9.4 漆膜干燥

9 4漆膜的干燥 介绍涂料的干燥方式和干燥的过程 漆膜干燥程度的测量方法 介绍烘干室的构造 重点介绍对流干燥和辐射干燥的原理 特点和设备 涂料的干燥方式 分为自然干燥 加速干燥 烘烤干燥和辐射干燥 1 自然干燥 也称空气干燥在室温干燥 15 35 RH不大于75 室内施工要加强通风 约6 10次 h 室外风速宜小于3级 3 4 5 5m s 适用于溶剂挥发型 氧化聚合型 室温固化型涂料 乳胶漆 适用于建筑用漆和工程维护用漆 不宜烘烤的物件 2 加速干燥为了缩短油漆施工周期 加快生产速度 将自干型漆在50 80 加速干燥 醇酸磁漆在常温下完全干燥需24小时 而在70 80 仅需3 4小时 催干剂用量少 固化彻底 涂层在硬度 附着力等机械性能上比自然干燥的好 磁漆 酯胶磁漆和醇酸漆等自干漆都可采用加速干燥的方法 3 烘烤干燥工业涂饰中经常采用的方法 因为许多高质量的涂层是不能自然干燥的 而必须采用烘烤的方法才能固化 氨基漆 沥青烘漆 有机硅耐热漆等都需在120 130 下固化 烘烤干燥的涂层在涂层性能的各个方面 比自然干燥的涂层要好得多 烘干时间应从被烘干物升到预定的温度算起 在制定烘干规范时 热容量大的被烘干物升温慢 要掌握时间 涂料的颜色深浅不同 烘干条件也有所差别 深颜色的烘干温度高 时间短 而浅色的烘干温度低 时间长 在烘干前要有充分的晾干时间 让溶剂挥发掉 尤其是腻子层 4 辐射干燥利用紫外线或电子束进行快速引发 聚合 硬化速度很快 紫外线固化在木材 塑料 纸张 皮革等平整的表面上得到相当的应用 电感应式干燥的能量直接加在金属工件上 漆膜是从里向外被加热干燥 溶剂能快速彻底地散发逸出 并使涂膜固化 粘接强度很高 在粘接领域得到较好地应用 微波干燥是特定的物质分子在微波 1mm lm 的作用下振动而获得能量 微波干燥只限于非金属材质基底表面的涂膜 这一点正好与高频加热相反 微波干燥设备投资较大 但干燥均匀 速度快 干燥时间仅为常规方法的1 10 1 l00 漆膜的干燥过程 液体涂料涂于物件表面从流体层变为固体涂膜的变化过程称涂膜的干燥 干燥过程依据涂膜物理性状 主要是粘度 可分为不同阶段 表面干燥 实际干燥和完全干燥 完全干燥所需时间较长 一般只测定表面干燥 表干 和实际干燥 实干 漆膜的干燥过程分为三个阶段 触指干燥 即表面干燥 表干燥 用手指轻触涂膜 手指上不沾漆 感到发粘 并且留有指痕 半硬干燥 用手指轻按涂膜 在涂膜上不留指痕 从触指干燥到半硬干燥中间还有些不同的阶段 如不沾尘干燥 不粘着干燥 指压干燥等 完全干燥 用手指强压漆膜也不残留指纹 用手指急速捅漆膜 漆膜上也不留伤痕 也有用硬干 涂膜能抗压 打磨干燥 涂膜干燥到能够打磨 等名词 不同的被涂物件对涂膜的完全干燥有不同的要求 有的要求能经受打磨 有的涂膜要干燥到能经受住被涂物件的搬运 码垛堆放 它们完全干燥达到的程度也就不同 涂料性能中规定的干燥时间指标 并不表示涂膜干燥的实际要求 实际要求应依据工件的使用条件而定 标准方法是用测试涂膜的机械性能如硬度 来判断涂膜的干燥程度 达到规定的指标就可认为涂膜干燥 涂料的干燥设备 涂料干燥设备按外形结构可分为室式 烘房 箱式 烘箱 通道式 烘炉 烘干室又分为连续式和间歇式 连续式又称为烘道 又可分为直通式和桥式两种 适宜大批量流水作业生产 间歇式一般称为烘箱 烘房 适用于单件或小批量生产 间歇式烘干室 用于连接清洁室与外室 在外室将工件水磨清洁后 通过此烘干室干燥 再送入清洁室 在清洁室喷好漆后 重新进入该烘干室烘烤干燥 连续式烘干室 工件在传输链上边运动边烘干 往往是一个很长的通道 为了适应厂房的结构 往往设计为双行程和多行程 为了防止热空气溢漏 往往设计成为桥式的或半桥式的 热空气较轻 聚集在烘道上部 不易外溢 干燥设备 根据传热方式可分为三类 借热空气加热的对流式干燥设备 借热辐射加热的热辐射式干燥设备 即红外和电磁感应 辐射固化 紫外光和电子束固化设备 对流式干燥设备 对流是加热后流体的流动 热源首先加热传导介质 空气 然后靠自然或强制对流 将热量传递给涂漆工件 对流式干燥即为热风烘干 热源为热水 蒸汽 电热 燃油 燃气 目前最普遍采用的加热方法是间接对流 如用蒸气 电热等加热空气 对流式干燥的特点 对流式干燥是最简单经济的干燥方法 优点 加热均匀 适用范围广 缺点 升温速度慢 热效率低 操作温度不易控制 对流式干燥的特点 热量传导方向和溶剂挥发方向相反 漆层的表面受热后干燥成膜 使漆层下面的溶剂蒸汽不易跑出 干燥速度变慢 溶剂蒸汽的压力克服不了漆膜的阻力而留在里面 会使漆膜起泡或不干 溶剂蒸汽压力大于漆膜的阻力 就会冲破漆膜表面 产生针孔 烘干时 必须将烘房内的空气加热 热量消耗大 空气和漆层的导热性都差 对流式干燥速度不快 热风循环固化设备 热风循环的方法以空气为媒介 加热均匀 适合于各种形状和各种尺寸的工件 目前应用最广泛 热风循环固化设备由室体 加热器 空气幕和温度控制系统等组成 室体室体隔绝烘干室内的热空气 使室内温度维持在一定的范围内 双层铁皮制成 中间填充矿渣 石棉等保温材料 安装现场拼装为烘干室 加热系统将空气加热至一定的温度 由风机将热空气引入烘干室 在有效加热区内形成热空气环流 连续加热工件 为使室内溶剂蒸气浓度处于安全范围内 烘干室需要排除部分热空气 同时吸入部分新鲜空气来补充 1 空气加热器加热烘干室内的循环空气及烘干室外补充的新鲜空气 分为 燃烧式 蒸汽式 电热式 电热式空气加热可控性好 结构紧凑 应用较多 2 空气过滤器分为干式纤维和粘性填充滤料过滤器 3 风管引导热空气在烘干室内对流循环 由送风管和吸风管组成 进出风口的位置应能促使热空气在烘干室内强烈循环 并使之均匀分布 为了调节进出风量 在进出风口处需设置闸板 送回风管在烘干室内布置的方式有下送上回式 侧送侧回式和上送上回式 4 风机一般用离心式通风机 要求防爆耐高温 5 空气幕系统连续通过式烘干室的进出口始终是敞开的 为了减小烘干室内的热量损失 采用桥式或半桥式通道 在烘干室进出口处设置空气幕 空气幕是用风机喷射高速气流形成的 空气幕出口风速为10 20m s 空气射出的方向与门洞横截面的夹角为30 45 向门洞内吹 烘干式通常使用双侧设置的具有两个独立通风系统的空气幕 分别设置在烘干室的进出口处 辐射式干燥 辐射式干燥的能源是从热源辐射出来 以电磁波的形式在空气中传播 辐射到被涂物件后 被直接吸收转换成热能 波长0 75 1000 m的辐射属红外线 5 6 1000 m的为远红外线 目前在涂料干燥设备中广泛使用远红外线辐射加热 远红外辐射器的表面温度大大低于近红外辐射器 自身耗能低 表面升温快 可引起成膜聚合物的共振 干燥效果比近红外辐射好 远红外辐射干燥的特点 干燥速度快由于自内层向外干燥 溶剂易于挥发 大大缩短干燥时间 提高效率1 2倍 漆层干燥均匀避免或减少由于溶剂蒸发而产生的针孔 起泡现象 升温迅速大幅度缩短了烘干设备的占用时间 具有方向性远红外线辐射具有方向性 可用于局部加热 具有方向性远红外线以直线运行 要尽量使工件表面受到红外线的直接照射 才能取得良好效果 降低成本远红外线干燥设备结构简单 效率高 节约设备投资和占地面积 远红外线干燥可节约电力30 50 产量提高2倍以上 缩短干燥时间50 左右 远红外线辐射器 由室体 辐射加热器 空气幕和温度控制系统等组成 红外辐射烘干室的室体 空气幕与热风烘干室的相似 用辐射率较大 在远红外区域单色辐射率高的材料 氧化铬 钴 锆 钇 钛 镁 铁及碳化铬 硅 钛等 将一种或数种材料和高温粘结剂 按一定比例混合磨细烧结 就成为辐射源的材料 辐射加热器的构造 根据热源分为电热式和燃气式 电热式又分为旁热式 直热式和半导体式 1 旁热式电热体的热能经过中间介质传给远红外线辐射层 被间接加热的辐射层向外辐射远红外线 按外形可分为管式 板式和灯泡式三种 管式辐射器 在不锈钢管中装一根镍铬电阻丝 用导热性及绝缘性好的氧化镁粉 填充电阻丝与管壁间的空隙 管壁外涂覆一层远红外线辐射涂料 通电加热后 管子表面温度500 700 涂层发出远红外线 用石英管或陶瓷管 电阻丝与管壁间可不填充导热绝缘材料 陶瓷管由碳化硅 铁锰及稀土金属氧化物烧结而成 铁锰稀土氧化物在远红外线区有非常高的辐射能力 就不必涂远红外线涂层 管子背面安装抛物线形反射装置 常用抛光铝板 黑度小 0 04左右 反射率较高 尘埃及涂料挥发物会影响反射装置的反射效率 要经常清理 板式辐射器 涂有远红外线辐射涂料的碳化硅板 板厚度为15 20mm 板内有安装电阻丝的沟槽回路 板的背面是绝缘保温材料 板式辐射器的温度分布比较均匀 适用于平板状工件 背面热能不能利用 热效率不高 电阻丝暴露在空气里 易氧化损坏 灯泡式辐射器 外形与灯泡相似 但不是真空或充气式发热器 电阻丝嵌绕在碳化硅或其他金属氧化物的复合烧结物内制成 远红外线容易由反射装置汇聚 受照射距离影响较小 照射距离200 600mm处的温差小于20 适用于较大 形状相对复杂的工件 在同一个烘干室内能够烘烤大小不同的工件 2 直热式目前采用较多的是电阻带直热式 电阻带以镍铬不锈钢制成 厚度为0 5mm左右 在其表面采用等离子喷涂法或搪瓷釉涂料烧成远红外线涂层 远红外线涂料直接涂覆在电阻带上 不需要中间介质传热 升温速度快 适用于间歇加热的场合 涂层易脱落 电阻带在使用中热变形较大 易短路 3 半导体式基体为高铝质陶瓷 中间为半导体层 外表面涂覆高辐射能力的远红外线涂层 发热层为半导体层 仅几微米厚 以薄膜形式固熔于基体和辐射层之间 功率密度均匀分布 无可见光 热效率高 特别适用300 以下的烘干室 对有机高分子以及含水物质加热非常有利 基体的机械强度没有金属管的高 使用要求比较严格 辐射器的布置 目的是使工件涂层的各个面受热均匀 辐射加热器由下而上加热器数量递减 使工件同时加热 因为上部有对流热 高度超过1 5m的烘干室分为三个区 下区辐射器的功率为总功率的50 60 中区为30 40 上区为5 15 辐射器不能距离工件过远 常用的距离为120 300mm 通风系统 通风系统主要有三个作用 保持室内溶剂蒸气的浓度在爆炸下限以下 加速水和溶剂蒸气的排出 使室内气体在通过式烘干室的两端开口处不外逸 即使有少量外逸 也应使溶剂蒸气浓度符合劳动卫生的要求 通风系统可分两类 一类为自然排气 不用机械强制通风 而是利用排气烟囱排出 适用于水性涂料 低溶剂涂料及干燥水分的烘干室 另一类为机械强制通风系统 有机溶剂型涂料均用这类系统 机械强制通风系统由主风机 主风管 支风管及蝶阀组成 工件进入烘干室5 8min时 溶剂急剧挥发 10min后 涂料中溶剂的95 已挥发 支风管吸风口的风速0 8 2 3m s 过大影响室内温度的均匀 每个支风管设置插板式调节装置 以控制风量及风速 支风管与主风道连接 主风道在室体做成变截面 使各支风管流量均匀 要采取适当的措施降低防护风机噪音 80 100dB 高温烘干室的排气温度为80 120 为了减少热损耗 排气管表面应包一层绝热材料 温度控制系统 保证室内各段温度场达到工艺要求 由测量 显示及控制仪表组成 测量仪表目前多采用热电偶感温元件 温度检测点根据对升温段及保温段温度的要求来设置 热电偶的热端尽量接近工件 又不致被碰撞 横断面较小的烘干室在中部设一个检测点 较大时 在上中下部均设检测点 远红外辐射的应用 白色丙烯酸粉末涂料电冰箱外壳 远红外板式 距离250mm 照6分钟 间接热风炉 180 烘20分钟 1 辐射距离辐射强度与距离的平方成反比 距离太远加热效率低 太近易造成加热不均匀 烘道式加热炉的辐射距离一般为125 500mm 2 均匀照射被照面与加热器表面之间的距离要尽量一致 以保证各点均匀照射 异形被照物要考虑炉内加热元件的合理匹配和造型 尽可能使整个表面均得到辐射 管式辐射器应安装反射板 采用抛物线状反射板材 使辐射线断面集中被照物上 成平行射线垂直于辐射面上 抛物线形反射装置的辐射能力比反射平板的高出30 50 3 辐射器的表面温度辐射能力与其表面绝对温度的4次方成正比 表面温度少量增加 就能显著提高辐射的能量 绝对温度越高 其峰值波长就越短 即波长向近红外线和可见光方向移动 不利于涂层利用辐射能 任何辐射烘干室的传热都有对流 对流的传热量是同辐射器表面温度与烘干室内温度之差成正比 在满足辐射器峰值波长在远红外线范围内的条件下 尽可能升高其表面温度 辐射器的表面温度为350 550 4 物质的颜色不同 对红外线的吸收率也不同 涂层的黑度越大 则吸收的辐射能也越多 辐射烘干涂料应尽量选择黑度大的 用红外线吸收率最低的抛光铝板作干燥室的反光装置 更有效的利用辐射能 5 可采用可控硅元件调压来控制温度 6 高分子在远红外范围内有很宽的吸收带 水及绝大多数溶剂能强烈吸收与其频率相一致的红外辐射能 辐射器的辐射波长应处于中红外或远红外辐射范围内 烘干室内的水分及溶剂的蒸气使辐射通量衰减 排除溶剂的蒸气需有良好通风 烘干室的工作环境要求比较干净 辐射器表面要定期清理 高红外辐射 高红外辐射在通电后 2200 2400 的钨丝发出短波高能的近红外线 钨丝外罩石英管 管外表温度约800 辐射中波红外线 背衬定向反射屏 温度可达500 600 辐射低能量远红外线 各波段红外线成分的比例并不均等 以达到对被加热物的吸收有最佳的能量匹配 高红外加热能瞬间加热到烘干温度 高红外加热元件的表面功率为15 25W cm2 启动时间仅3 5s 远红外辐射元件的表面功率是3 5W cm2 启动时间5 15min 钨丝产生红外线几乎全部透过透明石英管向外辐射 近红外线波段 0 75 2 5 m 辐射能量高达76 中 2 5 4 0 m 远红外线 4 15 m 辐射能量仅占24 高能量的近红外线将穿透涂膜直接对底材加热 升温时间只需几十秒钟 对流加热的升温时间 约十几分钟 用乳白色石英管 热源产生的红外线几乎被石英玻璃吸收而产生二次辐射 管表面温度仅450 乳白色石英管时近红外线辐射能量仅4 远红外线占96 能被涂膜有效吸收 石英管规格分为 12和 20两种 长度1 0 1 2m和1 5m 功率3 5kW 使用寿命5000h以上 含有慢挥发溶剂的涂料 如水性漆 为防止急速升温时而产生的爆孔 可用低辐照能量密度 形状复杂或厚薄悬殊的工件应降低辐照密度 防止局部过烘烤 在保温段有对流热存在 上部辐照密度应比下部低 最好能适当地配置循环风