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UV(光固化)涂装技术

1043 人参与  2017年05月24日 14:39  分类 : 涂装技术  评论

传统的热固化涂料采用加热方式固化,而UV固化技术则是利用紫外光引发涂料聚合固化,这是两种技术的区别所在。这些区别使UV涂料的配方、工艺、性能具有自己的特色。

UV固化技术用于液体涂料比较成功。它特别适用于透明漆的涂装固化。透明漆大多用于产品外表面的罩光,漆膜薄、透光性好,因而UV固化的成功率比较高,已在木地板、手机塑料外壳的涂装中取得成功应用

粉末涂料的涂膜比液体漆膜厚得多,品种多数为有色涂膜,这对紫外线的穿透和吸收造成一定困难。另外粉末涂料在固化成膜前必须熔融流平以保证涂膜的平整度和光泽,这无疑给UV粉末涂料的配方、施工工艺和施工设备提出了更高的要求。本文将重点介绍粉末涂料的UV涂装技术。UV涂装技术的核心内容是UV固化技术。 (1) UV粉末涂装技术

UV粉末涂装工艺除具有热固化粉末涂料的优点外还有下面一些特点。如只需较低的成膜温度;较短的固化时间;较少的能量消耗;不含有机挥发物(VOC)或有毒化合物;可在光学材料、热敏材料(木板、塑料)上涂装;材料利用率大于95%;产量高;减少劳动力和维护成本;UV固化设备占用的场地远远少于传统的加热烘道。 UV粉末涂装工艺路线与热固化粉末涂料相同:


图27所示是MDF纤维板静电涂装UV粉末涂料的设备平面布置图。它与热固化粉末涂料类同。只是固化炉应设计成当UV光照射到粉末涂层上时固化反应才被激活。


图27 MDF纤维板UV粉末涂料涂装生产线

UV粉末涂料的熔融流平与固化过程是前后分开各自独立完成的,而热固化粉末涂料的流平与固化存在着重叠交错的过程。二者的固化技术不同因而固化设备也存在着较大差异。 (2) 固化工艺参数

热固化粉末多数在180℃下固化20min(含熔融流平过程),所以生产流水线的烘道长达数十米。而UV粉末涂料的流平固化仅需数分钟,其中UV固化时间只需数秒种,因此即使运行速度较高UV固化设备长度也远比前者要短。

UV粉末涂料固化所需热量较少,所需热量主要用于粉末涂料的熔融流平,粉末的熔融流平过程可在较低的温度(90~120℃)下完成。在这阶段粉末不会因受热而发生分子间的交联反应。只有当粉末接受到足够强度的紫外线照射后,涂料中的光引发剂组份才会发挥作用,促使涂料分子产生交联聚合作用,并且在极短的时间内完成固化反应。所以说UV粉末涂料的流平固化是前后分开各自独立完成的二个阶段,UV固化烘道由流平加热段(红外段)烘道和UV段烘道二部分组成。

UV粉末涂料在流平阶段所需时间的长短是决定涂装生产率的关键因素,所以UV烘道施加于工件表面粉末涂层的温度至关重要。图28所示的3条温度曲线开始都有一个温度高峰值,升温时间很短。这个峰值尤为重要,它对缩短流平时间有很大影响。温度达到峰值后必须快速下滑至工艺要求值(90~120℃)并保持恒温,以保证粉末能够充分流平获得良好的表面外观质量。同时也避免了高温对热敏材料(木材、塑料)的伤害。图29同时也说明UV粉末涂料的光固化时间很短,仅为数秒种。所以UV固化设备的结构设计是不同于热固化粉末涂料烘道的。


图28 用于熔融和流平UV粉末涂料的加热过程

(3)UV固化设备的结构

热敏材料的UV固化炉结构较为复杂,是由熔融流平红外段和UV固化段组合而成的,

它们必须连结成一个整体烘道,在两段烘道各自具有独立运行输送带的情况下,两段烘道必须用保温段将其连结成一个整体烘道。工件进入红外段粉末涂层流平后仍能在保温状态下平稳地过渡到UV固化段的传输带上完成UV固化工序,确保良好的涂膜外观。

— 红外段(熔融流平):烘道采用IR辐射和对流热风结合的加热方式。第一步IR强辐射加热使粉末快速熔融。第二步IR对流热风使粉末进一步熔融流平,第三步用对流热风使工件(特别是三维工件)表面的粉末得到充分流平获得满意的外观。加热灯管的红外线波长为0.78~400μm,其中短波为0.8~1.4μm,中波长1.6~2.6μm,其余为长波。只有当红外线波长与被加热材料的分子振荡相匹配时,这部分红外线才能被吸收并转化为热量。其余波长的红外线则穿透工件或被材料反射,因此波长的匹配是影响加热效率的关键。对于厚型材料,短波红外线能穿透到材料深处并被吸收,而中波红外线只被材料外层吸收。对许多材料而言,红外线的最佳吸收范围为2~3.5μm。所以选用中波红外灯作为辐射加热元件最为有效。它发射的红外线波长为2.4~2.7μm。德国贺利士(Heraeus)辐射器公司的中波孪管红外灯规格如表21

表21 常用的中波孪管红外灯规格

烘道内加热元件的排布,一般采取进口端中波红外灯管密布的排列方式,而中段的灯管散开排布,烘道尾部送入对流热风,通向进口端抽出循环使用。其中部分热风送向UV固化段使连接段保持所需的温度。这种加热元件的排布方式比较符合UV粉末涂料流平的工艺要求。中波红外管采取横向排布与烘道长度垂直的方向较好,有利于涂膜受热均匀。 — UV固化段:国际上投入运行生产的几条UV粉末涂料涂装生产线都是采用美国福深公

司的UV灯,光强度可在0~100%范围内调节,灯宽250mm,功率240w/cm,灯管的波长分布见图29。


图29 汞蒸气灯(H-型)/镀镓汞蒸气灯(V-型)光谱分布


在不同速度下运行时,工件表面粉末涂层吸收UV剂量的状况见图30。


图30 UV剂量与涂装线速度的关系

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本文标签:粉末涂料  

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