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涂层橘皮、缩孔与表面张力的关系

  • 2013/11/15
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  粉末涂料几个有关表面张力问题。

涂层橘皮(orange-peel)

  涂层橘皮是涂料的成膜过程液体流动的一种局部涡流效应,也称着贝纳德的旋涡,这是由于粉末涂料的熔融时粘度变化导致了表面张力的变化,这样便形成:高粘度低表面张力的涂液下沉至涡流的中间,(即后来的凹陷部位);低粘度高表面张力的涂液上升至涡流的周边,(即后来的凸处部位),其力的示意图如下:

涂层橘皮的形成

  图1:涂层橘皮的形成

  在粉末涂料的流平剂选择上,应该具备两种效应,即润湿效应和流平效应,润湿效应是在粉末处于100℃左右时增加对体系的,流平结合,此时表面张力尽量小一点,即大于150℃时流平效应应是主要的,粉末的表面张力应该大一点,以增加流平性。

  选择粉末涂料流平剂选择过程中,可以选用SITA 表面张力仪动态测量变化的表面张力,防止涂料张力太大或者太低的现象出现。

涂层缩孔(enameleye)

  涂层缩孔是指在粉末涂料成膜时表面上由于低表面张力的点引起的特殊缺陷。若用电子显微镜观察,涂层缩孔大多数是由一小未被充分润湿的颗粒与周围不相容的树脂所形成的圆涡,即在一个较大的下陷圆涡中有一个突出的小点。

涂层缩孔的形成

  图2:涂层缩孔的形成

  如图2所示,涂膜从低表面张力点流到高表面张力点形成涂层缩孔,一般低表面张力点可以是加工过程中的灰尘、油滴等,也可能是未被充分润湿的粉料。

涂层橘皮、缩孔原因微观分析

  通常情况下,一般要使一个体系形成新的表面是需要做功的,或者是说要给体系一定的能量。如最常见的把肥皂泡吹大,它是需要我们给它一个能量,这就说明表面比本体有更多的能量。表面能是指:在平衡状态下,单位表面积能量的增加值。对于表面张力,是指对于流动性的液体,可以认为总是处于平衡状态,换一种方式表达,也可以用作用在单位长度上的力来表示,这个力我们称之为表面张力。表面能的SI单位mJ/m2,表面张力的SI单位是mN/m,它们是同量纲、同数值,常用希腊字母у表示。

  对于一个体系,若是组成一定,它的表面张力在一定温度和压力下是恒定的,若增加表面积△A,体系能量的增加△G有如下的公式:

  △G=y△A

  如果表面积△A不变,使体系能量降低的方法是使表面张力y降低,这样,通常一般物体为降低自身体系能量,总会去吸附一些表面张力比自己低的物质。例如:通常一般衣物总是沾上油之类的低表面张力的物质。在粉末涂料熔融流平时,多组分共存的情况下,表面张力低的物质总是趋向于富集在涂膜表面,以降低整个体系的表面张力。如有些非化学消光的蜡粉就是利用此原理来达到消光目的的。

涂层橘皮、缩孔原因表面张力解决方案

  当粉末涂料和底材表面张力或表面能没有调整好时,若底材表面能与涂膜的表面张力不匹配性不太严重,或者涂层很厚时,可能出现附着力差现象,严重时,可能出现脱层。另外我们有时会遇到做金属粉时,总会出现一些花点,这可能是我们在喷涂是带入了一些低表面张力的物质。

  表面张力作为涂料成膜的关键因素,合理的使用表面张力仪进行原料筛选和配方优化, 能够解决很多涂膜效果的问题,创造出更加完美的涂料涂膜性能。

  为了减少涂层缩孔的影响,使用低表面张力的润湿剂能够有效的润湿,并且很好的分散引起涂层缩孔的颗粒。

  SITA表面张力仪可用于润湿剂的筛选,绘制不同配方下的张力变化曲线,寻找最优化配方。

相关仪器设备

表面张力仪

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