水性工业涂料干燥速度的测定和数学建模分析

2.3 测试涂料
表 2-2 测试涂料名称及主要成份列表
Table 2-2 The test coating and major component
涂料名称
主要成分
灰色水性环氧涂料
水性环氧乳液、胺类固化剂、钛白粉、滑石粉、去离子水等
褐色水性丙烯酸涂料 水性丙烯酸酯乳液、铁红颜料 、钛白粉滑石粉、去离子水等
50 18’10” 30’50” 15’40” 24’40” 18’00” 30’30” 10’10” 19’10” 1
70 23’30” 37’00” 18’30” 28’30” 21’10” 36’10” 12’50” 21’00”
90 29’00” 43’10” 23’50” 35’40” 28’00” 41’50” 16’10” 25’10”
China; 2. School of Materials Science and Engineering Tianjin University,
Tianjin 300072，China)
Abstract: We have test the drying speed for waterborne epoxy resin coatings, waterborne acrylic coating as the common industry coating in different spraying film thickness, temperature, relative humidity and wind speed condition. And according to the actual test data, we found mathematical modeling by Lagrange interpolation method to calculate the relation of the drying time (Ti) and temperature (T), humidity (W), wind speed (S). It can provide an effective method for the calculation drying rate of the industry coating in different applying condition.
Table 4-1 The data of drying rate of grey waterborne epoxy coatings
温度
10℃
20℃
30℃
40℃
风速
湿度
m/s
40μm 80μm 40μm 80μm 40μm 80μm 40μm 80μm
30 31’30” 48’20” 27’40” 41’10” 24’50” 38’50” 17’50” 30’10” 50 35’00” 55’20” 31’00” 45’50” 29’10” 43’00” 23’00” 37’30” 0 70 39’10” 59’10” 34’10” 50’50” 33’40” 48’00” 28’20” 43’10” 90 42’00” 65’30” 37’30” 58’20” 39’30” 59’50” 32’00” 53’10” 30 17’40” 23’10” 13’20” 19’00” 15’50” 23’40” 9’00” 15’10” 50 19’50” 25’30” 15’40” 22’10” 18’10” 25’30” 11’10” 16’20” 1 70 21’40” 28’40” 17’00” 23’40” 19’10” 27’00” 13’20” 18’50” 90 23’50” 32’00” 19’10” 25’00” 21’00” 30’10” 15’00” 20’10” 30 15’00” 20’10” 9’40” 16’20” 12’40” 20’10” 6’50” 13’00” 50 17’40” 22’50” 12’50” 19’10” 15’00” 22’50” 8’20” 14’40” 2 70 19’30” 24’50” 13’30” 20’00” 16’30” 24’00” 10’00” 17’10” 90 21’10” 27’10” 15’20” 22’30” 18’20” 26’10” 10’50” 18’30” 30 11’50” 17’10” 8’00” 13’10” 9’50” 17’10” 5’20” 9’30” 50 13’50” 21’00” 9’40” 16’20” 11’30” 20’00” 7’00” 12’10” 3 70 16’40” 23’20” 12’50” 18’20” 14’20” 21’50” 8’50” 15’00” 90 18’20” 25’30” 14’10” 21’00” 16’10” 24’50” 10’20” 17’40”
70 33’30” 47’30” 27’50” 40’00” 31’30” 46’00” 22’00” 26’30”
90 38’50” 55’20” 31’00” 50’00” 36’30” 52’00” 26’30” 31’30”
30 15’10” 26’00” 12’10” 19’50” 15’10” 24’30” 7’40” 16’30”
采用数学建模的科学方法来对水性工业涂料进行研究，可以帮助我们更科学 的预测在不同的施工条件下的干燥速度，更好的指导水性工业涂料的施工，对实 际应用过程中水性工业涂料喷涂生产线的工位设置、烘房设定、涂装间隔很有指 导意义。
本论文针对水性环氧涂料、水性丙烯酸涂料这两种工业涂料常见品种，在不 同喷涂膜厚、温度、相对湿度以及风速的条件下测试出干燥速度，并根据实际测 试获得的数据，通过 Lagrange 插值法对干燥时间进行数学建模，得出干燥时间 TI 与温度 T，湿度 W，风速 S 的关系，并用数学公式表示。此数学建模的意义在 于利用了通过实验获得的已知数据，科学的预测在未知的施工条件下的干燥速 度，为实际应用提供指导。。
以上涂料生产厂家为中远关西涂料化工（天津）有限公司
三. 实验方法
首先将风扇放入恒温恒湿箱中，调节实验所需的风速，并调节恒温恒湿箱到 一定的温度，湿度。待风速、温度及湿度稳定后，将需要测试的水性涂料主剂、 固化剂混合均匀，并按施工指导稀释到施工粘度，使用无气喷涂对喷砂钢板进行 施工，喷涂结束后立即将钢板放入恒温恒湿箱，开始计时并观察涂料干燥情况， 记录表干时间。待涂膜完全干燥后复核漆膜厚度。下图为喷砂板放入恒温恒湿箱 照片：
温度
10℃
20℃
30℃
40℃
风速
湿度
m/s
40μm 80μm 40μm 80μm 40μm 80μm 40μm 80μm
30 24’10” 36’10” 18’50” 28’00” 23’00” 33’50” 13’10” 21’30”
50 27’20” 40’00” 22’30” 32’10” 26’30” 38’20” 17’10” 24’20” 0
Keywords: waterborne; industry coatings; painting application; drying speed
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水性工业涂料干燥速度的测定和数学建模分析
一． 前言
近年来，随着国家对人民生产生活环境问题的重视，对环境污染治理力度的 逐年加大。在涂料行业，国家各部门和地方政府也出台各项政策，限制对环境破 坏较大的溶剂型涂料，推广使用水性涂料等环保品种。而水性涂料与溶剂型涂料 在施工应用中的一大重要区别就是干燥较慢，而且水性涂料会随着干燥环境中温 度、湿度、风速等各因素的改变，干燥速度有明显的变化。这个干燥速度的变化 对具有施工节奏要求的水性工业涂料有较大影响，这就需要我们有一个科学的方 法来估算出水性涂料在不同施工环境下的干燥时间，为实际施工提供有效数据支 持指导。
30 9’00” 18’50” 5’50” 14’10” 7’30” 16’30” 3’50” 9’50”
50 13’10” 23’00” 8’40” 18’00” 12’00” 22’30” 5’20” 13’00” 2
70 16’20” 27’20” 12’30” 22’00” 15’50” 25’50” 7’30” 16’20”
数学建模（Mathematical Modeling）是对实际出现的数据进行分析计算总 结并将得到的数学模型用于解释、预测实际问题的过程。这可以使研究者以数字 化定量的方式来研究分析实际问题，当然一个好的数学模型的建立需要大量的数 据收集、科学的简化假设，才能总结出内在的规律，才能形成用数学的语言和符 号来预测和总结的模型。
90 19’50” 33’10” 16’50” 26’30” 18’50” 30’00” 13’00” 19’30”
30 5’50” 12’40” 3’30” 8’00” 5’00” 9’10” 2’30” 6’10”
50 8’50” 16’50” 4’20” 9’20” 7’00” 9’40” 3’20” 8’40”
关键词：水性；工业涂料；涂装应用；干燥速度
Determination and Mathematical Modeling Analysis of Drying Rate of Waterborne Industrial Coatings
Wang Ruitao1,2,Wei Qiang2，Zhao Yang1，Du Jingyi1，2 (1.COSCO Kansai Paint & Chemicals (Tianjin) Co., Ltd., Tianjin 300457，
设备名称
作用
设备图片
轴流送风机
用于对基材产生吹 风，可调节风速
风速侧测定仪
测定漆膜表面风速
秒表
测定涂料干燥时间
恒温恒湿箱
提供不同温湿度环境
膜厚表
测定涂膜干膜膜厚
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2.2 基材
本实验使用基材为 500mm* 500mm*2mm 的喷砂钢板，如图：
图 2-1 测试用喷砂钢板 Fig.2-1 The steel panel for test
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图 3.1 干燥速度测试过程照片 Fig.3-1 The process of drying rate test
四. 实验结果
4.1 水性环氧涂料的干燥速度测试
按照上述实验方法，对灰色水性环氧涂料的干燥速度进行测试，测试结果如
表 4.1 所示：
表 4-1 灰色水性环氧涂料干燥速度测试结果数据
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水性工业涂料干燥速度的测定和数学建模分析
王瑞涛 1，2，魏强 2，赵阳 1，杜景怡 1，2 （1.中远关西涂料化工（天津）有限公司，天津 300457；
2.天津大学材料科学与工程学院，天津 300072）
摘要：针对水性环氧涂料、水性丙烯酸涂料这两种工业涂料常见品种，在不 同喷涂膜厚、温度、相对湿度以及风速的条件下测试出干燥速度，并根据实际测 试获得的数据，通过 Lagrange 插值法对干燥时间进行数学建模，得出干燥时间 TI 与温度 T，湿度 W，风速 S 的关系。为水性涂料在不同环境中实际应用干燥速 度的测算提供了一种有效方法。
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4.2 水性丙烯酸涂料的干燥速度测试
按照上述实验方法，对褐色水性丙烯酸涂料的干燥速度进行测试，测试结果
如表 4-2 所示：
表 4-2 褐色水性丙烯酸涂料干燥速度测试结果数据
Table 4-2 The data of drying rate of brown waterborne acrylic coatings
二． 实验设备，基材及涂料
2.1 实验设备
表 2-1 实验设备列表
Table 2-1 The list of experimental instrument
设备名称
作用
设备图片
无气喷涂设备
用于水性集装箱涂料 的施工
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表 2-1 实验设备列表(续)
Table 2-1 The list of experimental instrument(con.)