表面工程学--涂装技术ppt课件

➢ 第二类：转化型成膜物质：在涂料成膜过程中组织结构发 生变化，形成与其原来组成结构完全不同的涂膜。
特点：由于转化成膜物质具有能起化学反应的官能团，在 热氧或其他物质作用下能够聚合成与原有结构不同的不溶， 不熔的网状高聚物，即热固性高聚物，因而形成的涂膜是 热固性的，通常具有网状结构。比如干性油和半干型油， 漆酚，多异氰酸酯的加成物和聚合物。
标志作用功能
利用色彩的明度和反差强烈的特性，引起人们警觉，避免危 险事故发生，保障人们的安全。有些公共设施，如医院、消防 车、救护车、邮局等，也常用色彩来标示，方便人们辨别。
特殊作用功能
涂装能使物体获得力学性能（耐磨、润滑）、热功能（耐 高温、阻燃）电磁学功能（导电、防静电涂料）、声波、雷达 波的反射和吸收、夜光作用等。
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3.3 涂膜防护原理 涂膜对金属的保护作用主要体现在：
涂膜
金属与腐蚀 介质隔离， 阻碍电化学 腐蚀的发生
阻碍阳极与 溶液间离子 的移动，减 小了腐蚀速
率
涂料中的颜 料对金属表 面起钝化作 用，减缓了
腐蚀速度
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第四节 涂装材料
涂装用材料主要包括：预处理材料、涂料、后处理材料。
4.1 预处理材料
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链锁聚合反应(加聚反应)成膜：有三种形式 a) 氧化聚合形式：以天然油脂为成膜物质的油脂涂料以及 含有油脂组分的天然树脂涂料、酚醛树脂涂料、醇酸树脂 涂料和环氧酯涂料等都是依靠环氧聚合成膜的。 b) 引发剂引发聚合形式：不饱和聚酯涂料是典型的依靠引 发剂引发聚合成膜的。 c) 能量引发聚合形式：一些以含共价键的化合物或聚合物 为成膜物质的涂料可以通过能量引发聚合形式而成膜。
第九章 涂装技术
本章主要内容
• 第一节 涂装技术的概述 • 第二节 涂料的基本组成及其作用 • 第三节 涂料成膜机理 • 第四节 涂装材料 • 第五节 涂装工艺与设备 • 第六节 几种典型产品涂装 • 第七节 涂膜质量评价及涂装技术发展趋势
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第一节 涂装技术概述
1.1 定义 将有机涂料覆于物体表面并干燥成膜的过程称之
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1.4 涂装技术的功能 概括一下，涂装技术有以下几种功能作用：
装饰作用
用保 护 作
涂装技术
用标 志 作
特殊功能作用
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装饰作用功能
涂装可使物体具有色彩、光泽、平滑和立体性等，可以给人 以美的，舒适的感觉。比如房屋的装修，汽车和手机外观等。
保护使用功能
在物体表面覆盖一层具有耐水性、耐候性、耐油性、耐化 学腐蚀性的涂膜，可以大幅度延长物体的使用寿命。比如汽车 车身，经涂装后，使用10--15年还基本完好，否则1--2年就会蚀 锈穿孔。
特种颜料
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2.1.3 助剂
a) 作用：是指涂料的一个组成部分，不能单独成膜，只可作为一 个组分存在于涂膜中，以对涂料或涂膜某一特定方面的性能起改 进作用。也称辅助材料组分。
b) 特点：涂料品种不同，需要的助剂也不同。即使同一类型的涂 料，由于其使用目的、方法和性能要求的不同，需要使用不同的 助剂。
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聚合物粒子凝聚成膜是涂料中高聚物粒子在一定的条件下 互相凝聚成为连续的固态涂膜。比如：a)含有可挥发性分 散介质的分散性涂料（水乳胶涂料）；b)无挥发性分散介 质的涂料（塑性溶胶）；c)固体粉末涂料。
➢ 成膜过程：a) 介质挥发的同时，高聚物粒子因彼此接触， 挤压变形而聚集起来，并有粒子状态的聚集变为分子状态 的聚集而形成连续的涂膜；b)高聚物粒子溶胀、凝聚而成 膜；c) 固态粉末在受热的条件下，高聚物粒子热熔、凝聚 而成膜。
3.2 化学反应成膜方式（转化型成膜物质）
涂料中的成膜物质在薄膜状态下聚合成高聚物涂膜的过程， 是一种特殊形式的高聚物合成方式，它完全遵循高分子合 成反应机理。因此，涂料的化学成膜方式可以按照高分子 聚合机理分为链锁聚合反应成膜和逐步聚合反应成膜两种 形式。单体之间通过一定官能团作用，使得分子量增加过 程（聚合反应）。
涂装。有机涂料又简称为“涂料”或称“油漆”。 1.2 发展主要阶段（涂料的种类和涂装方式）
第一阶段：利用天然油料、树浆、沥青、矿石颜料 等，以手工涂刷进行施工。如桐油、虫胶、生漆、红丹 矿调制成油漆。
第二阶段：以人工合成制成具有各种用途的涂料 （合成树脂、合成溶剂、合成颜料），并以机械涂装施 工和计算机人工智能涂装施工。
在涂料命名时除了粉末涂料外任采用"漆"一词， 例如：白 色丙烯酸磁漆、铁红环氧底漆。对于某些有专业用途及特 性的产品，必要时在成膜物质后边加以说明。例如:红醇酸 导电磁漆，白硝基外用磁漆。 ➢ 涂料编号时采用的型号由三部分组成:第一部分是成膜物质， 用汉语拼音字母表示；第二部分是基本名称，用两位数字 表示；第三部分是序号，用以表示同类品种间的组成、配 比或者用途的不同。
b) 特点： 颜料还能增强涂膜的力学性能和耐蚀性能，或者为 涂膜提供某一种特定功能，如防腐蚀、导电、防延燃等。
比如色漆（将颜料均匀分散在成膜物质或其溶液及其分散 体中即形成色漆），成膜之后，颜料是均匀散布在涂膜中。
c) 颜料的分类：
着色颜料
天然颜料
有机颜料
体质颜料
来源
化学成分
作用 防锈颜料
合成染料
无机颜料
硝基漆(硝酸纤维素漆)是以硝酸纤维素(硝化棉)为主要成 膜 物、并加入不干性醇酸树脂和改性松香甘油酯以及增韧剂、 溶剂、颜料等混合调配而成。
优点:硝基漆具有挥发干燥快、施工简单、成本低、耐磨、光 亮、打磨抛光性好等
缺点：稀释剂用量大、易燃、附着力、耐候性、耐水性较差、 潮湿气候施工易泛白。
应用：由于硝基漆具有其它涂料产品难以替代的特殊优点,目 前仍被广泛地应用于木器家具、室内装修的涂饰,受到市场及 广大消费者的青睐。
例如： C 04 2 序号 基本名称（磁漆） 成膜物质（醇酸树脂）
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第三节 涂料的成膜机理
涂装就是涂料在物体表面涂覆并成膜的过程，涂料成 膜是涂装技术的基础。各种涂料所采用的成膜树脂不 同，其成膜机理也不一样。
3.1 物理成膜方式（非转化型成膜物质） 物理成膜包括溶剂的挥发成膜和聚合物粒子凝聚成膜。
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2.2 涂料的分类和命名
经过长期的发展，涂料的品种特别复杂。多年来根据习惯 形成了各种不同的涂料命名和分类方法，他们各有特点，形成 了各种特殊的称谓。 2.2.1 现代通用的涂料分类 a) 按涂料的形态
固态涂料 固态涂料即粉末涂料（类似于热喷涂时所用的金属粉末）
液态涂料 液态涂料
有溶剂
涂装要求物体表面清洁并具有一定的物理化学特性，如表 面粗糙度等。预处理的目的是除净物体表面油脂、油污、 腐蚀物、粘附物等，形成清洁表面并形成一层具有一定特 性的表面膜层。
脱脂剂：除掉表面油脂、油污及附着物。
浸蚀剂：除掉物体表面的腐蚀物、氧化物。
预 磷化剂: 形成一层磷酸盐转化膜，提高表
处
粗糙度、有机涂膜的附着力、耐蚀性。

第二节 涂料的基本组成及其作用
2.1 涂料的组成 一般涂料的主要组成是由成膜物质、颜料、溶剂、助剂 四部分组成。
2.1.1 成膜物质 a) 定义：具有粘接涂料中其它组分形成涂膜功能，并对 涂料和涂膜的性质起决定作用的连续基体相。 比如原始的成膜物质是油脂，主要是植物油。后来使 用的是一类未经加工的，以无定形状态存在的有机高分子 聚合物树脂。而现在大多数使用的是具有热塑性和热固性 的合成树脂。
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现代涂料很少使用单 一品作为成膜物质， 经常采用几种树脂 品种，互相补充或 互相改性，以适应 多方面性能要求。
随着科学技术的进步， 将会有更多的合成 材料应用为涂料的 成膜物质。我国通 常涂料的分类如表
9-1。
表9--1 涂料类别，代号和主要成膜物质
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2.1.2 颜料
a) 作用：一般为微细的粉末状有色物质，是有色涂料的一个 主要组成，它使涂膜呈现色彩，并具有一定遮盖被涂物件 表观的能力，以发挥其装饰和保护作用的物质。
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b) 现代成膜物质的分类
➢ 第一类：非转化型成膜物质：在涂料成膜过程中组成结构 不发生变化。即成膜物质与涂膜的组成结构相同，在涂膜 中可以检查出成膜物质的原有结构。
特点：这类成膜物质及其组成的涂膜具有热塑性，受热软 化，冷却后又变硬，多具有可溶和可熔性。比如天然树脂， 虫胶，天然高聚物的加工产品硝基纤维素，热塑性氯乙烯 树脂等。
理 材 料
表调剂：表面调整、表面活化作用。 钝化膜：形成一层氧化膜或络酸盐化学转
化膜，提高有机涂膜附着力、耐蚀性。
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4.2 常用涂料品种
1. 自干涂料
自干涂料是靠溶剂挥发后，树脂、颜料等成膜物质残留 在 物体表面形成涂膜。应用十分广泛，民用方面几乎全部是自 干型涂料。几种主要自干涂料
a) 硝基漆
逐步聚合反应（缩聚反应）成膜：依据逐步聚合反应机理 成膜的涂料，他们的成膜物质多为分子键上含有可反应官 能团的低聚物或预聚物，其成膜形式有缩聚反应、氢转移 聚合（含有大量元素氢的官能团）和外加交联剂固化（外 加少量交联剂和催化剂，发生交联反应）三种形式。
交联反应：2个或者更多的分子（一般为线型分子）相互 键合交联成网络结构的较稳定分子（体型分子）反应。
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b) 醇酸树脂漆（涂料）
醇酸树脂漆是以醇酸树脂为成膜物质的一类涂料。醇酸树脂 是由多元醇、多元酸与一元酸经酯化缩聚反应制得的涂料用 树脂。
优点：醇酸树脂漆涂膜的附着力强，光亮，力学性能好， 耐候性较好，并以中油度醇酸树脂漆综合性最佳,民用及工业 上用途很广。
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而近十年来，雷达吸收反射涂料声呐吸收涂料高温涂料，瞬 间光固化涂装技术，人工智能机械人喷涂技术等高新技术研 究发展并部分进入实用阶段，使得这门传统的涂装表面技术 进入了高新技术时代。
1.3 涂装技术的应用 涂装技术在世界范围内都有着比较广泛的应用。比如，
民用领域：汽车业、电器、钢制家具、办公用具等的表面 装饰防护；工业领域：采矿业、舰船、采油设备、海洋设 备、飞机、军事装备等的防腐、装饰、伪装、隔热、防火、 防污等等，几乎每个领域都离不开涂装技术。
溶剂或分散介质的挥发成膜是液态涂料在成膜过程中 必须经历的一种形式。液态涂料---涂在物体上（湿膜） ---溶剂或分散剂挥发---涂膜粘度增大（一定程度）---固 态涂膜。这时涂料中的成膜物质是非转化的，即完成 了成膜全过程；如果是转化的，再挥发的同时，化学 反应也在进行。例如：硝酸纤维素漆、热塑性乙烯树 脂漆等。
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助剂在涂料中使用量很少，但作用显著。
2.1.4 溶剂
a) 作用：溶剂的作用是将涂料的成膜物质溶解或者分散为液态， 以便于施工，施工后又能从薄膜中挥发至大气中，从而使液态膜 形成固态的涂膜。
b) 特点：溶剂是除无溶剂涂料以外的各种液态涂料所必需的，原则 上不构成涂膜，也不应存留在涂膜之中。 有的溶剂在涂料制造时加入，有的在涂料施工时加入。
溶剂性涂料（溶剂溶解型） 溶剂分散型涂料 水性涂料
水 稀
无溶剂 释 无溶剂
水 乳 胶
水 溶 性
增塑剂分散涂料
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b) 按涂料的成膜机理分类
非转化型涂料：挥发型涂料、热熔型涂料，水乳胶型涂料、 塑性溶胶。
转化型涂料：氧化聚合型涂料、热固化涂料、化学交联型 涂料、辐射固化型涂料。
c) 按涂料施工方法分类
c) 分类:(溶剂组分) 挥发性溶剂 ：组分通常是可挥发性液体，包括能溶 解成膜物质的溶剂和稀释成膜物质的稀释剂。
溶剂组分 反应性溶剂：能够分散成膜物质为液态，并在施工 中，与成膜物质发生化学反应形成新的物质而存留 与涂膜中的化合物。
现代涂料中常用的有机溶剂：脂肪烃、芳香烃、醇、酯、醚、酮等。 在涂料中，溶剂的组分所占比例高达50%（体积分数）。
按施工方法可以分为刷涂涂料、辊涂涂料、喷涂涂料、浸 涂涂料、淋涂涂料、和电泳涂料（阴极、阳极）。 d) 按使用层次分类
按使用层次分为底漆（包括封闭漆）、腻子、二道底漆、 面漆（调和漆、磁漆、罩光漆等） e) 按涂膜的外观分类（不在介绍）
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2.2.2 涂料的命名 ➢ 涂料名一般由颜色或颜料名称+成膜物质名称+基本名称。
c) 助剂的分类：（按对涂料和涂膜起的作用不同） 涂料生产过程使用的助剂：消泡剂、湿润剂、 分散剂、乳化剂等。 涂料贮存过程使用的助剂：如防结皮剂、防沉
现代涂料助剂 淀剂等。 涂料施工成膜过程中使用的助剂：如催干剂、 固化剂、流平剂、防流挂剂等。 改善涂膜性能助剂：如增塑剂、平光剂、防霉 剂、阻燃剂、防静电剂、紫外光吸收剂等。