6 May. 09 Plating and Finishing doi:0.969/j.issn.00 89.09.05.00 喷砂对水性涂装涂层附着力的影响 李宝增, 张红恩, 苗晓军, 范艳艳, 林生军 ( 平高集团有限公司, 河南平顶山 6700) 摘要 : 水性涂装技术由于涂层与基体的附着力不良成为制约其广泛应用的关键 为了提高水性 涂装涂层与基体的附着力, 本文通过改变前处理喷砂的方式系统研究了涂层的系列组织与性能 结果表明, 喷砂处理后试样粗糙度数值越大, 涂层附着力越高, 耐腐蚀性能越好 当其粗糙度约为 7.9 时, 涂层附着力最大可达 0.6 MPa; 当试样喷砂处理后粗糙度介于.~.5 之间, 涂层附着力最大可达 9. MPa; 而粗糙度数值约为 8 的涂层附着力最大约为 7.6 MPa 关键词 : 水性涂料 ; 喷砂 ; 附着力 ; 耐腐蚀 中图分类号 :TQ68 文献标识码 :A Effect of Sandblasting Process on Adhesion of Waterborne Coating LI Baozeng,ZHANG Hongen,MIAO Xiaojun,FAN Yanyan,LIN Shengjun (Pinggao Group Co.,Pingdingshan 6700,China) Abstract:The adhesion between coating and substrate prepared by waterborne coating technology is not very good,and it has become the key to restrict its wide application. In this paper,the microstructure and properties of coatings were systematically studied by changing the way of pre-treatment sand blast ing. The results showed that the greater the roughness of the sample after sandblasting,the higher the ad hesion of the coating and the better the corrosion resistance. When the roughness is about 7.9 μµm,the maximum adhesion of the coating could reach 0.6 MPa;When the roughness is about.~.5 μµm, the maximum adhesion of the coating could reach 9. MPa;When the roughness is about 8 μµm,the maximum adhesion of the coating is about 7.6 MPa. Keywords:waterborne coating,sandblasting,adhesion;corrosion resistance 目前水性金属防腐涂料在技术以及推广方面仍然存在着很大的挑战, 绝大部分水性金属防腐涂料的综合性能远不如溶剂型金属防腐蚀涂料产 [-] 品, 其主要问题是涂膜附着力与耐腐蚀性能差 尽管水性金属防腐涂料与溶剂型相比还存在一定差距, 但是在科研工作者的不懈努力之下, 近年来水性金属防腐涂料的研究仍然取得了很大的进步 研究表明影响涂料使用性能的关键问题之一是施工, 由于自身成分所限, 水性涂料采用常规涂装生产进行施工, 如采用化成溶液清洗, 然后 [-5] 进行涂装施工并不能得到满足使用要求的涂层 而采用电泳 喷砂方式可以有效提高涂层与基体的附着力, 但是电泳方式由于作业条件限制, 并不能 [6-7] 普遍推广使用 而对于喷砂来讲, 已有文献报道 收稿日期 :08--5 修回日期 :08--0
09 年 5 月电镀与精饰 第 卷第 5 期 ( 总第 期 ) 7 均证实可以提高附着力与耐腐蚀性能, 但是具体施工仍旧存在诸多问题, 附着力不良, 耐腐蚀性能有限 所以本文针对铝合金基材综合喷砂考虑喷嘴口径 压力 枪口到零部件的距离 ( 简称距离 ) 砂砾粒径 走枪速度等因素, 设计实验方案, 以求证现有生产条件下零部件能够达到最佳表面粗糙度的参数 提高涂层与基体的结合力, 提高涂层的耐腐蚀性能, 为生产提供借鉴 实验部分. 水性涂装体系设计与基材选择水性涂装体系设计 : 水性环氧树脂底漆 + 水性聚氨酯面漆 实验基材为 606 基材, 试片规格为 (00 mm 70 mm mm), 原始粗糙度约为.6 μµm. 前处理施工综合考虑前期生产与实验结果, 选择喷砂施工技术参数 : 喷嘴口径为 0.6 mm, 压力为 0.~ MPa, 砂砾粒径为 00~0 目, 距离为 mm 与 mm, 走枪速度分别为 m/s 与 m/s 前处理施工如表 所示 表 前处理施工 喷嘴口径 /mm 压力 / MPa 砂砾粒径 / 目 距离 / mm (m s - ) 0.~ 00~.0 0.6 0.0 备注每种测试 个样品, 用于验证稳定性. 涂装过程 : 底漆 底漆 烘干 面漆 面漆 烘干 底漆施工 : 喷孔直径为 ~ mm, 空气喷出压力为 0.~0. MPa; 喷涂两遍, 烘干温度为 80~00, 烘干时间 h, 控制底漆干膜厚度为 0~55 μµm 面漆施工 : 同底漆, 控制漆膜总厚度为 80~0 μµm. 性能检测参考 GB956-00 采用 DP-00 膜层测量仪测试厚度, 分别测试底漆与面漆 ; 参考 GB50-006 采用 DeFelskoAT-A 拉拔仪测试涂层结合力 ; 采用 Mitutoyo SJ0 粗糙度测试仪检测喷砂后试片的表面粗糙度 参考 GBT05-0 采用 JST-0 盐雾腐蚀实验箱测试漆膜耐腐蚀性能, 溶液为 5% NaCl, ph 值为 6.5~7., 温度 5±, 连续喷雾 涂层耐蚀实验观察周期为 00 h 实验结果. 喷砂后试样表面粗糙度测试结果表 为采用不同的喷砂进行喷砂后试样表面的粗糙度数据 可以看出, 采用 ~ 进行喷砂处理后, 样品粗糙度的均值分别达到 7.9 μµm,. μµm,.5 μµm 以及 8 μµm, 相较于未喷砂的原始状态试样 ( 粗糙度约为.6 μµm), 喷砂处理后试样表面的粗糙度明显增大 比较而言, 采用 喷砂之后试样的粗糙度数值最大, 采用 进行喷砂, 试样的粗糙度均值保持在.~.5μµm 之间, 而采用 对试样进行喷砂, 其粗糙度数值最小 这是因为采用 进行喷砂时, 喷枪与试样的距离为 mm, 距离较近, 而走枪速度较小 ( m/s), 速度较慢, 所以砂粒在同一位置停留时间比较长, 导致试样表面的粗糙度数值比较大 而对于艺, 喷枪与试样距离较远 ( mm), 走枪速度较大 ( m/s), 速度较快, 所以砂粒在同一位置停留时间比较短, 使得试样表面的粗糙度数值比较小 对于 来讲, 喷枪距试样之间的距离为 mm, 距离较近, 但是其走枪速度较大 ( m/s), 速度较快, 所以试样最终表面粗糙度数值介于 与 之间 而对于, 喷枪距试样之间的距离为 mm, 距离较远, 但是其走枪速度较小 ( m/s), 速度较慢, 所以试样最终表面粗糙度数值同样是介于 与 之间 从提高涂层与基体的附着力来讲, 试样表面的粗糙度数值越大涂装之后附着力越大 从以上测试数据可以看出, 采用 进行前处理, 粗糙度数值最大, 预计能够获得较好的附着力 采用, 其粗糙度数值最小, 所以其涂层附着力应该最小 另外通过触摸的方式进行粗糙度感受, 结果发现当粗糙度数值约为 8 μµm 时, 如采用 进行处理, 几乎没有明显的感觉, 当粗糙度增加大到.~.5 μµm 之间, 如采用 进行处理,
8 May. 09 Plating and Finishing 用手进行触摸略有感觉, 但是当粗糙度数值增加到 7.9 μµm 时, 感觉已经非常明显 对于高电压需要具有绝缘性能的电气产品导体类零部件来讲, 粗糙度如果比较高, 在电场电势差比较大的时候, 容易 引起放电行为, 实际上是非常不利的 因此统筹考虑电气性能, 粗糙度稍低比较适合电气产品使用 如果对于普通零部件并不是应用于高电压环境, 粗糙度比较大比较理想 表 喷砂后试样表面粗糙度 试样 距离 /mm (m s - ) 粗糙度 / 粗糙度均值 / 试样 距离 /mm (m s - ) 粗糙度 / 粗糙度均值 / # 7.9 5. # 8.0 7.9.5.5 # 7.8.9 #.7 0# 8.5.0.. #.0 8.0 8.0.0 # 7.5. 涂层厚度测试结果对每一种前处理制备的样品均采用水性涂装进行涂装, 经过烘干之后试样底漆厚度均介于.~6.7 μµm 之间, 面漆施工烘干后试样整体厚度介于 0~08 μµm 之间, 涂层具体厚度测试结果如表 所示 实验中对每一件试样均测试了 个位置, 从表 可以看出, 无论是底漆还是面漆, 不同位置的厚度均比较接近, 表明涂层厚度较为均匀 采用喷砂前处理进行施工之后, 对试样进行水性涂料涂装施工, 涂层状态良好, 表面光滑 厚度均匀, 没有漆豆 针孔 橘皮 流挂等缺陷存在, 预计获得了质量良好的涂层 且底漆 面漆厚度均匀可以使得后续性能测试更加准确 表 涂层厚度测试结果 试样 涂层 位置 漆膜厚度 / 位置 位置 平均值 试样 涂层 位置 漆膜厚度 / 位置 位置 平均值 # 0 07 7 05.7 05.0 0 00 06 5 0.7 0.0 # 0 5 09 7 06.7 05.7 9 99 08 5 0.7 0.7 # 05 09 9 0 5.7 05.7 0 08 7 0.7 0.7 # 5 0 7 0 8 07 6.7 06. 0# 07 6 0 6 05.7 0. 6 09 5 07 0. 06.0 # 06 06 0 00. 0.0 5 07 5 09 08. 08.0 # 0 08 06. 06.0. 附着力 涂层附着力的测试结果如表 所示 采用工 艺 前处理后进行涂装, 样品涂层的附着力均达到 了 0 MPa 以上, 最高值为 0.6 MPa; 采用 与
09 年 5 月电镀与精饰 第 卷第 5 期 ( 总第 期 ) 9 前处理之后进行涂装, 样品涂层的附着力均达到了 8. MPa 以上, 最高可达 9. MPa; 采用 前处理之后进行涂装, 样品涂层的附着力均达到了 7. MPa, 最高约为 7.6 MPa 结合粗糙度的测试结果可以看出, 前处理后试样的粗糙度越大, 其涂层的附着力越大, 相反, 前处理过程试样的粗糙度越小, 其 [8-9] 涂层的附着力也越小 附着力大, 涂层与基体结合较好是保证涂层具有良好性能的一个关键, 因此采用 前处理后再进行涂装所得的涂层的耐腐蚀性能预计会比较理想, 但是考虑到涂层的耐压性能, 对于电气产品, 尤其是工作于高压环境中的零部件, 不能以附着力作为唯一标准, 还要参考粗糙度的影响进行选择 但对于没有耐压要求的零部件, 粗糙度越大 涂层附着力越大越为理想. 腐蚀性能测试实验中对于涂层底漆与面漆分别进行了耐腐蚀性能测试, 实验结果如表 5 所示, 耐蚀性测试的样品外观图如图 所示 可以看出, 采用 前处理之后进行涂装, 无论是底漆 还是底漆 + 面漆其耐腐蚀性能均比较理想 单独的底漆涂层在 700 h 之后开始起泡, 其底漆 + 面漆直到实验结束时, 即达到 500 h 后, 涂层才略有 但是采用 前处理之后进行涂装, 无论是底漆 还是底漆 + 面漆其耐腐蚀性能均比较差 单独的底漆涂层在 500 h 之后开始出现起泡, 底漆 + 面漆复合涂层到 00 h 出现与红锈 而采用 与 前处理后进行涂 表 涂层结合力 工 试 涂层结合力 /MPa 艺 样 # # # # 0# # # 位置 0.0 0.0 0.0 9.0 8.70 8.0 8.0 8.0 7.0 7.0 7.0 位置 0.0 0 0.0 9.0 9.0 8.60 8.0 8.0 7.60 7.0 7.0 位置 0.0 0.60 0.0 9.0 8.0 7.0 位置 0.0 0.60 0.0 9.0 8.0 7.0 位置 5 0.00 0.0 0.0 8.70 9.0 8.0 8.0 8.0 7.0 7.0 7.0 平均 0.8 0 0. 8.88 9.0 8.8 8.8 8.0 8. 7.8 7.0 7. 装, 试样的耐腐蚀性能均处于 与 之间, 其底 漆开始出现的实验时间均为 h, 底漆 + 面漆 复合涂层均到 500 h 出现与红锈 综合粗糙度和附着力的实验结果, 可以看出, 试样的粗糙度数值越大, 涂层附着力越大, 涂层的 耐腐蚀性能越好, 反之, 试样的粗糙度数值越小, 涂 层附着力越小, 其耐腐蚀性越差 考虑到应用范 围, 如果用于高电压环境, 我们首先推荐采用 与 进行零部件前处理, 如果应用一般的腐蚀 环境, 则推荐采用 进行前处理 表 5 漆膜划线中性盐雾腐蚀实验统计结果 漆层 00 500 700 测试时间 /h 800 00 00 500 底漆 底漆 + 面漆 略有 底漆底漆 + 面漆, 红锈 底漆底漆 + 面漆, 红锈 底漆 底漆 + 面漆, 红锈
Plating and Finishing 0 May. 09 a b c d 图 腐蚀性能测试 500 h 后的样品外观 结 论 为提高水性涂装技术涂层与基体的附着力 本 文采用喷砂技术对试样进行前处理 然后制备了水 性环氧树脂底漆+水性聚氨酯面漆涂层 并进行漆 膜厚度与耐腐蚀性能等一系列的测试 结论如下 经过喷砂处理后试样获得的粗糙度约介于 8~8 µm 之 间 涂 层 附 着 力 介 于 7.8~ MPa 之间 当喷砂处理后试样的粗糙度约为 7.9 µm 时 对应附着力最高可达 0.6 MPa 耐腐蚀性能最 佳 适用于一般腐蚀环境 当喷砂处理后试样的粗 糙度在.~.5 µm 的范围时 对应附着力最高可 达 9. MPa 耐腐蚀性能优良 适用于高压电场环境 中 当喷砂处理后试样粗糙度约为 8 µm 时 其附 着力最高约为 7.6 MPa 耐腐蚀性能有限 参考文献 李卓麟 梁亮 江建东 等. 水性仿金属塑料漆的研 制 J. 电镀与涂饰 06 6 95-99. 祝宝英 胡中 庄振宇. 自增稠丙烯酸乳液在塑料件 用双组分水性金属闪光涂料中的应用 J. 涂料技术 与文摘 05 6 5 6-. 胡中 许飞 庄振宇 等. 基于自增稠型羟基丙烯酸乳 液 的 水 性 珠 光 涂 料 的 制 备 J. 涂 料 工 业 07 7 5-6. 张柳丽 李宝增 林生军 等. 不锈钢涂装前处理工 艺实践 J. 电镀与精饰 0 6 0-5. 5 张柳丽 林生军 李宝增 等. 前处理方法对不锈钢 涂 装 性 能 的 影 响 J. 电 镀 与 精 饰 06 8 9-5. 6 孙超 吴金鹏. 低温固化阴极电泳涂料的合成与涂装 研究 J. 电镀与精饰 05 7 9-. 7 向丽琴 邢汶平 吴吉霞. 薄膜前处理技术在汽车涂 装中的应用 J. 电镀与涂饰 05 0 569-57. 8 王传忠 张磊 曹志刚 等. 浅析表面粗糙度对涂装 的影响 J. 现代涂料与涂装 0 5 66-67. 9 修梁 张欣宇. 表面涂层与基体间的界面结合强度及 其测定 J. 电镀与环保 00 6-.