適用于靜電噴涂的飛機蒙皮聚氨酯面漆的研制

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(海洋涂料國家重點實驗室，海洋化工研究院有限公司，山東青島 266071)

適用于靜電噴涂的飛機蒙皮聚氨酯面漆的研制

阮潤琦，薛玉華，步明升，汪威，王黎，郭年華

(海洋涂料國家重點實驗室，海洋化工研究院有限公司，山東青島 266071)

介紹了靜電噴涂的原理、優點，通過對飛機蒙皮用聚氨酯面漆中稀料的配比、粘度、電阻率的調整，使其適用于瓦格納爾靜電噴涂設備來進行靜電噴涂。

靜電噴涂，電阻率，配比，粘度

飛機在高空飛行時，承受著惡劣的環境，比如：高溫、低溫、酸雨等，因此飛機蒙皮涂料的性能要求極高；飛機蒙皮涂料直接與外界相接觸，受力復雜，不僅要求強度高，塑性較好，而且要求表面光滑，同時具有一定的耐高低溫性、耐腐蝕性、抗沖擊性等[1]；所以飛機蒙皮涂料既具有保護作用，又有優良的裝飾性。傳統的空氣噴涂雖然也能到達一定的涂裝效果，但與靜電噴涂相比，則污染嚴重，涂料上漆率低，涂裝環境差。本文主要是對現有的用于常規空氣噴涂的飛機面漆配方進行改進，使改進后的配方符合靜電噴涂的工藝要求，并測試靜電噴涂后的性能。

1 靜電噴涂原理

靜電噴涂是利用高壓靜電電場將霧化且帶負電的涂料粒子吸引到目標物體(噴涂對象)的一種噴涂方法[2]。靜電噴涂設備工作時，噴槍高速旋轉，使漆在噴槍內壁形成均勻的膜，在離心力的作用下，甩出杯，噴槍嘴附近的電極針作為陰極，與高壓電源的負極相連，被涂物質作為陽極并接地。兩極之間形成高壓靜電場，陰極產生電暈放電，涂料經噴嘴霧化并帶上電，在電場力及離心力的作用下，霧化且帶電的涂料液滴飛向被涂工件上，放電后附著在被涂物(工件)上，形成均勻的涂膜[3]。同時，因“靜電環抱”現象的存在，工件的背面部分也會涂上涂料。靜電噴涂原理示意圖見圖1[4]。

噴槍的旋轉速度、靜電場的強度、涂料液滴的霧化狀態、涂料的導電性能等都是影響靜電噴涂的因素。本文對配方進行調整，從而研制出符合靜電噴涂的飛機蒙皮靜電面漆。因此涂料的導電性能是主要討論的問題。

圖1 靜電噴涂原理Fig.1 Principle of electrostatic spraying

2 實驗部分

2.1 主要原材料

樹脂：拜耳800聚酯；異氰酸類固化劑：Desmodur N3900，拜耳公司；異氰酸類固化劑：IH12PU-N，自制；分散劑、潤濕劑、流平劑，BYK公司；消泡劑，Afcona 公司；溶劑，青島永安化學。

2.2 儀器

高速攪拌分散機，LMZ0.5耐馳棒銷式砂磨機，電子秤，刮板計，涂-4杯，瓦格納爾2024電阻儀，瓦格納爾靜電噴涂設備，電熱鼓風干燥箱。

2.3 實驗步驟

按照配方，依次加入樹脂、助劑、顏填料、少量溶劑(電阻率較大的溶劑，后面會對該問題進行討論)，將A組分配出來，用高速攪拌分散機分散0.5h，分散好后研磨3～5遍，使其細度≤20μm。按一定配比混合A、B、C三組分，用涂-4杯測試初始粘度，用瓦格納爾2024電阻儀測試混合后的電阻率，調試好靜電噴涂設備，當初始粘度及混合電阻率

符合靜電噴涂要求時，進行靜電噴涂并測試噴涂后的性能。面漆配方見表1。

表1 面漆基本配方Table 1 The basic formulation of topcoat

3 結果與討論

根據靜電噴涂的原理，涂料霧化后的載電荷能力與涂料的導電性能有關。涂料的電阻必須在一定的范圍才能滿足靜電噴涂的要求。涂料的電阻率高，則霧化后的涂料不容易帶電；電阻率低，高壓靜電場容易漏電，對設備絕緣等要求更高。選擇適宜的溶劑，使涂料(ABC三組分混合)的電阻率在5MΩ·cm～50MΩ·cm[5]并調整涂料的粘度，粘度一般為15s～20s(涂-4杯)，使其符合靜電噴涂的工藝參數。本文主要是對涂料的C組分進行調整。如表2所示，為原用于空氣噴涂與用于靜電噴涂的各組分及混合后的電阻率對比。

表2 空氣噴涂與靜電噴涂涂料的電阻率對比Table 2 The resistivity comparison of air spray and electrostatic spray coating

3.1 溶劑的篩選

常規噴涂的C組分電阻率較低，混合后的ABC三組分電阻率也較低，不利于靜電噴涂。常規噴涂的C組分主要是酯類及酮類，而酯類及酮類的電阻率偏低，因此，需將C組分中低電阻率的溶劑替換為高電阻率的溶劑，A、B組分中的少量溶劑換成電阻率高的溶劑。常用的溶劑電阻率等參數如表3所示。

表3 常用的溶劑電阻率Table 3 The resistivity of commonly used solvent

將原電阻率較低的酮類、酯類換成芳烴類，部分電阻率低的酮換成電阻率高的酮，同時要考慮到溶劑閃點的問題，閃點過低，在實際存儲、運輸過程及靜電噴涂時，存在安全隱患，易引發火災。閃點過低的酮類完全替換成較高閃點的酮或者芳烴。按照不同的配比配制C組分，使混合后的三組分電阻率在5MΩ·cm～50MΩ·cm之間，并能充分溶解A、B組分。

3.2 配比的確定

A、B、C三組分間的配比關系應滿足靜電設備的噴涂的要求。ABC三組分混合后粘度(涂-4杯)應在一定范圍內，經實驗，初始混合粘度在15s～20s噴涂效果比較好。粘度太小，噴涂流掛；粘度太大，漆膜厚且表面有皺紋，不美觀。保證初始粘度的同時還需調整靜電涂料的適用期。3h后ABC混合粘度在25s以下即可。靜電噴涂漆不同配比的初始及3h后的性能測試如表4所示。

表4 不同配比初始及3h后的性能測試Table 4 The performance test of different ratio of the initial and 3h after

由表4可知，ABC三組分配比為2∶0.8∶0.5～0.6時，混合后的電阻率在5MΩ·cm～50MΩ·cm之間，能用于靜電噴涂，初始粘度在15s～20s間，噴涂時平整光滑無流掛，且適用期大于3h，方便施工。

3.3 靜電噴涂的優點

與常規空氣噴涂相比，靜電噴涂具有諸多優點[6]：

(1)利用率高。帶電的漆霧在電場作用下有效地附著在工件表面，涂料的利用率可達80%。

(2)裝飾性好。靜電噴涂時，霧化的涂料均勻地分散，形成的漆膜均勻而細膩[7]。

(3)節省噴涂時間。靜電噴涂能全方位噴涂大面積的工件，而常規空氣噴涂則不能。

(4)更環保。靜電噴涂的涂料利用率高，霧化的涂料在電場力的作用下大部分都飛向工件。相較于常規空氣噴涂，污染少。

4 結論

通過對適用于常規空氣噴涂的聚氨酯蒙皮面漆的C組分進行調整，使其滿足瓦格納爾靜電噴涂設備的噴涂要求。即ABC三組分混合粘度在17s～20s間，適用期大于3h，混合后的電阻率在30MΩ·cm～40MΩ·cm之間。

靜電蒙皮面漆的研制既提高了涂料的利用率，減少了污染，降低了成本，又節省了噴涂時間。

[1] 陸文明，季建霞，趙保華，等.飛機蒙皮表面的預處理及涂裝[J].上海涂料，2016(4)：13.

[2] 徐景秀.靜電噴涂用膠粘劑的性能[J].世界橡膠工業，2010，37(10)：20-23.

[3] 張燕，張行，劉朝輝，等.熱噴涂技術與熱噴涂材料的發展現狀[J].裝備環境工程，2013，10(3)：59-62.

[4] 唐勇華. 汽車涂裝生產中的靜電噴涂簡介[J].現代涂料與涂裝，2009，12(3)：39-40.

[5] 孫道興，周曉東，劉香蘭.靜電噴涂技術在溶劑型涂料中的應用[J].涂料工業，2004，34(6)：24-26.

[6] 星海.靜電噴涂技術的應用及其優點[J].文體工業科技，1992(3)：9-10.

[7] 胡帥，潘興旺，孫自松，等.淺談靜電噴涂技術及機械手噴涂參數設置[J].上海涂料，2013，51(12)：36-40.

TheDevelopmentofPolyurethaneAircraftTopcoatWhichIsSuitableforElectrostaticSpraying

RUAN Run-qi，XUE Yu-hua，BU Ming-sheng，WANG Wei，WANG Li，GUO Nian-hua

(State Key Laboratory of Marine Coatings，Marine Chemicals Research Institute，Qingdao 266071，Shandong，China)

The principle and the advantages of electrostatic spraying were introduced in this paper. Through adjusting the resistivity，ratio and viscosity of the aircraft polyurethane topcoat，it can be used by Wagner electrostatic spraying equipment which is for electrostatic spraying.

electrostatic spraying，resistivity，ratio，viscosity

TQ 613.3