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UV涂装知识

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 1 前言

辐射固化漆,是60年代发展起来的,由于它具有传统溶剂/水性漆所不拥有的特点,高效低污染,被欧美发达国家所看好,我国十分关注该类漆种的制造和应用,国内已有10余家左右的生产单位来满足UV漆的应用市场。辐射固化分为紫外线固化和电子束EB固化,其机理都是通过辐射使涂膜形成自由基(或离子)引发高分子预聚物而交联成膜。两者既有相似点,又有所区别,UV漆,光引发剂吸收一定能量后生成自由基,进行引发聚合,而EB固化则通过足够能量的电子束使加速的电子与树脂中不饱和基团作用生成自由基(或离子)进行聚合,从现阶段的应用成本看,UV固化普及率大大高于EB。
UV漆光固化,具有生产效率高,涂装占地面积小,UV漆含挥发溶剂极少,因而VOC排放少,污染低,其成膜温度低,能适应塑料、木材、纸张等基材,涂膜表面硬度>3H,但也有它的局限性,异形,凹腔等复杂产品较难做到一致(光通量不均一造成),产生涂装废品之后,较难返工,从我们的体会看,最适宜平面有规律的回转体形状制品的表面涂装。
2 制备
UV漆的制备,UV漆因不同种类型号,有各种预聚体,如环氧丙烯酸、丙烯酸聚氨酯、不饱和聚酯、丙烯酸聚酯、丙烯酸醚等。这些均含有双键,在制备过程中,尽管原材料的产地、配比有不同,工艺参数、温度、时间有差异,但一个十分普遍的问题是:在制备预聚物合成过程中分子量增大时都是放热的,即不饱和键按自由基聚合从很容易产生聚合过程的胶凝发生。因此,在大规模生产时,一定要控制放热反应。
稀释剂 通常为活性单体,在UV漆固化时参与光固化交联反应,也有的有少量非反应稀释剂,起调节粘度之用,涂层密度与双键、消耗量有关,不同的品种与涂膜收缩率有关。
引发剂 如二苯甲酮BP、安息香丁醚等,在光作用下产生自由基来引发交联反应。
助剂 如果要求带色,有些须有染料。
UV漆的制备要比普通油漆来得简便,不需要三辊筒研磨,主要是一个混合过程,类似于清漆制造,即使是带色的UV漆。因为所采用的透明的染料,而不是颜料,所以也方便。即按预聚体、稀释剂、引发剂、助剂,在搅拌罐中,边加入边搅拌混合均匀即可,需要注意的是,不能有阳光直射的环境,因为UV漆最忌紫外线。同时在贮存过程中一般在16~28℃,温度高引起自聚,温度低会使各组分间分离。
3 涂装
前处理 任何涂装产品,在喷漆前都要进行表面处理,只不过是基材不同,表面处理方式会有差异,塑料件注射成形后,要先去毛刺,表面经过清洗剂清洗,水清洗,烘干,然后送去涂装车间。这期间,特别要注意的是不能用手直接接触产品表面,因为手上的汗迹、污物很难清洗干净,所以要求注塑成形到喷涂前都要戴手套操作。
涂装 
图1
塑料制品因为体积电阻率很大,因此很容易吸收空气中的灰尘,只有消除或降低静电,才能够吹走表面的灰尘,喷涂质量才会提高。
喷涂 根据要求选择UV漆的漆种,并用稀料调节至合适的喷漆粘度。通常为10-14"/15℃。
IR烘道 通过预热使尚未固化的漆膜中的非活性溶剂蒸发出来,通常用红外线灯效果上乘,预烘工艺60℃/2~3min可适当调整。
UV光固化 是交联树脂从流动到固体的关键段,即发生自由基聚合,链间架桥的过程,UV管目前国内蓝天公司等有提供。UV射线是波长200nm至400nm的高频率辐射射线,在这一区段不仅有光,还会有热能,因此必备有冷却装置,如抽风、隔热滤光玻璃,反射镜等辅助设施,这对塑料产品而言是十分安全的。
大部分塑料硬度较低,表面容易磨损,擦伤,且又不耐热的烘烤,因此,采用UV漆是极为理想的,最成功的是由日本最先开发,然后传到美国、欧洲的聚碳酸酯(PC)前灯透镜的UV固化耐磨硬涂层,现在国内许多灯具厂都在PC上采用了这一工艺,使过去需要加热固化的工艺大为缩短,且抗划伤性能大幅度提高,UV漆的硬度>3H,同样,一些装饰件,护板等也均采用UV漆罩光,使得产品的档次提高,为保护镀铝产品的镀镜面,采用UV漆罩光保护,大大延长了使用寿命。
4 缺陷分析
通常UV漆在ABS上附着力较为理想,而PC、BMC材质上相对要差些,也暴露出一些棘手的问题。
(1)异形产品棱角处有裂纹与白点。这恐怕UV漆在IR预烘中没有足够的能量和时间让所含溶剂挥发掉,当残留在漆膜没有蒸发掉就会有白点,如果在光固化段蒸发,那就引起裂纹。
(2)产品UV漆表面不干、硬度不足。这说明UV光能量不足,高分子链未能完全交联,应检查照度,UV管功率不低于80w/cm,并要注意,如何调节照射角度,使各个UV漆面都能达到固体,如果是需要镀铝膜产品,若存在UV漆固化不足,铝膜表面会发暗,降低质量。
(3)相反如果UV漆膜发脆,常常是光能太强,而使高分子链结构老化所致,通过调节行速或降低光量来解决,还有一种因素即UV漆漆膜太厚所致。
(4)附着力低。一种因素是所造UV漆与基材不配套,另一种是在基材上喷涂的UV漆太厚所致,因为附着力试验与漆膜厚度有关。
(5)局部烧焦,洞坑现象。UV漆中有溶剂,对热塑性材料有溶胀作用,要求喷漆后迅速进入IR,UV段,不像其他油漆喷后适当有个凉干段。
(6)小气泡产生。从外观上看,涂装面有较大而浮在漆膜表面的透明圆点,尤其是冬季低温潮湿时段,我们分析可能是有的漆气温低,使UV漆内产生组分分离,采用升温或搅拌的方式可消除一些,另外更换油漆就基本消除,看来原因较复杂,包括水气。
(7)出UV段后的产品有一股难闻的气味逸出,分明是UV漆未固化完全,用手捏就有所感觉,一种方法减少喷涂厚度使气味减少,如果仍然不行,则调整预聚体,引发剂,活性单体,助剂等配方。
尽管UV漆发展很迅速,但由于普及面不及溶剂型油漆,因此对于它在涂装中的问题认识和解决还不如传统材料,特别是UV漆一旦固化成型,涂装表面的缺陷很难通过打砂纸来克服解决,同时UV漆的涂装不像传统底漆、中涂、面漆,层间通过打磨提高附着力。而UV漆往往采用一次涂装完成,有的采用UV漆+真空镀膜+UV漆的复合涂装方式。而此时,往往UV漆会产生一种放大镜的作用。使涂装缺陷进一步扩大,令人难以克服。
5 结语
搞好涂装,既要了解UV漆的组成,产品材料的性能,又要懂得环境因素,使每一工序都得到有效控制,才能使UV漆涂装又快又好,对于相当一类产品的涂装,UV漆已经显示出强大的生命力

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