預(yù)涂卷材涂料涂裝工藝對涂膜性能的影響

預(yù)涂卷材是將成卷的金屬薄板先涂上涂料或粘貼上后 , 以成卷或單張形式出售的一種有機(jī)材料 / 金屬。用戶可以直接將它加工成型 , 做成各種部件或產(chǎn)品 , 組裝或安裝后便是成品 , 而無需再涂裝 , 從而大大簡化了金屬薄板制成成品的生產(chǎn)工藝。

預(yù)涂金屬卷材的最大的應(yīng)用領(lǐng)域是建筑業(yè) , 但由于其良好的經(jīng)濟(jì)效益和能適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)、環(huán)保發(fā)展的需要 , 近年來在行業(yè)的使用量也明顯增加 , 隨著技術(shù)的進(jìn)步 , 還將擴(kuò)展到交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。

預(yù)涂卷材涂料的質(zhì)量不僅取決于涂料本身的性能 , 涂裝工藝的控制對涂膜的性能也有很大的影響。

 1 　預(yù)涂卷材的涂裝工藝

 一般預(yù)涂卷材涂料涂裝工藝流程為 : 運(yùn)卷→上卷→開卷→切頭→縫合→入口活套→堿洗→堿刷洗→堿洗→一、二級熱水漂洗→吹干→輥涂化學(xué)處理→烘干→風(fēng)冷→初涂→初涂烘烤固化→初涂冷卻→吹干→精涂→精涂烘烤固化→精涂冷卻→吹干→出口活套→剪切→卷取→卸卷→稱質(zhì)量→打捆→包裝。

2 　前處理的影響

鋼板涂覆之前 , 要進(jìn)行一系列的前處理工序 , 包括堿洗脫脂→水沖洗→化學(xué)轉(zhuǎn)化處理→鈍化→沖洗等過程。通過前處理可以提高卷材的耐腐蝕性、提高涂膜與基板的附著力。

 對基板進(jìn)行清洗 , 可以除去面的油脂、灰塵和金屬屑等雜質(zhì) , 使表面潔凈并容易浸潤 , 以確保在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理時 , 在基板表面形成一層結(jié)構(gòu)均勻結(jié)合力較強(qiáng)的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜。

化學(xué)轉(zhuǎn)化膜是一層化學(xué)穩(wěn)定性較高、組織致密的膜層 , 具有隔離、屏蔽作用 , 使金屬表面與腐蝕介質(zhì)隔離 , 也起封閉作用 , 從而提高卷材的耐腐性并增加涂膜與基材的附著力。不同金屬的卷材應(yīng)使用不同的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理劑。常用的處理劑有磷酸鹽型、鉻酸鹽型、復(fù)合金屬氧化物型。在輥涂法轉(zhuǎn)化處理工藝中 ,最常用的處理劑是鉻酸鹽型。

  2. 1 　鉻酸鹽轉(zhuǎn)化處理對鋼板性能的影響

以冷軋鋼板為基板 , 同樣的基板 , 樣板 1 以鉻酸鹽處理后烘干 , 并立即以常用的線棒刮涂方法施工涂裝、 , 得到涂裝好的樣板。樣板 2 未處理 , 直接以同樣的方法和條件施工相同的底漆和面漆 , 得到與樣板 1 具有相同的膜厚的底漆和面漆的樣板。樣板 3 以鉻酸鹽處理后烘干 , 放置 7 d 后以與樣板 1 相同的工藝涂裝底漆和面漆 , 得到涂裝好的樣板。檢驗 3 塊樣板的機(jī)械性能 [ T 彎和耐甲乙酮 (MEK) 擦拭性 ] 和耐腐蝕性能 ( 耐 5% 鹽水 ) 。試驗結(jié)果如表 1 所示。

由表 1 中的試驗結(jié)果可以看出 , 在冷軋鋼板上 , 涂膜的耐 MEK 擦拭性能主要受涂膜的交聯(lián)密度影響 , 有無化學(xué)處理對涂膜的耐 MEK 擦拭性能影響不大。但是化學(xué)處理對涂膜與基板的附著力以及基板的耐腐蝕性能影響較大。對基板進(jìn)行化學(xué)處理 , 可以提高涂膜與基板間的附著力 , 從而改善涂膜的 T 彎性能。如表 1 中耐 5% 鹽水試驗結(jié)果所示 , 通過對基板進(jìn)行化學(xué)處理 , 可以提高基板的耐腐蝕性能。從表中試驗結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn) , 冷軋鋼板在進(jìn)行鉻酸鹽化學(xué)處理后 , 應(yīng)立即進(jìn)行涂裝 , 否則也會影響化學(xué)處理膜提高附著力和耐腐蝕性的效果。

表1　化學(xué)處理對涂膜性能的影響

用蒸餾水配制5% NaCl溶液。將上述制備好的樣板用裁板機(jī)切邊后,浸泡于此溶液中(25 ℃, 5 h) ,觀察鋼板的切邊生銹情況。其中: 1—切邊處完全布滿銹點; 2—切邊處有銹點; 3—切邊處幾乎沒有銹點。

 3 　涂裝參數(shù)對涂膜性能的影響

 與涂料施工相關(guān)的影響涂膜性能的涂裝參數(shù)很多 , 本文主要討論輥涂方式、涂裝線的線速、爐溫、板溫 ( PMT) 及膜厚等對涂膜性能的影響。

 3. 1 　輥涂方式

 涂敷機(jī)是保證預(yù)涂卷材質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備 , 影響涂膜的表面質(zhì)量、涂膜厚度和顏色控制等。通過精確改變涂輥相對于帶材的運(yùn)行速度和精確調(diào)整頭各輥之間、涂覆輥與支撐輥之間的輥縫壓力可以控制濕膜厚度。一般涂敷機(jī)設(shè)有一個對正面進(jìn)行涂敷的涂層頭和一個對鋼帶背面進(jìn)行涂敷的涂層頭。涂層頭一般由沾料輥和涂敷輥組成 , 也有三輥式的 , 即增加一個調(diào)節(jié)輥。每個輥的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速都是可調(diào)的 , 用調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)輥間縫隙。沾料輥一般是鍍鉻鋼輥 , 涂敷輥多是襯的鋼輥。涂料涂敷時 , 涂敷輥轉(zhuǎn)向與鋼帶運(yùn)行方向一致時 , 稱為正涂式 , 反向時稱為逆涂式 , 應(yīng)根據(jù)不同的涂料和預(yù)期得到的涂膜厚度 , 選擇不同的涂敷方式。正涂與逆涂輥涂方式的區(qū)別如表 2 所示。

  3. 2 　膜厚

   膜厚對性能的影響很大。采用相同的涂料和相同的涂裝條件 , 僅改變膜厚 , 實驗驗證了底涂膜厚為 3～ 4 μ m 時面涂膜厚對涂膜性能的影響 , 結(jié)果如表 3 所示。從表 3 中數(shù)據(jù)可以看出 , 膜厚越高 , 涂膜的機(jī)械性能越好 , 特別是面涂膜要達(dá)到一定的膜厚 ( 臨界膜厚 ) 才能達(dá)到所需的機(jī)械性能。

表 2   正涂與逆涂方式的比較

表 2   正涂與逆涂方式的比較

表 3   膜厚對涂膜性能的影響

 膜厚首先取決于涂料本身的特性 , 即涂料的施工黏度和施工固體分 , 在涂裝時 , 可以通過繪制涂料的稀釋曲線和黏度 - 溫度曲線來判斷某種涂料在各種溫度條件下的適宜的施工黏度和可以得到的涂膜的膜厚。其次 , 通過涂敷機(jī)的參數(shù)調(diào)整可以調(diào)節(jié)濕膜厚度。

 以中化建常州涂料化工研究院新開發(fā)的高性能底漆為例 , 配制好底漆 , 測定不同溫度下的黏度 (涂 - 4 , 5 ～ 40 ℃ ) , 如表 4 所示。并根據(jù)表 4 中數(shù)據(jù)繪制底漆的黏度 - 溫度曲線 , 如圖 1 所示。配制好底漆 , 在某一溫度 ( 以 10 ℃ 為例 ) 下測定不同稀釋率下的黏度 , 結(jié)果如表 5 所示。并根據(jù)表 5 中數(shù)據(jù)繪制底漆的稀釋曲線如圖 2 所示。

表 4   不同溫度下的底漆黏度

圖 1   底漆的溫度 - 黏度曲線

表 5   不同稀釋率的底漆黏度

圖 2   底漆的稀釋曲線

 通過繪制涂料的溫度 - 黏度曲線以及不同溫度下的稀釋曲線 , 就可以根據(jù)實際的施工溫度 , 調(diào)節(jié)施工黏度和稀釋率 , 估算所需加入的稀釋劑的用量。

 3. 3 　線速和板溫對涂膜性能的影響

  涂裝線的線速與板溫 ( PMT) 對最終涂膜的性能也有影響。由試驗 ( 板溫為 224 ℃ ) 得到線速與涂膜性能的關(guān)系 , 結(jié)果如表 6 所示。

表 6   涂裝線速與涂膜性能的關(guān)系

 由表 6 結(jié)果可見 , 在達(dá)到同樣的板溫條件下 , 線速越快 , 得到的涂膜的機(jī)械性能尤其是耐甲乙酮擦拭性能越差。涂膜的耐甲乙酮擦拭性能取決于涂膜的交聯(lián)密度 , 交聯(lián)程度越高 , 涂膜越致密 , 耐擦拭性能越好。線速越高 , 所需的爐溫越高 , 但涂膜交聯(lián)時間越短 , 涂料沒有充分的時間固化 , 導(dǎo)致涂膜交聯(lián)密度下降 , 從而耐擦拭性能下降。

 4 　結(jié)　語

俗話說 , “三分靠涂料 , 七分靠涂裝”。雖然涂料本身的質(zhì)量對最終涂膜的性能影響很大 , 但再好的涂料也要有正確的施工方法 , 才能得到高質(zhì)量的涂膜 , 預(yù)涂卷材涂料涂裝也是如此。前處理、涂裝參數(shù)如輥涂方式、涂裝線的線速、爐溫、板溫 ( PMT) 及膜厚等涂裝工藝都對涂膜的性能有非常大的影響。