涂料组成及其作用

1、涂料组成及其作用

1.1    涂料组成

       涂料,一般包括挥发性和非挥发性成分。两种类型的成分都有其用途。在经过干燥和固化过程后，非挥发性成分保留在涂装物上，而挥发性成分释放到周围的空气中。挥发性成分包括溶剂和裂变产物。

挥发性物质的比例取决于具体使用的涂装系统和应用状况。用于汽车工业的涂料大体上含有50-80%的溶剂（取决于具体的涂料类型）。填料包含大约50%的溶剂，面漆达80%，而清漆则在35-50%之间。

1.2 溶剂

首先，溶剂使涂料的应用成为可能。使用的溶剂类型影响或决定应用步骤。

溶剂可以分成多种化学物质：烃类,水,酒精,醚/乙醇醚,酯。

涂料在使用时开始散发溶剂。在烘房里的干燥过程中，溶剂的散发变得更明显。连续通过式清洗机

1.3 裂变产物

结合剂成分经历一个交联（缩聚）过程，在此期间裂变产物释放。裂变产物也可以是热干燥/固化过程的结果。这些产物可以包括水、面漆酒精和甲醛。

1.4 结合剂

结合剂使应用的涂料结合并形成涂膜。就是该结合剂主要决定了涂膜属性的类型。涂膜特性根据涂料类型和组成可以有很大变化。

因为结合剂，分布细致的颜料、填料和其他涂料成分在干燥和固化后形成紧密结合的涂层。在汽车涂装应用中，当前使用的厚度电泳浸涂（KTL）约为20-25μm，填料约为25-30μm，涂面漆约为10-15μm，清漆约为35-45μm。

根据上面的定义，涂料中的树脂和增塑剂与结合剂群聚在一起。涂料系统中的树脂是固化干燥涂料的成分。增塑剂使涂料有足够的弹性，以致于移动所涂装的物体而不裂损。

1.5 颜料

颜料是具有体结构的无机和有机物质，它在使用的涂料结合剂和溶剂中保持不可溶。颜料决定了涂料的颜色,不同的颜料或颜料混和物用来获得需要的颜色。

无机颜料包括碳酸钙、铁氧化物、钛氧化物、铝、铜、烟灰、石墨和其他东西。

有机颜料可以是人工合成的，也可以是天然的物质。

1.6 添加剂

添加剂影响某些涂料属性，如流动或干燥特性。它们只少量地与涂料混和。添加剂的精确成分和使用的浓度通常是涂料制造商的商业秘密。

2、涂料的干燥过程

 2.1     涂料的固化方法

涂料的成膜过程就是涂层的固化过程，对溶剂型涂料俗称涂料的干燥。

2.1.1  自然干燥

自然干燥只适合挥发型涂料、自干型涂料和触媒聚合型涂料。气温、湿度、风速对涂料的自干速度产生显著影响，一般是气温高、湿度低、通风条件好自干速度快、光照对涂料的自干也有利。

温度越高溶剂的蒸汽压就高，溶剂的挥发速度就快，氧化、聚合等涂料固化反应的速度也随温度的升高而加快。因此涂料自干场所的气温增高有利于涂料的干燥。一般要求自干场所的气温在5℃以上。

湿度高也就是空气中含水蒸汽多，水蒸汽对涂料中的溶剂挥发起抑制作用，另外湿度高时随着溶剂的挥发被涂物表面冷却，从而使空气中的水蒸汽冷凝容易造成涂层泛白。所以要求涂料自干场所的空气湿度要低，一般要求相对湿度不大于80%。

通风有利于涂料中溶剂的挥发和溶剂蒸汽的排除，并能保证自干场所的安全。

阳光中的紫外线对氧化聚合型涂料的自干有促进作用。

必须指出，自然干燥并不是指被涂物在露天场所自然晾干。自然干燥同样需要采取一定的措施来确保施工符合环保、消防和劳动卫生的法规。

2.1.2  加热固化

加热固化包括强制干燥和加热烘干。强制干燥指加热能自然干燥的涂料，目的是缩短涂料的干燥时间提高涂层的性能。强制干燥一般采用低温固化，固化温度在60℃～100℃左右，温度过高涂层容易起皱、起泡；加热烘干指加热只能在一定温度下固化的涂料，使其完全成膜。加热烘干所常用的温度一般在120℃以上。

加热固化的烘干规范（温度和时间）取决于被烘干的涂料类型、被涂物的材质。

1、硝基漆的烘干条件为60℃～80℃，10min～30min；

2、醇酸树脂漆为90℃～100℃，30min～60min；

3、 丙烯酸树脂涂料为120℃～140℃，20min～40min；

4、 环氧粉末涂料为170℃～190℃，20min～30min；

5、 一般水性电泳涂料为170℃～190℃，20min～40min。

必须注意：涂料固化技术要求中的“温度”指的是涂层表面温度或涂层底材的温度，而不是烘干环境温度。金属制品的烘干温度一般为80℃～300℃；受热相对容易变形的塑料和木材的烘干温度一般为60℃～80℃。

6、相对工件而言,加热方式有：对流、辐射、电感应三种。

7、对流加热是以热空气为媒介，将热对流给涂层和被涂物而加热。其优点是加热均匀、温度控制精度高，适合于高质量的涂层、形状和结构复杂的被涂物烘干，是涂层烘干的主要方式，但对流加热的升温速度相对较慢。

8、辐射加热通常使用红外线、远红外线，它们从热源辐射出来呈电磁波在空气中传播，辐射到物体后直接吸收转换成热能，使底材和涂层同时加热，升温速度快、热效率高是其长处，但温度不易均匀。

9、电感应加热是利用电感应作用，使电能转变为热能。被涂金属件放在通交流电300～400Hz/s的线圈内，通过电磁感应使金属件受热，其特点是加热效率高，涂层干燥从基体下开始，使涂料中的溶剂完全散逸，但仅适合外形简单、规则的小金属件。

2.1.3  照射固化

照射固化法是指紫外线、电子束固化有机涂料成膜的新技术，紫外线固化技术的应用近期得到了较大的发展。连续通过式清洗机

2.1.4  紫外线固化

当用特定波长的光照射含有光敏剂的光固化涂料的涂层时，光敏剂分解产生活性的游离基因，随即引发聚合反应，在短时间内使涂层固化成膜。因为通常采用波长为（300～450）nm的紫外线，所以称为紫外线固化。一般生产线上使用高压水银灯和紫外线荧光灯。

紫外线固化的特点是固化时间短（几十秒至几分钟），在常温下固化、装置价格相对较低。适合于加热容易变形的木材、塑料等材料的涂装，当然也适用于金属件的涂装。紫外线固化仅适合光固化专用涂料，而且只适合透明或易反射的颜料的涂料固化，目前使用较多的是紫外线光固化清漆。其缺点是：有照射盲点，只适合形状简单的被涂物固化。

涂料的固化速度取决于照射的强度，增加光源的强度可缩短涂料的固化时间。

2.1.5  电子束固化

电子束固化的机理是用高能量的电子束照射，使被照射涂层的分子内产生活性基团，引发聚合反应而使涂层成膜。电子束固化的特点是：固化时间极短（几秒）、常温下固化、能固化到涂层底部，因此适合于木材、塑料、金属、纸、布和皮革的涂装，而且它可固化不透明的涂料。其缺点是：有照射盲点，只适合形状简单的被涂物固化；照射装置的价格高、安全管理严格。

2.2 涂料的固化过程

a)  涂装作业中判定涂层的固化程度

b) 涂层在烘干室内的固化过程

在涂料干透和固化后，溶剂和裂变产物从涂料中蒸发,只有颜料和结合剂保留在表面。这些物质的晶界之间的结合由温度触发。干燥和固化过程需要固定的温度值。涂装的车身必须在烘房内在合适的温度下保持足够的时间。在此期间涂料固化，那就是说，它不再受外界影响了。

涂层在烘干室内的整个固化过程中，工件涂层的温度随着时间的变化，通常分为升温、保温和冷却三个阶段，温度与时间的关系即涂层固化温度曲线如图所示。

涂层从室温升至所要求的烘干温度为升温阶段，所需的时间为升温时间。在这段时间里，需要用大量的热量来加热工件，而大部分溶剂在此段迅速挥发，因此需要在此段加强通风，排除溶剂蒸汽和补充新鲜空气。升温时间根据涂料溶剂沸点进行选择。沸点高，升温时间宜短（即升温速度较快）以加速溶剂的挥发。但升温速度过快，溶剂挥发不均匀，涂层可能出现不平整等缺陷。当然，升温时间放长，涂层溶剂慢慢地挥发，涂层质量好，但生产率降低，运行成本增加；涂料溶剂沸点低，升温时间宜长，这样可以防止溶剂沸腾造成涂层的缺陷。一般涂层内90%的溶剂在（5～10）min内逸出，因此升温时间一般在（5～10）min内选择。

涂层达到所要求的烘干温度后，延续的时间称为保温阶段，所需要的时间为保温时间（即烘干时间）。在这阶段时间里，主要是使涂层起化学作用而成膜，但也有少量溶剂蒸发，所以不但需要热量，还需要新鲜空气。但热量和新鲜空气的需要量都比升温段少。保温时间的长短根据涂层材料、涂层质量要求和烘干方法等因素选择，具体数据可参考涂料供应商提供的资料，也可以通过实验确定。

涂层温度从烘干温度开始下降，这段时间称为烘干室的冷却时间，一般指烘干室的出口段区域。工件离开烘干室时的温度一般只比烘干温度降低几十度，对于工件烘干后马上就要喷漆的情况（一般要求工件温度不超过40℃），烘干室后需要设置强制冷却室。

c) 被涂物的烘干温度曲线

涂料的精确温度只能在涂装的物体上测量。要完成此直接测量，“Datapaq”测量仪器随着车身通过烘房。Datapaq包括一个隔热的记录装置和附在车身上的6到8个传感器。这些传感器将温度传输到记录装置。一旦测量仪器通过烘房，计算机数据测定可以完成，并且绘制出一张曲线图（烘房曲线）。

薄金属板和顶部需要的加热时间相对较少，而门槛、车底和柱件需要的加热时间较多。

2.3 涂料固化应具备的条件

1、 固化场所必须满足环保、消防和劳动卫生的法规。

2、 涂层固化前已经充分流平。

3、 固化场所的温度、湿度必须符合涂料的固化技术要求。

4、固化场所应清洁、无灰尘。