涂料流平 流变学与界面学原理

2018-10-22 21:10

涂料流平应用了流变学与界面学原理,涂料流动性差,触变性强,流不平属于流变学问题;涂料在基材表面铺展或收缩(润湿或不润湿)行为属于界面学行为。一般涂料的低表面张力有利于对基材的润湿与铺展,但对流平无益;高表面张力有利于涂料的流平。涂料出现流平问题时,一般从流变学与界面学两方面入手解决。 涂料研究者研究总结有如下涂料流平经验方程式:

其中a——涂层波峰的幅度(高度) σ——涂料的表面张力 η——涂料黏度 h——涂层厚度或高度 t——涂层涂料流平时间 λ——波长或波峰之间的距离 C——常数

涂料流平与涂料黏度、表面张力、湿膜表面的规则程度或起伏度、涂层厚度、流动时间等有关。较低的涂料黏度、较高的涂料表面张力、厚涂层、较长的流动时间、以及较小的需流平的痕迹或距离,涂层流平将更好。

涂料流平经验方程式

涂料涂于物体的垂直表面上,出现泪痕或垂幕现象,表现为涂膜厚薄不均,通常竖立面涂层上面涂层薄,下面涂层厚,涂膜缺乏平整。平面涂层则涂膜边缘不整齐,不该覆盖的部位被覆盖了。 流挂原因:

涂料太稀、黏度过低

涂料低剪切黏度过低,流平性过好 涂料施工蘸漆料过多,涂膜施工过厚

涂料施工表面处理不彻底,有残留油、水等 预防流挂:

适当提高涂料黏度

调整涂料的流变性,适当提高涂料低剪切黏度

涂料施工根据涂料黏度的不同选用适当的工具,一般低黏度的涂料选用软的长毛滚筒,粘稠的涂料选用硬、短毛滚筒

涂刷施工蘸漆要均匀、适量,薄涂多层

彻底处理好基材表面,基材表面要求清洁、干燥、和牢固

流挂的原因很多,如漆料太稀、漆膜太厚、施工现场温度太高而涂料本身干性太慢、涂料中含重质颜料过多或附着力太差等,这都会造成流挂。

作为汽车涂料,其流挂、流平、遮盖、附着等性能应该是可以的,在施工中出现这个问题主要有两个原因:

1.偷工减料,本来要求是漆料不能太稠,不求一次就能遮盖,要分几次甚至是十几次喷涂,每次漆膜不能太厚,前道漆干透后才能再喷涂。施工中为了省稀料,也为了少喷几次,就往往用稠漆,一次喷得太厚。漆调稠了,纵使不流挂,也会因流平性差,导致光滑度极差,也往往因为太厚导致流挂;

2.工艺环境不合格,温度太低,干燥过慢。

涂料的触变性在改善涂层外观方面的作用

为了获得具有高品质外观的光滑涂层,在涂料使用或者在涂料干燥/固化的过程中,需要保持其充分的水平性,从而在减少涂料不规则表面产生的同时,避免流挂问题的发生。在本文当中,主要介绍了涂料的触变性在增加涂料的抗流挂性、改善涂层外观以及扩大应用领域方面的重要作用。向涂料当中添加流挂控制剂,可以使涂料具有触变性。新近研发出的流挂控制剂(Sag Control

Agents,SCAs)当中含有手性胺,并且这种新型流挂控制剂是非常高效的(获得一定抗流挂性时,所需的流挂控制剂的量较少),而与现有的SCAs相比,可以更好地抑制底物的透印粗糙度。

对于汽车罩光清漆(clearcoats,CC)等光滑涂料的主要要求之一是:涂料在经过固化之后要具有十分光滑的表面。涂层的外观常常是多种不同因素综合作用的结果。这些各不相同的因素包括:涂料的流变性能;使用涂层的厚度;在使用过程中所产生的初始表面粗糙度;涂料的表面张力以及涂料的梯度变化;干燥和固化的条件;与溶剂的混合性以及使用涂料的(包覆)基底物表面的粗糙度。显然,要想确定诸如涂料的流变性与涂层最终外观之间的关系是十分困难的。但是我们可以进行很直观的理解:涂料必须具有足够低的粘度从而可以进行充分的流平,以消除喷涂过程所产生的所有的表面不规则性。另一方面,涂料又必须具有一定的粘度以避免流挂缺陷的发生,例如形成泪帘或流挂帘等。从这个角度来讲,我们就可以理解充分的流平性和最小化的流挂缺陷常常是两个相互矛盾的要求,而在实际情况当中必须对涂料的流变性能进行精确的控制,从而获得涂料流挂性和流平性两种性能的最佳平衡。

许多年前我们引进了几种流挂控制剂,这些流挂控制剂是1,6-六亚甲基二异氰酸酯(1,6-hexamethylenediisocyanate,HDI)和苄胺(benzylamine,BA)的反应产物。由于这类流挂控制剂可以使涂料具有乳白色不透明的外观,因而被称为“非透明SCA”。这些非透明SCA的晶体颗粒可以在涂料中形成弱的三维网络结构。该三维网状结构在剪切力存在的条件下会遭到破坏,但是当剪切力减少时又会经过一段时间而重新建立;该性质也使涂料具有了触变性。在高温条件下,例如在OEM的烘干过程中(>100℃),这些HDI-BA晶体将会完全熔化或溶解,并且在最终涂层中将会变得完全透明从而可以将其应用于透明涂料中。 下降波动法

为了对涂料在干燥和固化过程中的流挂性和流平性进行定量的分析,我们已经研发出了一种光学(非接触式)分析方法——下降波动法。16在该方法中所使用的涂料层需要具有规定的初始表面粗糙度,这种一定的表面粗糙度是通过使用正弦波应用软件生成的(图1)。当使用涂料后,直接将涂层包覆的底物转移至装有下降波浪仪的温控支撑盘上,并开始进行试验。在实验过程中对涂层表面进行照明,将光滑涂层表面所反射的光通过相机进行记录并且在电脑上利用图像分析软件进行分析和储存。专业的分析软件可以通过反射图样对波纹的位置和形状进行量化的计算。插图1表示的是在涂层干燥和固化的不同时间间隔当中,通过测定得到的单一波形的位置和形状的变化实例。

图1: 下降波动分析仪的原理示意图


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