热浸镀锌喷塑涂层起泡的原因分析.docx

未破裂的气泡泡破裂后形成的针孔或火山口图 1 严重起泡的热浸镀锌喷塑涂层图 2 涂层表面起泡形成的火山口形状（40X）晁兵，陆东方（徐州正菱涂装有限公司，江苏徐州 221008）1概述一是工件表面镀层质量差，弯曲时镀层破坏，涂装后涂膜表面产生火山状气孔（见图 2）；二是工件放置 太久，已开始腐蚀导致涂膜表面产生气泡，严重时形 成火山状气孔、针孔；目前人们普遍采用在热浸镀锌涂层表面上涂装粉末涂料的双涂层技术保护钢铁基材1，使加工件既 具有镀层的电化学保护作用，又具有镀层和有机涂 层的隔离保护作用，加上工艺简单、操作方便、成本 低、涂层均匀致密、附着力强、耐蚀性好等优点，该 涂装技术具有显著的经济效益和社会效益。近20年 来，在高速公路护栏、电力设备、灯杆、汽车零部件 等行业得到了迅速的推广应用，取得了良好的使用 效果。随着该技术的普及应用，出现了一个突出问题， 就是热浸镀锌喷塑过程中涂层表面起泡（见图1），集 中在护栏、灯柱、电力设备等产品上，给产品的装饰 与防腐保护带来了严重影响。（3）工件表面有前处理的残留液，固化过程中残留液挥发或反应产生气泡；（4）粉末涂料受潮，含水量高，固化时水分溢出 产生气泡；（5）喷涂时，喷枪电压高，涂层被击穿，固化涂 层存在针孔。在进行护栏产品的热浸镀锌喷塑施工时，也曾 遇到大面积的类似质量问题，粉末涂料的用户也常 有类似问题的反映。为彻底查明涂层起泡的原因，找 到解决问题的措施，我们进行了系列的试验研究。2实验部分根据热浸镀锌喷塑的工艺流程，将试验分为三个部分：热浸镀锌工艺、涂装前处理工艺、喷塑固化工艺。分别选2 个外协镀锌厂、2个粉末涂装厂对生 产材料的品种、工艺条件、技术参数、配方等因素进 行对比试验。2.1 热浸镀锌工艺 对镀锌生产情况进行分析后，确定试验的条件粉末涂料生产厂家的技术资料及有关科研人员的试验研究23认为，气泡产生的原因主要有以下几 点：（1）工件表面本身有气孔，固化时气孔内的气体 膨胀冒出，在涂膜表面产生气泡或气孔；（2）工件原材料质量差。主要表现在两个方面：39中国涂料摘要：分析了喷塑涂层起泡的原因，提出了预防措施，提高了喷塑质量。 关键词：起泡；热浸镀锌；喷塑；涂层；高速公路护栏中图分类号：TQ637 文献标识码：B 文章编号：1006-2556(2007)03-0039-04C HINA COATINGS 2007.03中国涂料 为钢材类型、材料类型、浸锌工艺、锌液组成、后处理工艺等，并对试样进行了同等常规工艺条件的涂 装前处理、喷塑固化，结果见表 1。2.2 涂装前处理工艺 针对目前技术分析，选用两厂生产的热浸镀锌波形梁板分别进行了磷化、钝化、不处理和淋湿四种条件下的试验，结果见表 2。2.3 喷涂固化工艺 根据上述工艺的试验情况分析，着重加强了有泡试样的试验力度，对涂层的厚度、固化升温 条件（预热、烘箱、烘道）进行试验，结果见表 3。表 1 不同热浸镀锌工艺的试验结果试样编号钢材类型材料类型热浸镀锌厂酸洗工艺 /min锌液组成冷却钝化喷塑涂层样 1沸腾钢波形梁板光环厂25300.510#Zn,0.1%Al气刀 / 水冷铬酸无泡样 3沸腾钢波形梁板安顺厂20250.30.61#Zn,0.1%Al气刀 / 水冷铬酸明显起泡样 5沸腾钢钢管立柱光环厂25300.510#Zn,0.1%Al气刀 / 空冷铬酸无泡表 2 不同涂装前处理工艺的试验结果样 7样 1磷化工艺（高邮磷化液，酸洗、水洗、表调、常温磷化、二道水洗）无泡样 9样 1磷化工艺（加工厂自配磷化液，常温磷化、一道水洗）无泡样 11样 1不处理无泡样 12样 1铬化工艺（加工厂自配铬化液，常温铬化、水洗）样 13样 3铬化工艺（加工厂自配铬化液，常温铬化、水洗）明显起泡样 15样 3磷化工艺（加工厂自配磷化液，常温磷化、水洗）明显起泡注：铬化工艺在河南某涂装厂试验应用，其余工艺在徐州正菱涂装公司试验应用。下同。表 3 不同喷涂固化工艺的试验结果样 17样 9烘箱,升温速度 5 /min，固化 200/10min80100无泡有的局部少量起泡,有的明显起泡样 19样 12烘箱,升温速度 5 /min，固化 200/10min80100样 20样 12烘道，前温 195 ,后温 210 ,悬挂链速度 1.6m/min样 21样 14烘箱，升温速度 5 /min，固化 200/10 min80100明显起泡样 23样 14烘箱，升温速度 5 /min，固化 200/10 min80100明显起泡样 25样 14烘道，前温 195 ,后温 210 ,悬挂链速度 1.6m/min100150明显起泡样 27样 14烘道固化,工件预热到210 ,冷却后喷塑固化200/10 min80100明显有泡样 28样 14烘道固化，采用透气性粉末涂料80100无泡，明显麻坑，个别处有可见针孔80100样 29样 7烘道固化，喷枪调至高压放电个别处有水痕经验交流E X C H A N G E O F E X P E R I E N C E 样 30 样 7 烘道固化，喷涂用气未进行油水分离处理 80100 无泡，有雾影，无泡，个别处有可见针孔样 26 样 14 烘道，工件预热到 210 ，喷塑固化 200 /10 min 80100 基本无泡样 24 样 14 烘道，前温 195 ,后温 210 ,悬挂链速度 1.6 m/min 80100 严重起泡样 22 样 14 烘道，前温 195 ,后温 210 ,悬挂链速度 1.6 m/min 80100 严重起泡80100有的局部少量起泡,有的严重起泡样 18 样 9 烘道,前温 185 ，后温 210 ,悬挂链速度 1.6 m/min 80100 无泡试样编号 前处理工艺 固化条件 涂层厚度 / m 喷塑涂层样 16 样 3 不处理 明显起泡样 14 样 3 磷化工艺（高邮磷化液，酸洗、水洗、表调、常温磷化、二道水洗） 明显起泡40有的局部少量起泡、有的明显起泡样 10 样 1 自来水淋湿 无泡(积水处底材露底）样 8 样 1 磷化工艺（高邮磷化液，酸洗、水洗、表调、常温磷化、一道水洗） 无泡试样编号 镀锌工艺 前处理工艺 喷塑涂层样 6镇定钢钢管立柱安顺厂20250.30.61#Zn,0.1%Al气刀 / 空冷 铬酸 严重起泡样 4镇定钢波形梁板安顺厂20250.30.61#Zn,0.1%Al气刀 / 水冷 铬酸 明显起泡样 2镇定钢波形梁板光环厂25300.510#Zn,0.1%Al气刀 / 水冷 铬酸 无泡浸锌工艺(450470)/min图 3 劣质镀锌镀层在螺栓紧固下碎裂气泡图 4 烘箱加热固化工件存在明显起泡的涂层表面E3结果和讨论问题（脱落涂层的背面黏附有浅黄色粉状物）。加强工艺控制后（定期测控铬化槽液浓度、缩短铬化时 间、增加二道水洗），样12再喷塑后涂层无起泡现象。3.3 喷塑固化工艺的影响表 3 的结果说明喷涂空气处理（样 30）、喷枪电 压过高（样 29）等虽影响涂层外观装饰效果，但不 是起泡的主要因素；而采用降低加热速度、加强预热 有助于减少起泡问题的发生，证实底材部分（钢材表 面、镀锌层、前处理膜层）存在孔隙，喷塑后加热固 化时，粉末低温时熔融成膜，随着温度升高，涂层下 空隙内的空气不断膨胀，而此时逐渐胶凝的涂层黏 度增大，就像吹气球一样，空隙上部的涂层形成起泡 现象，涂层薄或空隙大时，气泡能破裂，形成针孔或 火山口形状，涂层厚或空隙小时，涂层呈气泡状。当 固化设施升温速度减慢时，粉末在120左右开始熔 融流平，随着温度升高涂膜黏度迅速增大，拟制了气 泡的形成、扩大或破裂（见图 3，图 1 与图 4 即为样23与样24外观效果的差异）；如果预热工件，空隙的 空气被赶出，涂层胶凝固化时工件的前后温差较小，空隙内的气压难以形成气泡（样26）。因此许多粉末涂料商家明确要求涂装厂在热浸镀锌喷塑加工时采 用高温预热工艺，阿克苏（AKZO）- 北京红狮公司 在其技术文件上则要求将问题工件在高于固化温度20的条件下预热后涂装。3.1 镀锌工艺的影响(1)从表1的试验情况可以看出，可以排除镀锌工 件钢铁材质、镀后冷却方式、钝化工艺对喷塑起泡的 影响。(2)酸洗工艺的影响突出。由于酸洗前钢材（管） 表面有大量的黑色氧化皮，许多还因长期露天存放锈蚀严重，两家镀锌厂的酸洗工艺有明显区别，其除锈程度不一。光环厂严格按规程操作，除锈彻底，对 锈蚀严重的工件还延长酸洗时间；而安顺厂则考虑 酸洗时间过长损害工件质量、生产效率下降等经济 因素，缩短酸洗时间，表面残余锈斑，除锈很不彻底， 镀层下空隙甚至镀不上锌。对两厂加工的镀锌件进行碱洗去除表面锌层发 现，安顺厂工件存在大面积残余锈斑，而光环厂工件有较细致均匀的合金层。(3)镀锌工艺的影响。据介绍45，镀锌时间对镀 层的厚度与质量有直接影响，安顺厂为提高产量、降 低成本，忽视了质量控制；而光环厂则以质量为根 本，严格控制镀锌时间，保证了镀层质量。图3为劣 质镀锌产品，镀层在螺栓紧固时即碎裂。(4)由于受锌镀厂生产的客观条件限制，对锌液配比(如锌纯度、使用合金及配比量)、镀锌工艺（温 度、时间、厚度）等因素影响难以立即进行试验分析， 只能进行长期跟踪和对比分析，经3 a的生产观察， 基本可以排除上述因素对喷塑起泡的直接影响。3.2 涂装前处理工艺的影响 表2结果表明，正常表面处理工艺中对喷塑起泡影响的因素较少，能协助减少起泡问题发生的因素 也少。但涂装厂采用的表面处理工艺对喷塑起泡有 一定影响，试验方河南某涂装厂的铬化工艺还存在 一定问题，主要是铬化处理工艺控制不稳定，试验发 现试件由于过腐蚀，工件表面局部成片积灰（浅黄色 粉末状物），该处喷塑后出现涂层起泡、附着力差的样27的试验结果虽不能排除一些粉末厂家认为涂层表面是由于镀锌件存在氢脆现象导致工件高温 放氢排气形成气泡的观点，但明确证实了孔隙的存 在是关键影响因素。3.4 其他工艺条件的影响样 28的试验结果说明，改善粉末透气性可以消 除起泡现象，但针孔的存在给涂层的腐蚀防护带来 严重的安全隐患（见图 5）。可是因为镀锌时加强酸 洗、喷塑时进行高温预热分别给相关厂家带来较高 的加工成本，故有问题厂家不愿改进现有工艺，许多 涂装厂纷纷采用透气性粉末涂料进行喷涂施工。41中国涂料Z H O N G G U OT U L I A O2 0 0 7 年第 2 2 卷第 03 期经验交流X C H A N G E O F E X P E R I E N C E针孔未破裂的气泡图 5 透气性粉末涂料涂层存在的针孔（20X）C HINA COATINGS 2007.03中国涂料 人工加速老化试验在氟碳涂料配套产品筛选上的应用李亚波，文 鑫，高嵩，王妍 (大连振邦氟涂料股份有限公司，辽宁大连116036）0前言综合表现，故对涂料进行耐候性试验是十分必要的。漆膜耐候性试验分天然老化试验和人工气候老化试 验两种，天然老化试验是将样板暴露于户外自然条 件下，观察漆膜性能逐渐发生的变化，而人工气候老 化试验是将样板放在能模拟户外诸影响因素的人工 气候老化机中暴露加速老化，观察其漆膜性能发生 变化的情况。我们将人工加速老化试验应用于配套产品的筛 选中，根据试验结果，最终选定了性价比最为合理的漆膜在实际使用的过程中受到各种自然环境因素的作用，造成其物理化学和机械性能发生不可逆 的变化并最终导致漆膜破坏的现象，称为漆膜老化。 常见的漆膜老化的现象有：变色（褪色）、失光、粉 化、起泡、生锈、裂纹、剥落等。由于涂料的质量除 了取决于各项物理性能指标外，更重要的是其使用 寿命，即涂料本身对大气的耐久性。这种耐候性最能 体现涂料的真正实用价值，是涂料各种技术指标的涂层起泡问题，但要彻底解决这一问题，不留任何腐蚀隐患，则必须树立起良好的产品质量意识，严格镀 锌工艺的控制；对已成型存在问题的镀锌产品，关键 在喷塑固化工艺上，工件的预热必须采用慢速升温， 并高于粉末涂料的固化温度的涂装工艺，确保喷塑 产品的安全性能与使用寿命。参考文献1 黄立勇,李新立,米德伟.高速公路护栏双涂层防护体系. 涂料工业,2003,(9):35-362 孙廷耀.涂层起泡探析.涂料工业，1999（3）:41-423 刘夏林.粉末静电涂装涂膜弊病分析及对策.涂料工业，1999（9）:27-294 胡传火斤,宋幼慧.涂层技术原理及应用.北京:化学工业 出版社,20005 朱立.钢材热镀锌.北京:化学工业出版社,20064结语热浸镀锌产品