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在環氧富鋅底漆+丙烯酸聚氨酯麵漆體係的應用中

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在環氧富鋅底漆+丙烯酸聚氨酯麵漆體係的應用中

發布日期:2020-07-22 作者: 點擊:

                                                     在環氧富鋅底漆+丙烯酸聚氨酯麵漆體係的應用中

李賓、田興強、史忠震

貴州交通職業技術學院

摘要

考察了靜電噴塗粉末塗層的厚度與其耐蝕性的關係。結果表明,僅采用120~140μm的丙烯酸聚氨酯粉末麵漆時,塗層的耐鹽霧腐蝕能力與按一般防腐要求噴塗的溶劑型塗料體係的性能相當。

當環氧富鋅粉末底漆膜厚為40~60μm,總厚度控製在100~180μm時,底+麵粉末塗層體係的耐鹽霧腐蝕能力與按重防腐要求噴塗的溶劑型塗料體係的性能相當。


前言

隨著社會的進步和人們環保意識的提高,溶劑型塗料的危害性逐漸深入人心。為保護人類賴以生存的環境,許多國家對溶劑型塗料的限製越來越嚴格。

粉末靜電噴塗塗料以空氣為分散介質,不含溶劑,固含量100%,屬於環境友好型塗料,其生產、施工、貯存和運輸都比傳統溶劑型塗料方便、經濟和安全,可實現自動化生產,且塗層具有優良的防腐性能和裝飾功能。

科技工作者對粉末靜電噴塗技術的研究較多,有關粉末塗料充當膩子,控製塗層缺陷的辦法,粉末噴塗參數等方麵均有報道。

研究表明,粉末靜電噴塗塗層的厚度對其耐腐蝕性能與外觀有直接影響,但是結合生產實際,在以磷化作為前處理的情況下,有關靜電噴塗塗層的厚度與其耐腐蝕性能及外觀質量的關係的報道並不多見。

本文選取環氧和丙烯酸聚氨酯靜電噴塗粉末與同類型的溶劑型塗料──環氧樹脂底漆+丙烯酸聚氨酯麵漆。

在經過磷化處理的碳鋼上分別進行粉末靜電噴塗與溶劑型塗料塗裝,對兩種塗層體係的性能進行了比較,為靜電噴塗塗層體係替代溶劑型塗層體係提供參考。


實驗部分

1.1 材料

環氧富鋅粉末:無結塊,呈均勻的紅色,粒度15μm,密度1.5g/cm3,可室溫貯存1年,固化溫度(180±5)°C,固化時間10~20min。

丙烯酸聚氨酯粉末:無結塊,呈均勻的灰色,粒度15μm,密度1.4g/cm3,可室溫貯存1年,固化溫度180~200°C,幹燥時間20~30min。

環氧樹脂底漆:紅色,細度15μm,密度1.6g/cm3,黏度19~21s(塗−4杯,後同),最高使用溫度180°C;23°C下表幹時間≤30min,實幹24h,完全固化需7d,可室溫貯存18個月。 

丙烯酸聚氨酯麵漆:灰色,細度15μm,密度1.2g/cm3,黏度19~21s,最高使用溫度140°C,23°C下表幹≤2h,實幹24h,完全固化需7d,可室溫貯存18個月。

1.2 試片的製備

基材為100mm×70mm×1mm的碳鋼,依次經除油、酸洗和中溫磷化的前處理,磷化膜厚約5μm。


1.2.1 粉末塗料體係

噴塗底漆和麵漆的操作參數均為:電流15~20μA,噴塗速率約2.5m/min,噴槍與工件距離300mm,壓力約350kPa。

固化溫度控製在180~200°C為宜,嚴禁超過220°C或低於140°C;固化時間控製在10~20min之內,嚴禁超過25min或不足5min。

 

1.2.2 溶劑型塗料體係
噴塗底漆和麵漆的操作參數均為:壓力0.3~0.4MPa,2道,90°C幹燥40min。


1.3 試驗方案 

不同的腐蝕環境對塗層的要求不同:采用溶劑型塗料時,在一般腐蝕環境(非化工、濕熱地區)中要求底漆厚度不低於40μm,麵漆厚度不低於30μm,總厚度不低於70μm。

在重腐蝕環境(化工、濕熱、高氯)中,底漆厚度應不低於70μm,麵漆厚度不低於40μm,總厚度不低於110μm。

采用粉末靜電噴塗時,在一般腐蝕環境中可以單獨采用粉末麵漆,而在重腐蝕環境中需要采用底麵複合塗層體係。

另外,零部件表麵在磷化前處理過程中得到粗化,因此要求塗層具有一定的厚度才能完整覆蓋磷化層。

由於粉末靜電噴塗的特性,塗層過薄或過厚均會對其性能產生不利影響:過薄的塗層遮蓋率低,不僅影響其外觀質量,使色差增大,光澤降低,產生露底等缺陷,而且嚴重影響到它的耐蝕性和耐水性;

塗層過厚則表麵易產生橘紋、針孔、縮孔等缺陷,不僅降低塗層的附著力,而且會增加塗料用量,相應地增加了生產成本。 

本文製備了如表1所列的14種膜厚的試片(部分按鹽霧試驗要求劃上交叉線)來考察塗層的性能,其中1−8為靜電噴塗粉末麵漆,9−12為靜電噴塗粉末底漆+粉末麵漆,13為一般溶劑型防腐塗裝,14為溶劑型重防腐塗裝。


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結果與討論

2.1 塗層外觀
 本次試驗中,當粉末靜電塗層的總厚度小於40μm時,其對磷化層的遮蔽不完全,部分露出灰色磷化層,顯然這是生產上所不希望的;當塗層總厚度大於40μm後就未發現磷化層有外漏。

但是當總厚度為120~160μm時,塗層的色差較大,光澤較低;增大到160~180μm後,塗層表麵平整,沒有出現流掛、橘紋等缺陷。

據此,能完全遮蔽磷化層的粉末塗層的總厚度應大於40μm,要獲得平整且光澤高的塗層,總厚度則應大於160μm。


2.2 耐蝕性

2.2.1 未劃線試片的腐蝕情況

由表1可見,溶劑型塗層試片均未發生起泡。當粉末塗層麵漆的厚度小於60μm時,在剛開始考察(302h)時,試片已經有明顯的起泡,且擴展非常快,當試驗進行到758h時就非常嚴重。

當粉末塗層麵漆的厚度達到60μm以上時,起泡明顯減少,且直到試驗結束都比較輕微;而粉末塗層麵漆的厚度大於80μm或者噴塗了底塗的試片均沒有起泡。

在鹽霧試驗過程中,塗層一旦短時間內起泡,對它的破壞是非常嚴重的,表明塗層與基體的結合力不好。綜合來看,粉末塗層麵漆的厚度應達到80μm。


2.2.2 劃線試片的腐蝕蔓延程度
表2可知,經過24h的鹽霧試驗,除粉末底漆+粉末麵漆塗層的試片沒有出鏽,其餘試片的劃線部位均出現紅鏽。

尤其是粉末塗層麵漆厚度大於80μm的試片,雖然起泡並不嚴重,但是沒有粉末底漆塗層作為保護,其耐蝕性仍然有限。

這是由於本試驗用的粉末底塗為富鋅塗料,含有一定量的電位比鐵低的鋅粉,這些鋅粉與基材之間發生電接觸,起到陰極保護作用,使金屬基體免受腐蝕。

 

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另外,僅有粉末麵漆時,其劃線處的腐蝕寬度近似隨著其膜厚增加而增大。考慮到起泡行為,單純使用粉末麵漆的話,其厚度控製在120~140μm為宜。

采用粉末底漆+粉末麵漆體係時,規律性不是很明顯,但劃線處的腐蝕寬度均明顯減小,維持在1.3mm左右,表明其耐腐蝕性能明顯增強。

生產中如果對塗層厚度要求較大且對性能要求比較嚴格時,可以考慮使用粉末底漆+粉末麵漆體係。

 溶劑型塗層劃線位置的腐蝕程度也比較弱,腐蝕寬度與粉末底層+粉末麵層體係相當,但出紅鏽時間明顯更早。


2.3 成本核算
 本文不計設備投資,隻關注工藝過程與塗裝的總成本。


2.3.1 工藝過程
采用粉末靜電噴塗與溶劑型塗裝的工藝過程相同,都是:除油→酸洗→磷化→噴塗底漆→烘幹→噴塗麵漆→烘幹→冷卻。

可見粉末靜電噴塗並沒有新增加工藝步驟,隻是換了塗料的品種而已,如需采用粉末靜電噴塗,在原始的溶劑型塗裝線上僅僅改造個別工序即可,不會打亂塗裝生產的工藝步驟,由此而增加的生產成本並不大。


2.3.2 噴塗成本
表3列出了在塗層厚度滿足技術要求的基礎上按理論計算的每平米施工費用。


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要達到相同的防腐效果,溶劑型塗料與粉末靜電噴塗的道數及成本如表4所示。可見采用粉末靜電噴塗的生產成本明顯少於溶劑型塗料噴塗。

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結語

對比粉末靜電噴塗塗層與目前工程上常用的溶劑型塗層後發現:

(1)單獨使用粉末麵漆時,其膜厚控製在120~140μm就可以代替溶劑型底漆+麵漆體係應用於一般腐蝕環境中。

(2)使用粉末底漆+麵漆複合塗層時,底漆膜厚控製在40~60μm,體係總厚度控製在100~180μm,便可以替代溶劑型底漆+麵漆體係而應用在重防腐環境中。若要獲得較好的塗層外觀,複合塗層總厚度則應大於160μm。

需要指出的是,本文僅僅從工程應用中的腐蝕問題出發,為塗裝生產提供一種思路,後期具體的應用問題還需要深入研究。



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