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基于涂料樹(shù)脂表面張力分析漆膜縮孔產(chǎn)生原因——縮孔形成原理

2023-09-13

　　2 縮孔及形成原理

　　在高裝飾性汽車涂裝生產(chǎn)中，造成高返修率的涂膜缺陷是顆粒和縮孔，是現(xiàn)場(chǎng)中最有機(jī)會(huì)的漆膜弊病之一，它不僅影響涂膜外觀質(zhì)量，而且露底縮孔破壞了涂膜的完整性，縮孔現(xiàn)象一旦產(chǎn)生，用一般打磨、拋光的修飾方法無(wú)法消除，嚴(yán)重的露底縮孔需要打磨到底層再進(jìn)行噴漆、烘干，大面積的縮孔還會(huì)導(dǎo)致車身返工，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

　　2.1 縮孔形成原理

　　縮孔是涂膜表面出現(xiàn)的各種不規(guī)則四陷的總稱，從形狀上可分為平面式、火山口式、點(diǎn)式、露底式和氣泡式等，通常以一滴或一小塊雜質(zhì)為中心，周圍形成一個(gè)環(huán)形的棱。出現(xiàn)這種現(xiàn)象與縮孔施主的低表面張力有關(guān)。如果其表面張力較高，則不可能展開(kāi)并形成縮孔，只有在表面張力較低時(shí)才有可能。

　　涂料配方中，如果各組分表面張力不匹配，就有可能產(chǎn)生縮孔。在涂膜涂布的過(guò)程中，由于產(chǎn)生了巨大的新鮮表面，因而涂料內(nèi)部具有低表面張力的組分將吸附至表面層，并且?guī)?dòng)部分物料向周邊遷移。這種流動(dòng)所帶動(dòng)的物料流動(dòng)有可能形成縮孔。這種吸附過(guò)程是一個(gè)時(shí)間過(guò)程。若體系的黏度很小，體系能很快流平；若體系的黏度很大，表面吸附和物料流動(dòng)過(guò)程很慢，則形成縮孔的可能性較小。只有在黏度適中偏低的時(shí)候，才會(huì)產(chǎn)生縮孔。

　　外界的物理擾動(dòng)也使表面組成發(fā)生變化，造成涂膜表面的表面張力分布不均勻，各處表面張力并不相等。低表面張力部分將向高表面張力處遷移，并帶動(dòng)部分漆料一起遷移，從而產(chǎn)生局部的流動(dòng)而導(dǎo)致縮孔的形成。如果液膜足夠厚，則液體可以從底部補(bǔ)充進(jìn)人凹陷處，使縮孔彌合。但若液膜較薄，沒(méi)有液體可以補(bǔ)充，則將形成永久性縮孔。

　　在涂層干燥過(guò)程中，如果因溶劑揮發(fā)而產(chǎn)生表面張力梯度，也有可能造成縮孔。設(shè)溶劑的表面張力為γ?，成膜物質(zhì)的表面張力為γ2，底材的表面張力為γs。若γ?<γs<γ2，當(dāng)涂料涂布時(shí)，開(kāi)始涂料的表面張力γc=γ?<γs，則涂膜可以鋪展；隨著溶劑的揮發(fā)，涂膜的表面張力逐漸提高，當(dāng)漆表面張力γc達(dá)到γs甚至超過(guò)γs時(shí)，即有可能產(chǎn)生縮孔。但若此時(shí)體系的黏度已極大，表面張力不足以拉破涂層時(shí)，就可以避免縮孔。而若γ2<γ?<γs，當(dāng)高表面張力的溶劑揮發(fā)時(shí)，由于成膜物質(zhì)的表面張力低于底材，因此不會(huì)對(duì)流平產(chǎn)生影響，且表面組成中，溶劑的含量少，它的揮發(fā)不會(huì)產(chǎn)生顯著的表面張力梯度，產(chǎn)生縮孔的可能性不大。

　　外來(lái)污染物也一樣。若外來(lái)污染物的表面張力γ3>γc，則它不會(huì)在濕涂膜表面鋪展，因此不會(huì)造成表面張力梯度；而若污染物是低表面張力物質(zhì)，則它在高表面張力的涂層上鋪展，并取代原表面，這種不規(guī)則流動(dòng)就會(huì)造成縮孔，圖1表示了不同表面張力大小對(duì)涂料施工的影響。當(dāng)表面存在表面張力梯度時(shí)，縮孔的形成還取決于涂料本身的流動(dòng)性。Fink和Jensen指出，在濕涂膜上表面張力梯度的作用下，流體由一點(diǎn)向另一點(diǎn)流動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生縮孔。而在縮孔區(qū)域內(nèi)，如果流動(dòng)量大，還可能形成露底縮孔，見(jiàn)圖2。所以，在一定條件下，縮孔是由下式(1)決定的：(1)式中，Q為單位時(shí)間流動(dòng)的涂料量；h為濕膜厚度；η為涂膜的黏度；Δγ為橫截面上表面張力梯度。由此可知，要減少縮孔，就應(yīng)該使涂料的流動(dòng)性小，而流動(dòng)性的大小又取決于涂膜厚度、涂層黏度及表面張力梯度。

　　2.2 縮孔產(chǎn)生原因

　　縮孔總是由于表面張力梯度造成的，而表面張力的形成主要是由于涂料施工過(guò)程中，涂膜中含有低表面張力的活性物質(zhì)，要想在減少縮孔，必須杜絕涂膜施工過(guò)程中的活性物質(zhì)污染。

　　可以總結(jié)縮孔產(chǎn)生的原因可能是：(1)涂料配方中，各組分的表面張力不匹配，體系中低表面張力組分如各種表面活性劑含量過(guò)多、溶劑表面張力低于其他物質(zhì)的表面張力等，均容易造成縮孔;(2)底材本身表面張力太低或涂料表面張力太高造成涂料對(duì)底材潤(rùn)濕不良；(3)底材上有油污，造成局部表面張力過(guò)低，使涂料潤(rùn)濕涂布不良；(4)涂料施工的工藝要求不合理，如車身擦凈后仍允許設(shè)置接觸車身、低表面張力物質(zhì)未消除即進(jìn)行噴涂、噴涂膜厚要求過(guò)薄、噴涂設(shè)備的空氣壓力/空氣流量太低(霧化和成形空氣)、不同顏色品種油漆混合生產(chǎn)時(shí)，低表面張力漆霧在高表面張力漆上造成污染；(5)在汽車涂裝施工過(guò)程中，不可避免的要有人的操作，從電泳的加料、PVC噴涂、到打磨、擦凈、油漆噴涂、油漆調(diào)整等等，員工衣物、手上的低表面張力物質(zhì)在操作過(guò)程中被帶到車身上會(huì)導(dǎo)致縮孔；(6)調(diào)黏度度時(shí)有油水等物質(zhì)帶人；(7)原漆及稀釋料在包裝運(yùn)輸或貯存等過(guò)程中混入了油、水、塵埃等雜質(zhì)；(8)濕膜過(guò)厚、黏度度過(guò)小等。

　　2.3 縮孔的預(yù)防

　　防止縮孔的形成需要認(rèn)識(shí)產(chǎn)生這種弊病的原因。如果由外來(lái)縮孔施主所致，則需小心防止表面污染。若這種方法行不通，或縮孔是自發(fā)產(chǎn)生的話，則需重新調(diào)整配方。如果是溶劑的表面張力過(guò)低造成的，則可以通過(guò)添加具有低表面張力的表面活性劑和具有良好相容性的表面控制劑來(lái)降低液膜的表面張力，使其低于縮孔施主的表面張力；但如果添加量過(guò)多，則會(huì)因體系中表面張力不匹配而適得其反。因?yàn)樵谕苛辖M分中表面活性物質(zhì)在涂料涂布過(guò)程中形成大量新鮮表面時(shí)，會(huì)從體相中吸附表面活性劑；同時(shí)，大量的表面活性劑可能與涂料產(chǎn)生不相溶性，在涂料干燥過(guò)程中，其濃度發(fā)生變化，超出其溶解度，生成少最不溶的液滴，就會(huì)導(dǎo)致縮孔，例如，涂料中加入過(guò)量硅油就易產(chǎn)生縮孔，有機(jī)硅化合物的表面張力與所用涂料的差別很大，即使被稀釋10-10 mol/L的濃度時(shí)，也會(huì)引起縮孔。

　　3 總結(jié)

　　在涂料成膜過(guò)程中，隨著涂膜的鋪展和溶劑的揮發(fā)，涂層的界面特性也不斷發(fā)生改變，所引起的物料流動(dòng)將對(duì)涂膜的完整性產(chǎn)生影響。因此，研究這些動(dòng)態(tài)過(guò)程對(duì)涂料表面特性的影響，分析其成因，研究相應(yīng)的對(duì)策，將有助于對(duì)涂層表面進(jìn)行控制，防止涂膜缺陷的形成。

　　漆膜縮孔的原因較多，必須根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況和各自的涂裝工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析和反復(fù)的試驗(yàn)，才有可能找到真正的原因，從而確定預(yù)防措施。對(duì)縮孔缺陷因以預(yù)防為主，加強(qiáng)涂裝現(xiàn)場(chǎng)管理，把隱患消滅在萌芽狀態(tài)。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的縮孔缺陷，應(yīng)從涂料、涂裝工藝、涂裝環(huán)境等各個(gè)方面分析解決。