎每個領(lǐng)域都離不開涂裝技術(shù)。41.4涂裝技術(shù)的功能概括一下，涂裝技術(shù)有以下幾種功能作用：

涂裝技術(shù)裝飾作用保護作用標志作用特殊功能作用5b)

現(xiàn)代成膜物質(zhì)的分類第一類：非轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)：在涂料成膜過程中組成結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化。即成膜物質(zhì)與涂膜的組成結(jié)構(gòu)相同，在涂膜中可以檢查出成膜物質(zhì)的原有結(jié)構(gòu)。特點：這類成膜物質(zhì)及其組成的涂膜具有熱塑性，受熱軟化，冷卻后又變硬，多具有可溶和可熔性。比方天然樹脂，蟲膠，天然高聚物的加工產(chǎn)品硝基纖維素，熱塑性氯乙烯樹脂等。第二類：轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)：在涂料成膜過程中組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成與其原來組成結(jié)構(gòu)完全不同的涂膜。特點：由于轉(zhuǎn)化成膜物質(zhì)具有能起化學(xué)反響的官能團，在熱氧或其他物質(zhì)作用下能夠聚合成與原有結(jié)構(gòu)不同的不溶，不熔的網(wǎng)狀高聚物，即熱固性高聚物，因而形成的涂膜是熱固性的，通常具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。比方干性油和半干型油，漆酚，多異氰酸酯的加成物和聚合物。8現(xiàn)代涂料很少使用單一品作為成膜物質(zhì)，經(jīng)常采用幾種樹脂品種，互相補充或互相改性，以適應(yīng)多方面性能要求。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，將會有更多的合成材料應(yīng)用為涂料的成膜物質(zhì)。我國通常涂料的分類如表9-1。表9--1涂料類別，代號和主要成膜物質(zhì)92.1.2顏料a)作用：一般為微細的粉末狀有色物質(zhì)，是有色涂料的一個主要組成，它使涂膜呈現(xiàn)色彩，并具有一定遮蓋被涂物件表觀的能力，以發(fā)揮其裝飾和保護作用的物質(zhì)。b)特點：顏料還能增強涂膜的力學(xué)性能和耐蝕性能，或者為涂膜提供某一種特定功能，如防腐蝕、導(dǎo)電、防延燃等。比方色漆〔將顏料均勻分散在成膜物質(zhì)或其溶液及其分散體中即形成色漆〕，成膜之后，顏料是均勻散布在涂膜中。c)顏料的分類：著色顏料天然顏料有機顏料體質(zhì)顏料來源化學(xué)成分作用防銹顏料合成染料無機顏料特種顏料10

2.1.3助劑

a)作用：是指涂料的一個組成局部，不能單獨成膜，只可作為一個組分存在于涂膜中，以對涂料或涂膜某一特定方面的性能起改進作用。也稱輔助材料組分。b)特點：涂料品種不同，需要的助劑也不同。即使同一類型的涂料，由于其使用目的、方法和性能要求的不同，需要使用不同的助劑。c)助劑的分類：〔按對涂料和涂膜起的作用不同〕涂料生產(chǎn)過程使用的助劑：消泡劑、濕潤劑、分散劑、乳化劑等。涂料貯存過程使用的助劑：如防結(jié)皮劑、防沉現(xiàn)代涂料助劑淀劑等。涂料施工成膜過程中使用的助劑：如催干劑、固化劑、流平劑、防流掛劑等。改善涂膜性能助劑：如增塑劑、平光劑、防霉劑、阻燃劑、防靜電劑、紫外光吸收劑等。助劑在涂料中使用量很少，但作用顯著。11

2.1.4溶劑a)作用：溶劑的作用是將涂料的成膜物質(zhì)溶解或者分散為液態(tài)，以便于施工，施工后又能從薄膜中揮發(fā)至大氣中，從而使液態(tài)膜形成固態(tài)的涂膜。b)特點：溶劑是除無溶劑涂料以外的各種液態(tài)涂料所必需的，原那么上不構(gòu)成涂膜，也不應(yīng)存留在涂膜之中。有的溶劑在涂料制造時參加，有的在涂料施工時參加。c)分類:(溶劑組分)揮發(fā)性溶劑：組分通常是可揮發(fā)性液體，包括能溶解成膜物質(zhì)的溶劑和稀釋成膜物質(zhì)的稀釋劑。溶劑組分反響性溶劑：能夠分散成膜物質(zhì)為液態(tài)，并在施工中，與成膜物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反響形成新的物質(zhì)而存留與涂膜中的化合物。

現(xiàn)代涂料中常用的有機溶劑：脂肪烴、芳香烴、醇、酯、醚、酮等。在涂料中，溶劑的組分所占比例高達50%〔體積分數(shù)〕。

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2.2涂料的分類和命名經(jīng)過長期的開展，涂料的品種特別復(fù)雜。多年來根據(jù)習(xí)慣形成了各種不同的涂料命名和分類方法，他們各有特點，形成了各種特殊的稱謂。2.2.1現(xiàn)代通用的涂料分類a)按涂料的形態(tài)固態(tài)涂料固態(tài)涂料即粉末涂料〔類似于熱噴涂時所用的金屬粉末〕

溶劑性涂料〔溶劑溶解型〕有溶劑溶劑分散型涂料水性涂料液態(tài)涂料液態(tài)涂料無溶劑無溶劑增塑劑分散涂料水稀釋水乳膠水溶性13b)按涂料的成膜機理分類非轉(zhuǎn)化型涂料：揮發(fā)型涂料、熱熔型涂料，水乳膠型涂料、塑性溶膠。轉(zhuǎn)化型涂料：氧化聚合型涂料、熱固化涂料、化學(xué)交聯(lián)型涂料、輻射固化型涂料。c)按涂料施工方法分類

按施工方法可以分為刷涂涂料、輥涂涂料、噴涂涂料、浸涂涂料、淋涂涂料、和電泳涂料〔陰極、陽極〕。d)按使用層次分類

按使用層次分為底漆〔包括封閉漆〕、膩子、二道底漆、面漆〔調(diào)和漆、磁漆、罩光漆等〕e)按涂膜的外觀分類〔不在介紹〕

142.2.2涂料的命名涂料名一般由顏色或顏料名稱+成膜物質(zhì)名稱+根本名稱。在涂料命名時除了粉末涂料外任采用"漆"一詞，例如：白色丙烯酸磁漆、鐵紅環(huán)氧底漆。對于某些有專業(yè)用途及特性的產(chǎn)品，必要時在成膜物質(zhì)后邊加以說明。例如:紅醇酸導(dǎo)電磁漆，白硝基外用磁漆。涂料編號時采用的型號由三局部組成:第一局部是成膜物質(zhì)，用漢語拼音字母表示；第二局部是根本名稱，用兩位數(shù)字表示；第三局部是序號，用以表示同類品種間的組成、配比或者用途的不同。例如：C042序號根本名稱〔磁漆〕成膜物質(zhì)〔醇酸樹脂〕15第三節(jié)涂料的成膜機理涂裝就是涂料在物體外表涂覆并成膜的過程，涂料成膜是涂裝技術(shù)的根底。各種涂料所采用的成膜樹脂不同，其成膜機理也不一樣。3.1物理成膜方式〔非轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)〕物理成膜包括溶劑的揮發(fā)成膜和聚合物粒子凝聚成膜。溶劑或分散介質(zhì)的揮發(fā)成膜是液態(tài)涂料在成膜過程中必須經(jīng)歷的一種形式。液態(tài)涂料---涂在物體上〔濕膜〕---溶劑或分散劑揮發(fā)---涂膜粘度增大〔一定程度〕---固態(tài)涂膜。這時涂料中的成膜物質(zhì)是非轉(zhuǎn)化的，即完成了成膜全過程；如果是轉(zhuǎn)化的，再揮發(fā)的同時，化學(xué)反響也在進行。例如：硝酸纖維素漆、熱塑性乙烯樹脂漆等。16聚合物粒子凝聚成膜是涂料中高聚物粒子在一定的條件下互相凝聚成為連續(xù)的固態(tài)涂膜。比方：a)含有可揮發(fā)性分散介質(zhì)的分散性涂料〔水乳膠涂料〕；b)無揮發(fā)性分散介質(zhì)的涂料〔塑性溶膠〕；c)固體粉末涂料。成膜過程：a)介質(zhì)揮發(fā)的同時，高聚物粒子因彼此接觸，擠壓變形而聚集起來，并有粒子狀態(tài)的聚集變?yōu)榉肿訝顟B(tài)的聚集而形成連續(xù)的涂膜；b)高聚物粒子溶脹、凝聚而成膜；c)固態(tài)粉末在受熱的條件下，高聚物粒子熱熔、凝聚而成膜。3.2化學(xué)反響成膜方式〔轉(zhuǎn)化型成膜物質(zhì)〕涂料中的成膜物質(zhì)在薄膜狀態(tài)下聚合成高聚物涂膜的過程，是一種特殊形式的高聚物合成方式，它完全遵循高分子合成反響機理。因此，涂料的化學(xué)成膜方式可以按照高分子聚合機理分為鏈鎖聚合反響成膜和逐步聚合反響成膜兩種形式。單體之間通過一定官能團作用，使得分子量增加過程〔聚合反響〕。17鏈鎖聚合反響(加聚反響)成膜：有三種形式a)氧化聚合形式：以天然油脂為成膜物質(zhì)的油脂涂料以及含有油脂組分的天然樹脂涂料、酚醛樹脂涂料、醇酸樹脂涂料和環(huán)氧酯涂料等都是依靠環(huán)氧聚合成膜的。b)引發(fā)劑引發(fā)聚合形式：不飽和聚酯涂料是典型的依靠引發(fā)劑引發(fā)聚合成膜的。c)能量引發(fā)聚合形式：一些以含共價鍵的化合物或聚合物為成膜物質(zhì)的涂料可以通過能量引發(fā)聚合形式而成膜。逐步聚合反響〔縮聚反響〕成膜：依據(jù)逐步聚合反響機理成膜的涂料，他們的成膜物質(zhì)多為分子鍵上含有可反響官能團的低聚物或預(yù)聚物，其成膜形式有縮聚反響、氫轉(zhuǎn)移聚合〔含有大量元素氫的官能團〕和外加交聯(lián)劑固化〔外加少量交聯(lián)劑和催化劑，發(fā)生交聯(lián)反響〕三種形式。

交聯(lián)反響：2個或者更多的分子〔一般為線型分子〕相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的較穩(wěn)定分子〔體型分子〕反響。18

3.3涂膜防護原理涂膜金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，阻礙電化學(xué)腐蝕的發(fā)生阻礙陽極與溶液間離子的移動，減小了腐蝕速率涂料中的顏料對金屬表面起鈍化作用，減緩了腐蝕速度涂膜對金屬的保護作用主要表達在：19第四節(jié)涂裝材料涂裝用材料主要包括：預(yù)處理材料、涂料、后處理材料。4.1預(yù)處理材料涂裝要求物體外表清潔并具有一定的物理化學(xué)特性，如外表粗糙度等。預(yù)處理的目的是除凈物體外表油脂、油污、腐蝕物、粘附物等，形成清潔外表并形成一層具有一定特性的外表膜層。脫脂劑：除掉外表油脂、油污及附著物。浸蝕劑：除掉物體外表的腐蝕物、氧化物。磷化劑:形成一層磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜，提高表粗糙度、有機涂膜的附著力、耐蝕性。表調(diào)劑：外表調(diào)整、外表活化作用。鈍化膜：形成一層氧化膜或絡(luò)酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，提高有機涂膜附著力、耐蝕性。

預(yù)處理材料204.2常用涂料品種1.自干涂料自干涂料是靠溶劑揮發(fā)后，樹脂、顏料等成膜物質(zhì)殘留在物體外表形成涂膜。應(yīng)用十分廣泛，民用方面幾乎全部是自干型涂料。幾種主要自干涂料a)硝基漆硝基漆(硝酸纖維素漆)是以硝酸纖維素(硝化棉)為主要成膜物、并參加不干性醇酸樹脂和改性松香甘油酯以及增韌劑、溶劑、顏料等混合調(diào)配而成。優(yōu)點:硝基漆具有揮發(fā)枯燥快、施工簡單、本錢低、耐磨、光亮、打磨拋光性好等缺點：稀釋劑用量大、易燃、附著力、耐候性、耐水性較差、潮濕氣候施工易泛白。應(yīng)用：由于硝基漆具有其它涂料產(chǎn)品難以替代的特殊優(yōu)點,目前仍被廣泛地應(yīng)用于木器家具、室內(nèi)裝修的涂飾,受到市場及廣闊消費者的青睞。21b)醇酸樹脂漆〔涂料〕醇酸樹脂漆是以醇酸樹脂為成膜物質(zhì)的一類涂料。醇酸樹脂是由多元醇、多元酸與一元酸經(jīng)酯化縮聚反響制得的涂料用樹脂。優(yōu)點：醇酸樹脂漆涂膜的附著力強，光亮，力學(xué)性能好，耐候性較好，并以中油度醇酸樹脂漆綜合性最正確,民用及工業(yè)上用途很廣。缺點：與空氣中氧交鏈聚合成膜，耐堿性差，不耐酸。采用相容性硬樹脂改性，如松香、純酚醛樹脂，能提高漆膜硬度及耐水、耐化學(xué)性，也進一步提高了涂膜的附著力和防腐蝕性能。c)聚氨酯漆聚氨酯涂料由于樹脂分子鏈含有氨基甲酸酯基，分子間存在很強的氫鍵作用力，涂膜的堅韌和耐磨性特別優(yōu)異，并有良好的附著力、耐熱性、耐溶劑性、耐化學(xué)性，漆膜飽滿光亮，是一類各方面性能都很優(yōu)異的涂料。222.烘烤型涂料屬于熱固性涂料類。一般意義，必須經(jīng)過烘烤到達規(guī)定溫度，成膜樹脂分子之間的反響性基團或者活性官能團,才能發(fā)生交聯(lián)反響而成膜。此膜特點:經(jīng)過烘烤，分子結(jié)構(gòu)更為致密、硬度、機械強度、耐久性、耐酸耐堿及耐各種化學(xué)介質(zhì)均優(yōu)于自然枯燥的涂膜。主要有溶劑型的氨基涂料、丙烯酸涂料、水性型電泳涂料、水性環(huán)氧、粉末型涂料等。a)氨基樹脂漆通常是指用氨基樹脂作為交聯(lián)劑，與其他基體樹脂配合，在一定溫度下經(jīng)烘烤形成堅韌的三維結(jié)構(gòu)涂層的涂料。優(yōu)點：涂膜光澤高、外觀飽滿、色彩鮮艷、附著力好、力學(xué)性能好、較好的耐藥品性、耐水及耐侯性。缺點：需烘烤才能成膜，且溫度較高，能源消耗較大。應(yīng)用：以氨基樹脂作交聯(lián)劑的涂料廣泛地應(yīng)用與汽車、工農(nóng)業(yè)機械、剛制家具、家用電器和金屬預(yù)涂等工業(yè)涂料。

233.水性涂料但凡用水作溶劑或者作分散介質(zhì)的涂料，都可稱為水性涂料。由于樹脂分子量及水性化途徑不同，水性涂料有水溶性、膠束分散型、乳液型三種。優(yōu)點：以水作溶劑，節(jié)約資源；消除了施工時的火災(zāi)危險性；降低了對環(huán)境的污染；可在濕外表和潮濕環(huán)境中直接涂覆施工；電泳涂膜均勻、平整、內(nèi)腔、焊縫、棱角部位均能涂上一定厚度的涂膜。缺點：水性涂料的顏料分散性差；外表張力大，易產(chǎn)生縮孔；蒸發(fā)潛熱大，即其受溫度及濕度影響大；分散安定性不好，抗剪切力性能差；導(dǎo)電性好，腐蝕性高。應(yīng)用：用量最大的是建筑乳膠涂料；汽車閃光涂層中的底色漆；電泳涂裝材料等。244.粉末材料粉末涂料是一種含有100%固體分，以粉末狀進行涂裝并形成涂膜。具有無溶劑、無污染、可回收、環(huán)保、節(jié)省能源和資源、減輕勞動強度和涂膜機械強度高等特點。它有兩大類：熱塑性粉末涂料和熱固性粉末涂料。a)熱塑性粉末涂料合成樹脂遇熱軟化，冷卻恢復(fù)原來樹脂特性。優(yōu)點：防腐蝕、耐磨、絕緣等。缺點：光澤性和流平性差，機械強度不夠，與金屬結(jié)合力差，故一般需要涂底漆。b)熱固性粉末涂料以熱固性樹脂作為成膜物質(zhì)，參加起交聯(lián)反響的固化劑經(jīng)加熱后能形成不溶不熔的質(zhì)地堅硬涂層。溫度再高該涂層也不會像熱塑性涂層那樣軟化，而只能發(fā)生分解。25熱塑性粉末熱固性粉末265.特殊涂料具有普通涂料的防護和裝飾作用外，還具有特殊功能的專用性涂料。像潤滑、示溫、電磁波吸收、防污染、發(fā)光涂料等。4.3涂裝后處理材料為了提高涂層的裝飾性，保護性，防腐蝕性等，涂膜枯燥后在進行拋光、噴蠟、封存等后處理工序時所需要的材料。拋光可以消除涂膜外表缺陷，如顆粒、虛煙、桔皮等，主要適用于涂膜硬度較高的轎車行業(yè)。將防銹蠟灌注在空腔結(jié)構(gòu)局部，起防銹作用。為了防止整車或整個物體在運輸貯存中涂膜受損，對整個物體進行噴蠟封存處理。

27第五節(jié)涂裝工藝與裝備5.1涂裝預(yù)處理為了把物體外表所附著的各種異物〔如油污、銹蝕、灰塵、舊漆膜等〕去除，提供適合于涂裝要求的良好基底，以保證涂膜具有良好的防腐蝕性能、裝飾性能及某些特種功能，在涂裝之前必須對物體外表進行預(yù)處理。人們把進行這種處理所做的工作，統(tǒng)稱為涂裝前〔表面〕處理或〔外表〕預(yù)處理。1.涂裝預(yù)處理工藝外表處理的選擇視被處理物外表的情況和要求的涂裝水平而定，一般如下：1〕普通裝飾性涂料：采用常規(guī)脫脂和浸蝕處理。2〕普通防護裝飾性涂裝:脫脂、浸蝕、磷化處理。3〕高級涂裝：脫脂、浸蝕、外表調(diào)整、磷化、鈍化。28外表與處理工藝方式：〔常溫和中溫條件下〕1〕噴淋式:形狀簡單沒有內(nèi)腔覆層結(jié)構(gòu)的工件。2)噴浸結(jié)合式：外表污染較嚴重的。3〕浸泡式：比較干凈且有復(fù)層結(jié)構(gòu)的工件。為了節(jié)省資源，常常將三者結(jié)合使用。2.涂裝預(yù)處理設(shè)備圖9--1通過式浸漬設(shè)備圖9--2通道式噴淋設(shè)備

295.2涂料涂覆涂料涂覆工藝的選擇原那么主要根據(jù)被涂物對涂層的質(zhì)量要求、生產(chǎn)量、及被涂物體的形狀來定，主要考慮涂層組合和涂漆方式。涂覆方式如表305.3涂膜枯燥涂料涂敷在被涂物上，在常溫下考溶劑揮發(fā)，經(jīng)自行聚合及催化聚合，又液態(tài)化為固態(tài)形成漆膜的過程成為枯燥。優(yōu)點:節(jié)省資金能源，廣泛用于小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，汽車修補，大型笨重及不能移動的產(chǎn)品等，如輪船、飛機、機床及橋梁等。缺點：自然枯燥時間較長、受環(huán)境影響因素大、質(zhì)量不穩(wěn)定、在一些產(chǎn)品上的應(yīng)用受限制。為此采用人工枯燥。人工枯燥又分為加熱烘干和輻射固化兩種。根據(jù)加熱固化的方式，烘干又可分為熱風(fēng)對流，遠紅外線輻射和熱風(fēng)對流加輻射烘干三種方式。31①熱風(fēng)對流烘干。此法是利用風(fēng)機將熱源產(chǎn)生的燃燒氣體或加熱后的高溫空氣引入烘干室，并在烘干室內(nèi)循環(huán)，從而使被涂物對流受熱。運用高質(zhì)量涂層，不受工件形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度影響，加熱溫度范圍寬，所以該方式應(yīng)用很廣泛。②遠紅外線輻射烘干。遠紅外線輻射烘干。遠紅外線輻射電加熱器件又遠紅外加熱板、遠紅外電加熱帶和遠紅外加熱燈等，安裝方便，調(diào)試簡單，易于維修管理。適用于形狀簡單的工件。③熱風(fēng)對流加輻射烘干。熱風(fēng)對流加熱與遠紅外線輻射加熱