氟樹脂及其在鑄鐵表面的涂裝

氟樹脂及其在鑄鐵表面的涂裝引言不粘性涂料是一種涂層表面不易被其他黏性物質(zhì)所黏附或黏著后易被除去的特種涂料。這種涂料由于其所形成的涂層表面能極低、摩擦系數(shù)小等特點(diǎn)，所以具有不粘性。一般來說，氟樹脂不粘性涂料應(yīng)具有以下特征：單組分、貯存期限長、不污染環(huán)境。對所需涂裝底材的可涂性（潤濕性）好；固化條件溫和；不改變底材外觀（光學(xué)透明）；對底材附著性優(yōu)異；可再涂；耐溶劑；耐酸和堿；耐久耐磨；耐候性良好；具有撓曲性；易清洗；耐污染；經(jīng)濟(jì)。不粘性涂料近年來應(yīng)用日益廣泛，如：家庭用各種鍋、烤爐盤；食品工業(yè)用攪拌器、滾筒、糖果糕點(diǎn)模具、食品包裝機(jī)械；塑料橡膠工業(yè)用各種模具；造紙、紡織、印染用膠輥等。在電子及辦公用品如油印機(jī)導(dǎo)輥方面也得到了廣泛應(yīng)用。目前所應(yīng)用的不粘性涂料主要以氟樹脂和硅樹脂為主，尤其是氟樹脂。氟樹脂涂料2．1常用的氟樹脂涂料氟樹脂是一種結(jié)晶性高分子聚合物，具有很低的表面能，化學(xué)性能穩(wěn)定，即使在高溫下，濃酸、濃堿、強(qiáng)氧化劑、大多數(shù)有機(jī)溶劑對它都不起作用，不會產(chǎn)生質(zhì)量變化或膨脹現(xiàn)象；具有優(yōu)異的耐高、低溫性，能夠長期在T95°C?250°C之間使用。因而，可以由氟樹脂與耐高溫黏結(jié)樹脂及適量配合劑制成具有高性能、多用途的防粘涂層。氟樹脂有聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)和四氟乙烯一全氟烷代丙氧基共聚物(PFA)等，其中以聚四氟乙烯最為常見。FEP是六氟丙烯(全氟丙烯)與四氟乙烯共聚物，又稱全氟代乙丙烯或氟塑料46(F46),是聚四氟乙烯的改性品種，同樣有碳和氟2種原子構(gòu)成，因而成為耐化學(xué)品性能最好的有機(jī)氟聚合物之一。應(yīng)用溫度比聚四氟乙烯低50C，熔融黏度比聚四氟乙烯低，因此具有好的加工特性，容易制成沒有針孔的涂層。FEP的熔點(diǎn)(265C)和熱分解溫度(380°C)相差大，燒結(jié)工藝條件易控制，涂層性能有保證。ETFE是等物質(zhì)的量的乙烯與四氟乙烯單體聚合而成的熱塑性有機(jī)氟聚合物，又稱氟塑料40(F40)。PFA是四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚聚合物，具有全氟碳鏈和少量全氟烷基側(cè)鏈全氟碳，1972年由杜邦公司首先研制成功，商品名為TEFLONPFA。由于全氟烷基側(cè)鏈的影響，共聚物的熔體黏度比聚四氟乙烯低，是惟一可用熔融加工方法加工成型的含氟聚合物。因此被稱為可溶性聚四氟乙烯，PFA涂層是有機(jī)氟聚合物中性能最好的一種，在所有使用聚四氟乙烯的地方均可用PFA涂料代替，但價格昂貴限制了PFA的應(yīng)用。上述氟聚合物涂層與水、正十六烷的接觸角如表1所列。表1氟聚合物涂層與水、正十六烷的接觸角涂層0水0正十六烷PTFE104°?108°40°FEP102。?106°49°?52°ETFE92°?96°35°?41°PFA102°?106°40°?52°2．2氟樹脂涂覆工藝由于氟樹脂具有不粘性，故對金屬、陶瓷和玻璃等材料的結(jié)合性能很差，為改善涂層對底材的附著力，可采取以下幾種措施。一是把基材表面用物理或化學(xué)的方法粗化，產(chǎn)生錨定效應(yīng)，然后再涂氟樹脂，利用錨定產(chǎn)生的凸凹，把氟樹脂涂層抓牢，提高氟樹脂和基材的結(jié)合力。常用的化學(xué)方法是電解腐蝕和化學(xué)多孔膜法；常用的物理方法是熔涂玻璃、氧化鋁以及高硬度的金屬或合金粉末。二是氟樹脂組合物路線，在氟樹脂中加人其他化學(xué)物質(zhì)，改善其與基材的黏結(jié)性能。助劑和改性劑的種類很多，其中無機(jī)類的有金屬氧化物、水玻璃；有機(jī)類的有金屬螯合物以及高分子類的丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、聚酰胺、聚苯硫醚等。上述類改性分別稱之為充填改性、螯合物改性和樹脂改性。改性后的涂料有的可兼作底漆，有的可直接在預(yù)處理過的基材上涂覆，后者被稱之為“一次性涂料”。三是底漆法，即先在基材上涂覆一層底漆，該底漆對基材和氟樹脂均有良好的黏結(jié)性能。底漆含有氟樹脂、黏結(jié)劑、聚結(jié)劑和液體載體。黏結(jié)劑主要是堿金屬（鋰、鈉和鉀）的硅酸鹽類、聚酰胺酸的胺鹽和聚苯硫醚等。聚結(jié)劑通常是能溶解聚酰胺鹽的有機(jī)溶劑，如N—甲基吡咯烷、二甲基酰胺等。載體用常規(guī)試劑，與各組分無反應(yīng)，且能全部揮發(fā)，不影響涂層的性能，然后在底漆上涂覆氟樹脂。3氟樹脂涂料在鑄鐵表面的涂裝氟樹脂不粘性涂料噴涂的基材主要包括鋼、鑄鐵、鋁合金、陶瓷和玻璃等。對于不同的基材，應(yīng)采用不同的表面處理方法。有機(jī)氟聚合物涂料屬熱塑性塑料，其涂層與基體材料的結(jié)合為粘附結(jié)合，而不是通過與基體材料反應(yīng)形成過渡層，所以基體材料的表面預(yù)處理尤為重要。鑄鐵件在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，如造紙、印染、紡織等行業(yè)所用的大量滾筒。為了解決涂料、染料、纖維等對滾筒的黏著，可在其表面涂覆氟樹脂不粘性涂料。具體工藝如下：鑄鐵基材一表面處理［脫脂一除銹一磷化（粗化）］+噴涂底漆一干燥一燒結(jié)一（噴涂面漆一干燥一燒結(jié)一冷卻）n—成品。3．1鑄鐵表面脫脂鑄件表面一般采用堿液脫脂，配方如表2所列。表2鑄鐵脫脂液配方原料名稱用量/g?1TNaOH10NaP0450Na2SiO230注：溫度為溫室，時間為15min。3．2鑄鐵表面除銹因?yàn)殍T鐵結(jié)構(gòu)疏松、多氣孔，所以不宜酸洗，一般采用直接噴砂，同時達(dá)到除銹與粗化的作用，對于不易進(jìn)行噴砂的鑄件，可采用表3的配方。表3鑄鐵除銹液配方原料名稱用量/g?lTH2S0420-25NaCl4-5HF1-2.5注：溫度為60-70°C，時間為20-30min。3．3粗化與磷化3．3．1粗化粗化方法分為機(jī)械加工、噴砂或打磨。較大型鑄件一般采用噴砂處理，選用的砂以A1203、金剛砂、石英砂為好，所用砂粒細(xì)度以140pm（100目）或180pm（80目）為最好，太粗或太細(xì)的砂粒都不合適。用0.55?0.6MPa干燥潔凈的壓縮空氣為動力，噴距為150mm，噴射角為30°一75°，將磨料高速噴射到鑄鐵表面，將其表面雜質(zhì)徹底清除干凈使涂層與基體有良好的附著力。噴砂完畢后，立即用干燥潔凈的壓縮空氣清理基體表面，再用溶劑清洗一次，盡快噴涂。3.3.2磷化磷化處理即是把金屬件放入磷酸鹽溶液中進(jìn)行處理的過程。通過處理，金屬表面形成一層灰黑色細(xì)致而緊密的不溶解的磷酸鹽保護(hù)膜，提高了金屬基體與涂料的附著力、抗腐蝕性，可作為涂裝的良好底層。鑄鐵磷化液配方如表4所列。對于大型鑄件來說，宜采用“四合一”刷涂磷化處理工藝（除油、除銹、磷化、鈍化一步完成)。鑄鐵常溫四合一刷涂磷化液配方如表5所列。3．4噴涂當(dāng)今涂裝界將氟涂料涂裝設(shè)備分為噴涂與滾涂兩種。粉末涂料可采用靜電噴涂、熱噴涂和流化床浸涂等方法涂覆，而液體涂料可采用噴涂和浸涂等方法。表4鑄鐵磷化液配方原料名稱用量/g?lT工藝條件Zn(H2P04)230Zn(N02)280H3B037游離酸度6點(diǎn)總酸度70點(diǎn)磷化溫度65°C磷化時間15min表5鑄鐵常溫四合一刷涂磷化液配方原料名稱用量/g?l-1工藝條件ZnO5H3PO475NaMo043Zn(NO3)220游離酸度45-60點(diǎn)總酸度105-140點(diǎn)磷化溫度室溫磷化時間5min常見的氟涂料噴涂工藝為：將配制好的氟樹脂不粘性涂料裝人噴槍料斗內(nèi)，用凈化的壓縮空氣進(jìn)行噴涂。噴槍壓力為0.4-0.6MPa，噴涂距離為200?250mm。在噴涂過程中，一般一次噴涂厚度控制在0．Ol—O．02mm范圍內(nèi)，否則在高溫塑化過程中易出現(xiàn)龜裂和皺皮。將涂裝好的工件置于烘箱中干燥10?20min,再送到馬弗爐中塑化，塑化溫度為340—380C，塑化時間為10?30m