常用涂层制备工具与漆膜厚度关系的探讨(中)

发布日期:2021-07-12


标格达学术性文章荣登《涂料工业》杂志(二)

5月,由中海油常州涂料化工研究院主办的《涂料工业》杂志(2021年5月,第51卷,第5期)「应用研究」专栏,刊登我公司专业学术性文章,该文章由我公司王崇武总经理、苏纳工程师联合撰写。

常用涂层制备工具与漆膜厚度关系的探讨(中)

1 实验部分

1.1 主要原料与仪器

RS 003净味内墙乳胶漆:市售,黏度为88.5KU,体积固体含量为43.2%。

BGD 218自动涂膜机、BGD 206四面制备器(扁平刃涂布器)、BGD 208刀口形八面制备器(锋利刃涂布器)、BGD 212线棒涂布器(缠绕钢丝型线棒涂布器)、BGD 214挤压式线棒涂布器(精密机械加工型线棒涂布器)、BGD 531/S湿膜厚度梳规(齿间距5μm)、BGD 542涂层测厚仪、BGD 2610/S聚酯薄膜(430mm×150mm×50μm):标格达精密仪器(广州)有限公司;SZQ四面制备器(圆弧刃):上海现代环境工程技术有限公司。

1.2 实验过程

用不同结构或规格的间隙式涂布器和线棒涂布器,在聚酯薄膜上用自动涂膜机制膜,然后立即用湿膜厚度梳规测试所制备的湿膜厚度(测试5个点并取平均值)。在标准的实验室条件下养护7d,待涂膜完全干燥后,再次用涂层测厚仪测量干膜厚度(聚酯薄膜放置在一块大面积、厚度为1mm的铝板上)。

 

2 结果与讨论

2.1 间隙式涂布器

2.1.1 间隙深度对制备的干湿膜厚度的影响

从间隙式涂布器工作原理上看,很多试验人员会误以为其间隙深度会等于所制备的湿膜厚度,但实际上,因为所涂布样品的黏度、密度、颜料细度大小及涂布的速度均会影响样品在涂布过程中所受到的剪切力大小,从而可能影响最终所获得的湿膜厚度。表1列出了同一类型、不同间隙深度的扁平刃涂布器所得到的实际湿膜厚度及干膜厚度。

从表1可以看出,采用扁平刃间隙式涂布器制备涂膜时,湿膜厚度与间隙深度的比例随间隙深度的增大而增加,干膜厚度与间隙深度的比例则在0.30左右变动。其原因可能是,湿膜制备过程与牛顿黏性定律经典模型[3]类似,即流体状的涂膜样品下端底材静止不动,上端受到制备器的拖曳力平行于底材移动,中间层的样品受到剪切应力。在这过程中,由于扁平刃制备器的工作面有一定宽度,而最上层的样品相对工作面没有位移,即部分样品黏着在制备器工作面上,因此扁平刃制备器制备的湿膜小于其间隙深度标称值;而且制备湿膜时,样品受到的剪切应力相似,即制备器工作面带走的样品的量相近,因此当制备器间隙深度增大时,湿膜厚度与间隙深度的比例随之增大。

表1 不同间隙深度对实际湿膜厚度及干膜厚度的影响

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2.1.2 工作面结构对制备的干湿膜厚度的影响

从理论上分析,不同结构的工作面,在涂膜过程中对样品所产生的剪切力(也可理解为拖曳力)不同,从而在缝隙里残留的样品量也不同,会造成不同的湿膜厚度。实验采用扁平刃、圆弧刃、锋利刃这3种不同工作面结构的间隙式涂布器制备涂膜,所得到的实际湿膜厚度及干膜厚度如表2所示。

表2 不同工作面结构对实际湿膜厚度及干膜厚度的影响

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由表2可以看出,不同工作面结构的间隙式涂布器制备的湿膜厚度和深度并不严格满足巴顿所提出的对应关系,无论哪种结构的工作面,其湿膜厚度与间隙深度的比例均随间隙深度的增大而增加。另外,当间隙式涂布器的间隙深度相同时,不同工作面结构制得的湿膜厚度大小依次为:锋利刃>圆弧刃>扁平刃

 

2.2 线棒涂布器

2.2.1 缠绕钢丝型线棒涂布器对制备的干湿膜厚度的影响

图3为缠绕钢丝型线棒涂布器模型。

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图3 缠绕钢丝型线棒涂布器模型

由图3可知,一定直径大小的钢丝紧密缠绕,相邻的钢丝会形成一定空间的缝隙面积,钢丝直径越大,形成的缝隙面积越大,涂膜时所残留的样品量就越多,从而形成的涂膜厚度就越厚。目前尚无专门的标准或规程对缠绕钢丝型线棒涂布器进行规定,仅在GB/T 9756—2018及GB/T 9755—2014能查阅到相关线棒规格,分为 80、100、120,对应的缠绕钢丝直径为0.8mm、1.0mm、1.2mm。行业内已经习惯直接认为规格为80的线棒涂布器涂布的湿膜厚度为80 μm,而大部分涂料工程师或检测人员也根据行业习惯,误认为其制备得到的湿膜厚度能达到80μm;很多制造商将缠绕钢丝线直径为0.8mm的线棒涂布器标示为 80μm,但实际上,缠绕钢丝的直径与涂布的湿膜厚度没有直接关系。

从这种紧密缠绕钢丝结构的线棒涂布器原理来分析:涂膜时,假设液体样品全部充满图3中间阴影部分,其面积为 S,根据钢丝直径(D)可按照式(1)计算S。

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之后阴影部分上端的液体样品开始往两边流平,最终在底边的区域内流平,得到的湿膜厚度d满足式(2)。

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因此从理论上分析所得到的湿膜厚度与钢丝直径的对应关系大概是0.1倍,即若钢丝直径为1mm,则可制得的湿膜厚度为100μm。但实际应用中,同间隙式涂布器一样,最终得到的湿膜厚度可能还与所涂布样品的黏度、密度、颜料细度及涂布的速度相关。表3列出了用不同直径的缠绕钢丝的线棒涂布器所得到的实际湿膜厚度及干膜厚度。

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表3 钢丝直径对实际湿膜厚度及干膜厚度的影响

从表3可以看出,缠绕钢丝型线棒涂布器也同间隙式涂布器一样,所得到的湿膜厚度与钢丝直径的比例随钢丝直径的增大而增加,其比例接近圆弧刃的间隙式涂布器。

 

文章篇幅较长


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