常用涂层制备工具与漆膜厚度关系的探讨(上)

发布日期:2021-07-14

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。


《涂料工业》杂志于1959年创刊,是中海油常州涂料化工研究院主管的国家重点学术期刊,被公认为中国涂料行业的第一品牌杂志。该杂志作为中国科技论文统计用刊,刊登的文章已被美国化学文摘(CA)、美国工程索引(EI)及科学引文索引(SCI)摘录,在世界涂料界具有广泛影响。


该刊物重视论文的原创性、科学性和新颖性,标格达专业学术性文章能被收录发表是对我公司资深工程师专业能力的一种认可,同时我们深感责任重大,将进一步提升自身的综合专业素质和竞争力,共同推进涂料检测行业朝着标准化的方向贡献力量。


以下为文章内容


常用涂层制备工具与漆膜厚度关系的探讨(上)


摘 要:本文重点研究了不同规格间隙式涂布器和线棒涂布器与制得的湿膜厚度及干膜厚度之间的关系。采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备一系列厚度的湿膜,并测量制得的湿膜厚度及干膜厚度,分析其中关系。结果表明:工作面结构不同的间隙涂布器,在同一间隙深度下制备的样品的湿膜厚度各有差异;工作面结构相同的间隙涂布器,其制备的样品的湿膜厚度与间隙深度之比,随间隙深度的增加而增大;标识相同的缠绕钢丝的线棒涂布器与精密机械加工型线棒涂布器制备的湿膜厚度不同;对于同一种样品,干膜厚度与湿膜厚度之比是可变的,随制备间隙的增大而变小。

关键词:漆膜制备器;间隙式涂布器;间隙深度;线棒涂布器;湿膜厚度;干膜厚度


在涂料研究中,涂层厚度对涂层性能测试的结果影响重大,如,耐盐雾测试,不均匀的涂层会导致最终试验结果的重现性和可比性差,不仅降低了研发生产效率,而且有可能误导研发人员的研发方向,从而造成产品在最终应用中失效。因此制备均匀一致的涂层,是准确评估涂层各种性能的首要因素。

目前,实验室制备涂层的主要工具有间隙式涂布器、线棒涂布器、喷枪及各种自动涂膜机器,其中间隙式涂布器与线棒涂布器具有相对直观、稳定的涂布量。

间隙式涂布器按工作面的形状可分为3种:扁平刃、圆弧刃与锋利刃,如图 1 所示。间隙式涂布器目前作为制备涂层最常用的一种工具,不仅可以用于快速手工涂布,还可以配合自动涂膜机器进行自动涂膜,具有价格低廉、操作简单、清洗方便等特点。其工作原理为:以两端的工作面为零基准面,中间部位为一精密加工的一条固定深度的凹槽,根据凹槽深度的不同可以制备不同厚度的湿膜。巴顿[1]提出对间隙式涂布器而言,不同工作面的形状,制得的湿膜厚度 d 与涂布器间隙深度 H 之间存在近似关系。扁平刃涂布器:d=1/2H,圆弧刃涂布器:d=2/3H,锋利刃涂布器:d=H。这3个近似关系均与涂布速度、样品黏度或样品颜料含量无关。也曾有研究表明:基料和涂料的密度以及涂料黏度对所制得的湿膜厚度没有影响[2]。


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线棒涂布器按加工方式可分2种:缠绕钢丝型 (简称绕线型)与精密机械加工型。线棒涂布器的工作原理为:用不同直径的不锈钢丝缠绕在一定直径和长度的不锈钢棒上,利用钢丝之间的间隙制备不同厚度的涂层;或者直接在一条直径均匀的不锈钢棒上,精密加工一定深度的圆环凹槽。缠绕钢丝型线棒涂布器的钢丝,尤其是直径非常小的钢丝,在涂布或清洗时容易松脱破断。另一方面,在加工这些线棒涂布器时,需将钢丝绷紧后绕棒体紧密排列,这种工艺往往会造成钢丝本身发生形变,从而造成涂布的湿膜不均匀。得益于现代精密机械加工技术的发展,可以直接在一不锈钢棒体表面上利用数控精密模具和冷挤压加工技术,加工出类似钢丝缠绕的凹凸波状曲线,从而起到同样的涂布效果。这种工艺的线棒涂布器也称挤压式线棒涂布器,这种线棒涂布器无钢丝松脱破断的问题,使用寿命更长,而且表面纹路润滑流畅,清洗更加容易,对超薄涂布优势特别明显。2种线棒涂布器在投影仪下的结构如图2所示。


图2.jpg


实际应用研究发现,间隙深度相同但工作面结构不同的间隙式涂布器、标称型号相同但加工不同的线棒涂布器,制备出来的湿膜厚度各不相同。本文重点研究了扁平刃、圆弧刃与锋利刃这3种间隙式涂布器的间隙深度、缠绕钢丝型线棒涂布器的线径以及精密机械加工型线棒涂布器的波峰-峰距,与实际制备的湿膜厚度之间的关系,并讨论了湿膜厚度与干膜厚度的比例关系及影响因素。


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