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[技术文章] 针孔与缩孔的区别及其处理方法

2016-09-27 点击数:328

针孔、缩孔是粉末涂料使用过程中较常见的弊病 , 它们的存在不仅影响产品外观质量 , 而且严重地影响产品的机械性能、保护性能 , 被保护材料的腐蚀大多就从此开始而延伸 , 从而失去粉末涂料的使用价值。因此 , 在粉末涂料使用过程中 , 尽可能减少针孔、缩孔的发生 , 具有实际的重要意义。


针孔是指粉末涂料从熔融到固化的时间里 , 粉末涂料中的气体从底层穿过高粘度的、已接近封闭的弹性树脂层到达涂层表面 , 未能逸出而形成的缺陷。是漆膜表面形成的,是因施工时溶剂挥发过快或涂膜中气泡溢出后不能流平导致干燥后留下针状小孔。


缩孔涂膜的表面缺陷主要是凹陷、针孔、以及边角的缩边或厚边等现象。涂膜表面凹陷有两种情况,一种是圆形凹陷、一种是六角多边型凹陷。涂膜表面出现的凹陷是由表面张力梯度造成的,由于涂料组 成的变化和温度变化导致表面张力不均,流体由低 表面张力处流向高表面张力处,结果在流体表面形成凹陷,也称为 Maragoni 效应,最终出现边缘隆起、中心下陷成圆形的缩孔,或边缘隆起、中心下陷为六 边形槽的贝纳尔多旋涡。缩孔中心有低表面张力的物质存在,其与周围的涂料存在表面张力差,这个差值就是缩孔形成的动力,促使周围的液体流体向四 周背离它 ( 缩孔污源 ) 而流开成凹陷。

缩孔的几种特征

形状特征

1)有核心——缩孔中间有一个核心质点,呈毛絮状或颗粒状,该缩孔大而深,露出底材;

2)无核心——缩孔中间无质点,多位于涂层的表面。

分布特征

1)均匀分布——缩孔均匀地分布在涂装工件的各处;

2)有特征分布——局部非常集中,甚至表现为慧星状;

3)各向异性——当喷涂工件有向上的平面时,上部面的缩孔较多。

时间特征

1)在春秋季节温度变化较大时,容易出现缩孔问题;

2)在压缩空气干燥设备有异常时容易出现;

3)在喷涂设备停机时间较长,重新启动时容易出现;

4)在出现缩孔问题后,清理出设备中的原料,问题会有所缓解或得到解决。

形成原因



涂料在施工干燥过程中形成缩孔,有涂料本身的问题和基材清洁的问题。由于涂料本身有低表面张力液滴的存在、或被涂饰表面因污染存在有低表面张力区,造成表面张力的不均匀,涂料在表面张力差的作用下,由低表面张力处流向高表面张力处,结果形成一个个中心凹陷的孔洞——缩孔。我们将表面张力的不均匀归为缩孔形成的内因。其实涂料本身的一些性质,如涂料粘度、触变性、涂料干燥速度以及涂膜厚度等,能加剧或减弱涂料流体的流动能力,从而会加剧或减弱缩孔的程度,我们将这些因素归为缩孔的外因。内因是缩孔的必然条件,外因可以适当控制或加剧缩孔的程度。

涂料施工后,干燥成膜过程中,表面溶剂挥发, 表面聚合物的浓度增高,涂料粘度增高,都会导致表 面张力和表面密度超过本体,形成凹陷,总的来说,较厚涂膜 (> 4 mm ) 的液体涂层,主要是密度梯度驱使流动 ( 1a ) ,较薄的液体涂层是表面张力梯度控 制流动 ( 1) ,形成一个个缩孔。



针孔的特征

针孔是因气体(空气或反应产生的气体等)排出产生的,而缩孔而是因润湿不良产生,如底材与上涂表面张力差距过小,或底材受污染,也有的是上涂漆中受消光剂或缍纹剂等污染而产生——这类一般在涂膜中呈均匀分布,在何时何地出现也没有规律可寻,且形状是很小的点状缩孔。

形成原因

1、涂料的配方和生产商的原因。清漆的精制不良,溶剂的选择和混合比例不当,颜填料的分散不良,在涂料生产中夹带入空气气泡和水汽。

2、贮存温度过低,使树脂的混溶性变差,黏度上升或局部析出,易引起颗粒或针孔弊病(特别的沥青涂料)

3、长时间激烈搅拌,在涂料中混入空气,生成无数气泡。

4、施工环境湿度过高,喷涂设备油水分离器失灵,空气未过滤,喷涂时水分随空气管带入喷出,引起涂膜表面的针孔,甚至水泡。喷涂时压力过高,距离过远,破坏了湿涂膜的溶剂平衡。刷涂时用力过大,辊涂时转速太快等,使产生的气泡无法逸出。

5、涂装后在溶剂挥发到初期成膜阶段,由于溶剂挥发过快,或在较高气温下施工,特别是受高温烘烤,涂膜本身来不及补足空挡,形成一系列小穴,即针孔。

6、被涂物表面处理不当,在有油污的表面上涂装。钢材含水率高,腻子和第七未干透。涂膜一次涂装得过厚,溶剂无法及时挥发被包裹在涂层中,经一段时间后挥发逸出时形成针孔。

影响因素

1树脂选择

粉末涂料所选择的树脂都是高分子化合物 , 根据高分子理论可知, 玻璃化温度 ( Tg) , 是无定型聚合物从玻璃态转变为高弹态的转变温度。玻璃化温度大小决定于高聚物的分子量和分子量分布。从涂膜外观来说 , 要求流平性好时应选择熔融粘度较低的树脂 , 一般低分子量的高聚物具有较低的熔融粘度。在烘烤固化温度条件下 , 粉末涂料胶化时间长 , 熔融水平流动性大较好 ; 但分子量过低涂膜物理机械性能差。因此 , 在选择树脂时一般以软化点在 (85 95) ℃ 为宜 , 这样产生针孔、缩孔可能性降低 , 但低于 60 ℃ 时粉末容易结块。 

2固化温度

从粉末涂料成膜过程中可以看出 , 为避免产生针孔或气泡 , 在涂膜开始固化前的熔融、流平阶段 , 涂层下面的气体 ( 空气、水蒸气等 ) 需排除到达涂层表面 , 否则在固化时将成为针孔、气泡。也就是说在涂料成膜过程中 , 固化升温需慢些 , 给予足够的排气时间。但为了获得较好流平效果及机械性能 , 熔融聚结应当尽可能快地完成 , 以便有较长时间来完成流平、固化 ; 同时在确保产品性能的前提下 , 为提高生产效率 , 也不允许一、二阶段时间太长。如安塑材料有限公司 ( 铝型材 ) 的生产炉温控制 ( 采用 Data 炉温检测仪检测 ), 使用纯聚酯 A9016SF75 铝型材专用粉末涂料 , 当固化温度达到 200 ℃ 流平、固化前 , 熔融聚结阶段有 8min 左右时间排除涂层下面气体 , 避免针孔的产生。通过多年实践证明 , 其铝型材产品外观效果、机械性能较好 , 很少发生针孔、缩孔现象。 

3粉末涂料混合

从缩孔形成的机理可知 : 粉末涂料组成中树脂不相容性是导致孔形成的主要原因。在粉末涂料使用过程中 , 由于各厂家配方体系和树脂的选择不同 , 是不能混合使用的 , 否则将产生缩孔、针孔等现象。即使在原料产地不变、配方未做任何变动的前提下 , 偶尔发现不同批次粉末涂料混合时也能出现缩孔现象 , 其原因可能是由于粉末涂料原材料性质不一致性引起的。因为粉末涂料用的聚酯树脂是以多元酸、多元醇聚合而成的 , 工艺合成过程不可避免存在着操作工艺条件的差异 , 带来批次间的质量不同 , 从而导致批次间的粉末涂料相容性下降、增大缩孔产生的可能性。因此 , 建议使用厂家根据喷涂数量定量订购粉末涂料 , 集中某批次粉末涂料的使用 , 尽可能避免不同批次粉末涂料的混合 , 减少缩孔发生的偶然性。

4前处理工艺

工件表面的前处理是粉末静电喷涂不可缺少的工艺过程 , 它关系到喷涂产品的质量。表面处理好的工件 , 要求不能含有油污点、斑点等小分子物质依附其上 , 否则会出现缩孔、针孔现象。目前 , 前处理大多采用脱脂、磷化处理 , 由于前处理液的配方、处理底材的差异 , 表面活性剂脱脂往往在工艺过程中有大量泡沫产生 , 因而常常加入消泡剂 ( 硅油 ) 防止泡沫溢出。过量消泡剂的加入 , 水清洗过程难以彻底清除 , 有些厂家为了节约 , 常将二道水洗过程省略为一道 , 且以江河水代替去离子水 , 这样残留在工件表面的消泡剂 ( 硅油 ) 在粉末涂料固化时 , 工件表面不可避免产生缩孔。因此 , 只有每一工艺过程中间隔长、水洗、无离子水洗和时间以充分保证 , 才能确保表面整洁 , 避免缩孔的发生。

5助剂的选用

5.1 消泡剂

粉末涂料使用的消泡剂是苯偶姻 ( 又称安息香 ), 其消泡机理简述如下 : 首先是消泡剂和气泡的接触 , 然后是消泡剂在气泡的界面上展布 , 随后消泡剂进入气泡内或置换气泡膜 , 导致气泡的破灭。安息香在大多数粉末涂料配方中成为必要的组成部分 , 如添加在聚酯环氧和 ( ) 聚酯粉末涂料中 , 但是安息香用量过大 , 在高温下会变色或分解 , 将影响涂膜颜色 , 使浅色涂膜发黄 , 同时固化时固化炉上方冒白烟。工艺生产中其用量为树脂和固化剂总量的 0 . 3 % 0 . 5 % 较为适宜。

5.2 流平剂

粉末涂料在烘烤固化成膜过程中 , 容易产生缩孔 , 为了克服这种涂膜弊病 , 在粉末涂料配方中添加流平剂。流平剂主要功能是在粉末涂料熔融流平时降低表面张力 , 避免成膜过程中形成缩孔。为了使含量少的流平剂充分发挥作用 , 配方中的流平剂必须充分均匀分散。在较容易产生缩孔的树脂类型中 , 还可以使用混合流平剂。目前国内使用的流平剂主要是丙烯酸树脂类流平剂 , 其用量一般为树脂用量的 0 . 2 % 2 % 较为适宜。




危害

1.涂膜是一张半透膜,可以透过液体水和蒸汽水,溶解在水中的各种气体 (CO2 O2 O2 ) 、可溶性盐类物质等可以进出这张半透膜。水蒸汽只有 10 -7 mm ,液体水为几十微米到几个毫米。水和水汽进出涂膜的通道是涂膜上的结构气孔和针孔、缩孔,以及涂膜表面因各种原因形成的裂缝。涂膜的结构气孔与成膜物质的化学结构和所处的状态有关,结构气孔大小尺寸通常在 l0 -6 10 -4 mm,结构气孔透过水蒸汽是很容易的,透过液体水分子聚集体,就比较困难。

2.高交联密度涂膜结构气孔小,成膜物质所处环境温 度在其玻璃化温度 Tg 以下,成膜物中的主成膜物 质分子链节运动很小,结构气孔小,而环境温度高于成膜聚合物 Tg 后,分子链节运动变得容易,链节间距离加宽,结构气孔变大,通透性加强。由于涂料本身存在表面张力不均匀的小分相,或基材被污染等问题,导致涂料施工过程中涂料对基材润湿不良,结果涂膜表面出现针孔和缩孔。针孔的尺寸在 l0 -3 10 -1 mm,缩孔尺寸大小能达几毫米甚至几十毫米。缩孔很容易透过液体水,在毛细作用下针孔成为水 流通的通道。    

3.针孔和缩孔的存在不仅影响涂膜的外观,涂装验收难以通过,更严重的是影响涂膜的防水渗透功能,缩孔的存在,降低涂膜的封密性,水进出涂膜变得更容易。涂膜通透性加强,水分的渗透最终会导致墙体湿度增加、室内潮湿、滋生霉菌,涂膜变色,起泡、脱落、泛碱,涂膜加速老化等。

 不同用途涂层所应控制的漆膜厚度

涂层用途

应控制的厚度/μm

涂层用途

应控制的厚度/μm

一般性涂层

80-100

耐磨蚀涂层

250-300

装饰性涂层

100-150

超重防腐蚀涂层

300-500

防腐性涂层

150-200

高固体分涂层

700-1000

重防腐性涂层

200-300


 

二者区别


1.缩孔是流平性不好所表现的病态,是因湿膜上下部分的表面张力不同而形成的圆形孔,一般可以看到底材。

2.针孔是漆膜表面形成的,是因施工时溶剂挥发过快或涂膜中气泡溢出后不能流平导致干燥后留下针状小孔。
3.
针孔一般是穿透漆膜直达底材,有时是因为底材本来就有孔,孔里藏有空气,上涂无法充分润湿赶跑孔里的空气,在烘烤时空气受热逸出所致;缩孔不一定穿透漆膜,漆膜里暗泡破裂后也一般不会形成穿孔。所以针孔对漆膜外观影响不明显,但对耐性影响却比缩孔要大。

4.针孔跟施工关系很大,比方说是自干,还是强制干燥,稀释剂换成慢干一般就没事了,而缩孔跟涂料配方、涂料与底材之间关系很大。

5.针孔是气体或者小分子外逸后涂膜来不及封闭产生的,一般是外凸,就像从里面向外面吹气,肯定是外凸了,缩孔是因为不相熔引起的,是内陷,缩孔一般是由液体不相容引起。

6.涂膜表面收缩而露出被涂面,或涂膜坑洼不平,好像把水抹在蜡纸一样斑斑点点,这种现象称为收缩。呈圆形(直径为0.12mm)的称为缩孔,在圆孔内有颗粒的称为鱼眼;涂膜表面産像火山咒骂那样的不露出被涂面的凹穴,直径为0.53mm的称为凹洼或麻点、笑口。缩孔与针孔的实质基本相似,只是针孔穿透到基材,耐缩孔只露出底材

7.两个不同概念,一个是润湿流平出问题,一个是气泡问题。

缩孔——是由于底材或油漆中有表面张力不相容的物质,比如底材有油污、大颗粒,油漆中有一些没有分散好的助剂等,都会使得漆面表面张力均匀而形成缩孔。通常一喷涂就会出现。
针孔——是由于气泡破泡了,但漆面容积挥发得差不多,粘度上升了,没有把气泡口流平而导致的。是干燥一段时间才出现的。

处理方法

1.消除缩孔要增加涂料的流平性和底材润湿能力。

2.针孔要选用合适的稀释剂还要注意涂料中是否有水分和杂物。
3.
针孔一般对油漆的熔剂进行调整就可以解决,现场的烘烤温度是逐步升温的就更好。


 结语

   针孔、缩孔是粉末涂料使用过程中常出现的弊病 , 突发性较大。除上述工艺生产中较易出现的情况之外 , 还有许多影响因素 , 如涂膜厚度、输送粉末涂料的压缩空气油水分离质量、喷嘴与工件表面的距离太短及粉末粒径 [ 1 ] 等等 , 需要我们在生产中不断地研究、探索和总结 , 改进工艺条件 , 尽可能避免缩孔、针孔的发生 , 提高喷涂产品的质量。



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