在環(huán)氧富鋅底漆+丙烯酸聚氨酯面漆體系的應(yīng)用中

摘要：考察了靜電噴涂粉末涂層的厚度與其耐蝕性的關(guān)系。結(jié)果表明，僅采用120~140μm的丙烯酸聚氨酯粉末面漆時(shí)，涂層的耐鹽霧腐蝕能力與按一般防腐要求噴涂的溶劑型涂料體系的性能相當(dāng)。

當(dāng)環(huán)氧富鋅粉末底漆膜厚為40~60μm，總厚度控制在100~180μm時(shí)，底+面粉末涂層體系的耐鹽霧腐蝕能力與按重防腐要求噴涂的溶劑型涂料體系的性能相當(dāng)。

隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的提高，溶劑型涂料的危害性逐漸深入人心。為保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境，許多國(guó)家對(duì)溶劑型涂料的限制越來(lái)越嚴(yán)格。

粉末靜電噴涂涂料以空氣為分散介質(zhì)，不含溶劑，固含量100%，屬于環(huán)境友好型涂料，其生產(chǎn)、施工、貯存和運(yùn)輸都比傳統(tǒng)溶劑型涂料方便、經(jīng)濟(jì)和安全，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，且涂層具有優(yōu)良的防腐性能和裝飾功能。

科技工作者對(duì)粉末靜電噴涂技術(shù)的研究較多，有關(guān)粉末涂料充當(dāng)膩?zhàn)樱�控制涂層缺陷的辦法，粉末噴涂參數(shù)等方面均有報(bào)道。

研究表明，粉末靜電噴涂涂層的厚度對(duì)其耐腐蝕性能與外觀有直接影響，但是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，在以磷化作為前處理的情況下，有關(guān)靜電噴涂涂層的厚度與其耐腐蝕性能及外觀質(zhì)量的關(guān)系的報(bào)道并不多見(jiàn)。

本文選取環(huán)氧和丙烯酸聚氨酯靜電噴涂粉末與同類型的溶劑型涂料──環(huán)氧樹(shù)脂底漆+丙烯酸聚氨酯面漆。

在經(jīng)過(guò)磷化處理的碳鋼上分別進(jìn)行粉末靜電噴涂與溶劑型涂料涂裝，對(duì)兩種涂層體系的性能進(jìn)行了比較，為靜電噴涂涂層體系替代溶劑型涂層體系提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料

環(huán)氧富鋅粉末：無(wú)結(jié)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(shí)間10~20min。

丙烯酸聚氨酯粉末：無(wú)結(jié)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，干燥時(shí)間20~30min。

環(huán)氧樹(shù)脂底漆：紅色，細(xì)度15μm，密度1.6g/cm3，黏度19~21s(涂−4杯，后同)，最高使用溫度180°C；23°C下表干時(shí)間≤30min，實(shí)干24h，完全固化需7d，可室溫貯存18個(gè)月。

丙烯酸聚氨酯面漆：灰色，細(xì)度15μm，密度1.2g/cm3，黏度19~21s，最高使用溫度140°C，23°C下表干≤2h，實(shí)干24h，完全固化需7d，可室溫貯存18個(gè)月。

1.2 試片的制備

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

1.2.1 粉末涂料體系
噴涂底漆和面漆的操作參數(shù)均為：電流15~20μA，噴涂速率約2.5m/min，噴槍與工件距離300mm，壓力約350kPa。

固化溫度控制在180~200°C為宜，嚴(yán)禁超過(guò)220°C或低于140°C；固化時(shí)間控制在10~20min之內(nèi)，嚴(yán)禁超過(guò)25min或不足5min。

1.2.2 溶劑型涂料體系
噴涂底漆和面漆的操作參數(shù)均為：壓力0.3~0.4MPa，2道，90°C干燥40min。

1.3 試驗(yàn)方案

不同的腐蝕環(huán)境對(duì)涂層的要求不同：采用溶劑型涂料時(shí)，在一般腐蝕環(huán)境(非化工、濕熱地區(qū))中要求底漆厚度不低于40μm，面漆厚度不低于30μm，總厚度不低于70μm。

在重腐蝕環(huán)境(化工、濕熱、高氯)中，底漆厚度應(yīng)不低于70μm，面漆厚度不低于40μm，總厚度不低于110μm。

采用粉末靜電噴涂時(shí)，在一般腐蝕環(huán)境中可以單獨(dú)采用粉末面漆，而在重腐蝕環(huán)境中需要采用底面復(fù)合涂層體系。

另外，零部件表面在磷化前處理過(guò)程中得到粗化，因此要求涂層具有一定的厚度才能完整覆蓋磷化層。

由于粉末靜電噴涂的特性，涂層過(guò)薄或過(guò)厚均會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生不利影響：過(guò)薄的涂層遮蓋率低，不僅影響其外觀質(zhì)量，使色差增大，光澤降低，產(chǎn)生露底等缺陷，而且嚴(yán)重影響到它的耐蝕性和耐水性；

涂層過(guò)厚則表面易產(chǎn)生橘紋、針孔、縮孔等缺陷，不僅降低涂層的附著力，而且會(huì)增加涂料用量，相應(yīng)地增加了生產(chǎn)成本。

本文制備了如表1所列的14種膜厚的試片(部分按鹽霧試驗(yàn)要求劃上交叉線)來(lái)考察涂層的性能，其中1−8為靜電噴涂粉末面漆，9−12為靜電噴涂粉末底漆+粉末面漆，13為一般溶劑型防腐涂裝，14為溶劑型重防腐涂裝。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂層外觀

本次試驗(yàn)中，當(dāng)粉末靜電涂層的總厚度小于40μm時(shí)，其對(duì)磷化層的遮蔽不完全，部分露出灰色磷化層，顯然這是生產(chǎn)上所不希望的；當(dāng)涂層總厚度大于40μm后就未發(fā)現(xiàn)磷化層有外漏。

但是當(dāng)總厚度為120~160μm時(shí)，涂層的色差較大，光澤較低；增大到160~180μm后，涂層表面平整，沒(méi)有出現(xiàn)流掛、橘紋等缺陷。

據(jù)此，能完全遮蔽磷化層的粉末涂層的總厚度應(yīng)大于40μm，要獲得平整且光澤高的涂層，總厚度則應(yīng)大于160μm。

2.2 耐蝕性

2.2.1 未劃線試片的腐蝕情況
由表1可見(jiàn)，溶劑型涂層試片均未發(fā)生起泡。當(dāng)粉末涂層面漆的厚度小于60μm時(shí)，在剛開(kāi)始考察(302h)時(shí)，試片已經(jīng)有明顯的起泡，且擴(kuò)展非常快，當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到758h時(shí)就非常嚴(yán)重。

當(dāng)粉末涂層面漆的厚度達(dá)到60μm以上時(shí)，起泡明顯減少，且直到試驗(yàn)結(jié)束都比較輕微；而粉末涂層面漆的厚度大于80μm或者噴涂了底涂的試片均沒(méi)有起泡。

在鹽霧試驗(yàn)過(guò)程中，涂層一旦短時(shí)間內(nèi)起泡，對(duì)它的破壞是非常嚴(yán)重的，表明涂層與基體的結(jié)合力不好。綜合來(lái)看，粉末涂層面漆的厚度應(yīng)達(dá)到80μm。

2.2.2 劃線試片的腐蝕蔓延程度
從表2可知，經(jīng)過(guò)24h的鹽霧試驗(yàn)，除粉末底漆+粉末面漆涂層的試片沒(méi)有出銹，其余試片的劃線部位均出現(xiàn)紅銹。

尤其是粉末涂層面漆厚度大于80μm的試片，雖然起泡并不嚴(yán)重，但是沒(méi)有粉末底漆涂層作為保護(hù)，其耐蝕性仍然有限。

這是由于本試驗(yàn)用的粉末底涂為富鋅涂料，含有一定量的電位比鐵低的鋅粉，這些鋅粉與基材之間發(fā)生電接觸，起到陰極保護(hù)作用，使金屬基體免受腐蝕。

另外，僅有粉末面漆時(shí)，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，單純使用粉末面漆的話，其厚度控制在120~140μm為宜。

采用粉末底漆+粉末面漆體系時(shí)，規(guī)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(qiáng)。

生產(chǎn)中如果對(duì)涂層厚度要求較大且對(duì)性能要求比較嚴(yán)格時(shí)，可以考慮使用粉末底漆+粉末面漆體系。

溶劑型涂層劃線位置的腐蝕程度也比較弱，腐蝕寬度與粉末底層+粉末面層體系相當(dāng)，但出紅銹時(shí)間明顯更早。

2.3 成本核算

本文不計(jì)設(shè)備投資，只關(guān)注工藝過(guò)程與涂裝的總成本。

2.3.1 工藝過(guò)程
采用粉末靜電噴涂與溶劑型涂裝的工藝過(guò)程相同，都是：除油→酸洗→磷化→噴涂底漆→烘干→噴涂面漆→烘干→冷卻。

可見(jiàn)粉末靜電噴涂并沒(méi)有新增加工藝步驟，只是換了涂料的品種而已，如需采用粉末靜電噴涂，在原始的溶劑型涂裝線上僅僅改造個(gè)別工序即可，不會(huì)打亂涂裝生產(chǎn)的工藝步驟，由此而增加的生產(chǎn)成本并不大。

2.3.2 噴涂成本
表3列出了在涂層厚度滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上按理論計(jì)算的每平米施工費(fèi)用。

   
要達(dá)到相同的防腐效果，溶劑型涂料與粉末靜電噴涂的道數(shù)及成本如表4所示。可見(jiàn)采用粉末靜電噴涂的生產(chǎn)成本明顯少于溶劑型涂料噴涂。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)比粉末靜電噴涂涂層與目前工程上常用的溶劑型涂層后發(fā)現(xiàn)：

(1)單獨(dú)使用粉末面漆時(shí)，其膜厚控制在120~140μm就可以代替溶劑型底漆+面漆體系應(yīng)用于一般腐蝕環(huán)境中。

(2)使用粉末底漆+面漆復(fù)合涂層時(shí)，底漆膜厚控制在40~60μm，體系總厚度控制在100~180μm，便可以替代溶劑型底漆+面漆體系而應(yīng)用在重防腐環(huán)境中。若要獲得較好的涂層外觀，復(fù)合涂層總厚度則應(yīng)大于160μm。

需要指出的是，本文僅僅從工程應(yīng)用中的腐蝕問(wèn)題出發(fā)，為涂裝生產(chǎn)提供一種思路，后期具體的應(yīng)用問(wèn)題還需要深入研究