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高固低黏涂料工藝研究及應用實(shí)施

                                                                高固低黏涂料工藝研究及應用實(shí)施

原創(chuàng ) 涂料工業(yè) 2019-10-24
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涂料工業(yè):

摘要:目前通用工程機械涂料中,環(huán)氧樹(shù)脂涂料配套聚氨酯涂料是主流產(chǎn)品,多為溶劑型涂料,施工VOC大多在500~600 g/L,環(huán)境污染嚴重,減少VOC排放成為市場(chǎng)和環(huán)境治理的迫切需求。與粉末涂料、高固體分等其他低VOC環(huán)保涂料相比,高固低黏涂料工藝更易實(shí)施。高固低黏涂料施工VOC一般在300~400 g/L。文中通過(guò)對高固低黏涂料性能質(zhì)量、現場(chǎng)工藝可行性、施工成本及環(huán)保性等方面驗證分析,與在用普通溶劑型涂料對比。結果表明:高固低黏涂料綜合性能優(yōu)異,能夠滿(mǎn)足工程機械行業(yè)當前綠色環(huán)保涂裝要求,可以在工程機械行業(yè)推廣應用。


關(guān)鍵詞:高固低黏涂料;理化性能;工藝驗證;施工VOC


前言

降低涂料VOC排放的一個(gè)重要途徑就是開(kāi)發(fā)環(huán)保型涂料,如:粉末涂料、水性涂料、高固體分涂料等。粉末涂料VOC排放基本為零,但前處理要求高、烘干能耗高;水性涂料VOC排放大幅降低,但施工環(huán)境要求苛刻,涂料成本高,涂裝線(xiàn)改造成本高;高固體分涂料屬于溶劑型涂料,能夠降低施工VOC,但是其施工黏度高,需要高壓混氣或高壓無(wú)氣設備噴涂。


本文調研的高固低黏涂料仍為溶劑型涂料,涂料施工固體分大幅提高但其施工黏度并未增加,稀釋劑添加比例下降,從源頭上降低了涂料的VOC含量,設備及施工環(huán)境與溶劑型涂料一致,相比水性涂料與高固體分涂料,高固低黏涂料工藝更易實(shí)施,涂裝線(xiàn)無(wú)需改造,涂裝設備也無(wú)需更新。


1 高固低黏涂料簡(jiǎn)介

傳統溶劑型涂料施工時(shí)含有50% 以上有機溶劑,在使用過(guò)程中排放到空氣里污染環(huán)境和危害人體健康。高固低黏涂料通過(guò)降低主要成膜物質(zhì)的相對分子質(zhì)量,選擇低吸油量的顏填料,輔以適當的活性稀釋劑,提高涂料產(chǎn)品的施工固含量,大大降低了涂料體系中有機揮發(fā)物的含量,節約了固化能耗,同時(shí)雙組分環(huán)氧高固低黏涂料具有防腐性能優(yōu)異,雙組分聚氨酯高固低黏涂料具有外觀(guān)豐滿(mǎn)度好,保光、保色和耐候性佳,且2 種涂料配套施工性?xún)?yōu)良等特性,已成為高檔涂料的重要品種。


羥基樹(shù)脂是雙組分聚氨酯涂料的主要組分和性能的決定因素,要制備性能優(yōu)良的高固體分丙烯酸樹(shù)脂型涂料,首先必須嚴格控制丙烯酸成膜物的相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布。本文中的聚氨酯涂料選用的羥基樹(shù)脂是以過(guò)氧化二叔丁基為自由基引發(fā)劑、巰基乙醇為鏈轉移劑,合成的高固體分、低黏度的羥基丙烯酸樹(shù)脂,其黏度在1 000mPa·s以下,固體分高達65%~70%。該樹(shù)脂具有較低的相對分子質(zhì)量及很窄的相對分子質(zhì)量分布。當相對分子質(zhì)量較小時(shí),就必須有較窄的相對分子質(zhì)量分布并且有足夠的羥基酯單體參與聚合,才能保證每個(gè)樹(shù)脂分子上都有2個(gè)以上的羥基,從而不影響涂膜的質(zhì)量。


環(huán)氧樹(shù)脂是分子中含有2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)氧基團的有機高分子化合物,是雙組分環(huán)氧底漆的主要組分。環(huán)氧樹(shù)脂分子結構中含有苯環(huán)、醚鍵、羥基、環(huán)氧基團等多種官能團,具有良好的耐熱、耐侯、耐腐蝕等性能。本文中的環(huán)氧涂料選用的環(huán)氧樹(shù)脂是通過(guò)引入多碳烷基苯酚的結構降低其在溶劑中的溶解黏度,增大其在溶劑中的可溶解性,從而避免大量使用強溶劑。通過(guò)控制生產(chǎn)工藝、雙酚A與環(huán)氧氯丙烷的配比、催化劑的種類(lèi)和用量、堿的用量與形式、反應溫度、時(shí)間、投料方式、反應溶劑、反應體系內水含量以及pH等,控制樹(shù)脂相對分子質(zhì)量和黏度。


2 高固低黏涂料應用調研

及理化性能檢測

本文調研了行業(yè)內高固低黏涂料應用現狀,對各品牌高固含量涂料進(jìn)行了物理、化學(xué)性能檢測,并與普通溶劑型涂料進(jìn)行對比。


2.1

高固低黏涂料基本參數

從涂料黏度、施工時(shí)稀釋劑添加量、固含量、施工時(shí)VOC含量等參數方面對比高固低黏涂料與在用的溶劑型涂料,其結果如表1所示。


表1 高固低黏涂料基本性能


2.2

性能測試

2.2.1

物理性能測試

物理性能試板選用厚度0.2~0.3 mm,尺寸為50 mm×120 mm 的馬口鐵板,按照GB/T 9271—2008《色漆和清漆標準試板》規定進(jìn)行打磨,并檢查和清洗。然后依據GB/T 1727—1992《漆膜一般制備方法》制備各種涂層。


漆膜顏色通過(guò)目視判斷。漆膜光澤依據GB/T9754—2007《色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜20°、60°和85°鏡面光澤的測定》使用光澤度計測量,面漆60°光澤小于90、20°光澤小于80則判定為不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。


漆膜硬度依據GB/T 6739—2006《色漆和清漆鉛筆法測定漆膜硬度》使用中華牌繪圖鉛筆測量,底漆漆膜硬度小于HB,面漆漆膜硬度小于H,則判定為不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。


漆膜柔韌性依據GB/T 1731—1993《漆膜柔韌性測定法》使用柔韌性測定儀測定,底、面漆漆膜柔韌性大于1 mm則判定為不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。


漆膜附著(zhù)力依據GB/T 1720—1979《漆膜附著(zhù)力測定法》使用附著(zhù)力測定儀測定,底、面漆漆膜附著(zhù)力大于1級則判定為不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。


漆膜耐沖擊性依據GB/T 1732—1993《漆膜耐沖擊性測定法》使用沖擊試驗器測定,底、面漆漆膜耐沖擊性小于50 cm則判定為不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。


面漆光澤項是對復合涂層的檢測,底漆(50±5)μm+面漆(50±5)μm,其他每種待測漆種單涂層膜厚(23±3)μm,各性能測試分別制作4塊試板,其中3塊投入檢測,1塊用作留樣,后期試驗結果出現爭議時(shí)用作對比檢驗,并分別作編號標記。

2.2.2

化學(xué)性能測試

化學(xué)性能試板采用厚度為2~4 mm、尺寸為70 mm×150 mm的低碳薄鋼板的噴砂標準板。


底漆耐鹽霧性能檢測方法依據GB/T 1771—2007《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》進(jìn)行檢測,按ISO 4628-1-5:2003進(jìn)行評判,觀(guān)察試板表面的損壞現象,如起泡、生銹及從劃線(xiàn)處銹蝕的蔓延程度。按照GB/T1771—2007規定的耐中性鹽霧試驗方法進(jìn)行試驗后,劃線(xiàn)處2 mm以外,若出現漆膜起泡、生銹或銹蝕蔓延現象之一,則判定不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。每個(gè)廠(chǎng)家待測底漆單涂層分別制作4 塊試板,膜厚(50±5)μm,其中3塊投入檢測,1塊用作留樣,后期試驗結果出現爭議時(shí)用作對比檢驗,并分別作編號標記。


面漆耐人工老化檢測方法依據GB/T 1865—1997《漆膜耐人工老化測定法》進(jìn)行檢測,按GB/T 1766—2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》進(jìn)行評判,檢查色板的失光、變色、粉化、開(kāi)裂等現象。實(shí)驗后,漆膜出現色差ΔE>3. 0、失光>10%,或漆膜出現粉化開(kāi)裂現象則判定為不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。


面漆耐濕熱性能依據GB/T 1740—2007《漆膜耐濕熱測定法》進(jìn)行檢測,試驗連續運行,將試板垂直懸掛于擱板上,試板的正面不允許相互接觸,將擱板放入預先調到一定溫度、一定濕度的調溫調濕箱中,連續試驗48 h檢查一次,2次檢查后,每隔72 h檢查一次,每次檢查后,試板應變換位置。實(shí)驗后,漆膜出現起泡、生銹、脫落、起皺現象則判定為不合格,3塊檢測樣板中以2塊檢測結果一致的為最終判定依據。


面漆耐人工老化和耐濕熱性能測試中,每個(gè)廠(chǎng)家分別各自配套底漆(50±5)μm+面漆(50±5)μm 復合涂層樣板,分別制作4塊試板,其中3塊投入檢測,1塊用作留樣,后期試驗結果出現爭議時(shí)用作對比檢驗,并分別作編號標記。

2.3

試驗結果

高固低黏涂料物理性能、耐鹽霧性能、耐老化性能及耐濕熱性能測試結果如表2~表5所示。依據本次對比試驗檢測結果,可知:


表2 高固低黏涂料物理性能對比檢測結果


表3 高固低黏涂料耐鹽霧性能對比檢測結果


表4 高固低黏涂料耐老化性能對比檢測結果


表5 高固低黏涂料耐濕熱性能對比檢測結果


(1)高固低黏涂料固含量(底漆≥75%,面漆≥65%)比在用溶劑型涂料高(底漆73%,面漆61%),黏度(25 ℃,≤45 s)也大大降低,特別是施工VOC含量(底漆≤380 g/L,面漆≤400 g/L)相比在用溶劑型涂料(底漆≥587. 2 g/L,面漆≥562. 3 g/L)降低30%~45%。

(2)高固低黏涂料各項物理性能基本與現用普通溶劑型涂料物理性能相當。

(3)耐中性鹽霧性能:除D公司產(chǎn)品,其他高固低黏底漆均能達到現用溶劑型底漆耐鹽霧性能要求(480 h,劃線(xiàn)處2 mm 外漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、起皺、銹蝕蔓延)。

(4)耐老化性能:高固低黏面漆耐人工加速老化性能均能達到1 200 h,色差△E≤3(0級無(wú)變色或1級很輕微變色),失光率≤10%(0級無(wú)失光或1級很輕微失光),與現用溶劑型面漆耐老化性能基本相當。

(5)耐濕熱性能:高固低黏面漆耐濕熱性能均能達到800 h,漆膜無(wú)起泡、生銹、脫落、起皺現象,與現用溶劑型面漆耐濕熱性能基本相當。


3 高固低黏涂料現場(chǎng)工藝驗證


3.1

實(shí)驗流程

按零部件涂裝工藝流程(拋丸—清理—噴底漆—流平—底漆烘干—冷卻—噴面漆—流平—面漆烘干—強冷)在線(xiàn)噴涂高固低黏涂料,大型結構件(如圖1、圖2)下線(xiàn)后,檢測漆膜外觀(guān)是否存在明顯流掛或橘皮現象,在無(wú)明顯漆膜缺陷的前提下24 h后檢測漆膜光澤、膜厚、附著(zhù)力、硬度等。其中工件的漆膜厚度、光澤檢查部位不少于3個(gè)。漆膜光澤測量時(shí)在應選擇在大于100 mm×40 mm的平面上進(jìn)行,避免表面不平引起漏光造成測量誤差。



3.2

試驗檢測結果

環(huán)境溫度>10 ℃時(shí),按照涂裝工藝流程,工件下線(xiàn)晾置1 h后,觀(guān)察漆膜外觀(guān)質(zhì)量及干燥情況,晾置24 h后檢查漆膜光澤、平均膜厚、附著(zhù)力、硬度等,檢測結果如表6所示。


表6 高固低黏涂料試制工件外觀(guān)質(zhì)量檢測結果


3.3

高固低黏涂料生產(chǎn)試運行分析

環(huán)境溫度≤10 ℃時(shí),經(jīng)1個(gè)月高固低黏涂料現場(chǎng)試運行,發(fā)現高固低黏涂料在工件烘干溫度低于60 ℃時(shí),干燥性能較在用溶劑型涂料差。因高固低黏涂料施工質(zhì)量固含高達75%以上,其固化交聯(lián)反應要求相比常規溶劑型環(huán)氧底漆、聚氨酯面漆要高。故需要提高烘干溫度或延長(cháng)烘干時(shí)間以保證現場(chǎng)正常運行。


高固低黏涂料干燥慢,在噴漆室噴涂施工后,地面格柵上附著(zhù)的涂料發(fā)黏,影響工人正常噴涂移動(dòng)施工作業(yè),格柵清理工作量勞動(dòng)強度增加。

3.4

工藝驗證結論

按照零部件涂裝工藝流程施工,噴涂高固低黏涂料,結構件下件漆膜干燥情況略差,但漆膜附著(zhù)力、光澤、硬度、外觀(guān)等指標與現用溶劑型涂料相當。


由于施工固含量高,按照相同施工方式及節拍,涂層平均膜厚比現用涂料厚10~15 μm。


4 高固低黏涂料成本分析

依據涂料施工質(zhì)量固含量、施工密度,對比分析涂料理論涂布率。依據涂料單價(jià)及涂料理論涂布率,計算分析涂料單位面積理論施工成本。高固低黏涂料理論成本對比分析如表7所示。


通過(guò)成本分析對比可知:相比公司在用溶劑型涂料,水性底漆和高固低黏底漆單位面積理論施工成本均有所增加,分別增加93.0% 和12.7%。


表7 高固低黏涂料理論成本對比分析


表7 優(yōu)化配方的涂膜性能


5 結語(yǔ)

將羥基丙烯酸樹(shù)脂、醋酸丁酯纖維素、鋁粉排列劑等關(guān)鍵原材料搭配,研制了一種適合城軌車(chē)輛及動(dòng)車(chē)大型交通工具大面積施工且不“發(fā)花”、色差穩定的金屬閃光底色漆。應用在城軌地鐵車(chē)輛的車(chē)體外表、內裝飾件,提高了城軌車(chē)輛及機車(chē)的檔次,制造出了高貴、靚麗、豐富多彩的裝飾效果;同時(shí)還可延長(cháng)涂層的壽命和優(yōu)異的耐磨抗刮擦性。先后已用于城軌車(chē)輛外飾如車(chē)體、色帶、圖案;內飾如操作臺、門(mén)扶手、行李架等的涂裝,取得了良好的外觀(guān)效果和經(jīng)濟效益。


作者:江麗(徐州重型機械有限公司)

來(lái)源:《涂料工業(yè)》2019年第10期

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