涂装工艺之涂层干燥

1、1 2 涂于木材表面的液体涂层，逐渐转 变成固体漆膜的过程称作涂层干燥或涂 层固化。 在整个涂饰工艺过程中，是不可忽 视的一道工序，没有合理的涂层干燥过 程和方法，就不可能获得优质高效的装 饰保护漆膜。只有对涂层的固化机理， 影响因素以及生产实用的干燥方法有所 了解，才能正确的干燥涂层，并获得好 的漆膜质量。 3 一、涂层干燥意义一、涂层干燥意义 为了保证涂饰质量，全部涂层不管是中间的或是 最后的（包括腻子、着色、填孔、打底、面漆等） 都必须经过适当的干燥，才能进入到下道工序加工。 如果干燥不得当，由于溶剂挥发或者在成膜时物理 化学变化的影响，常会在成膜过程中，出现一系列 毛病或引起漆膜的破坏

2、，根本达不到预期的质量要 求。例如：腻子、底漆尚未干燥，就涂上面漆，则 会由于底漆中残留溶剂的作用和不断干缩的影响， 使漆膜发白、起皱以及开裂。有的面漆（如PU漆） 可连续涂饰几遍，但每遍必须表干后才能涂下一遍。 因此说，干燥工序的重要性，不亚于涂饰涂料。 4 在涂饰涂料的全过程中，涂层干燥所花 费的时间与涂饰涂料以及漆膜修整等工序所 用时间的比例极不均衡。涂饰几分钟，干燥 几小时，十几小时。因此，如何加速涂层的 固化，在生产实践中，具有很大实际意义。 按照涂料的实际干燥情况，涂层干燥可分 为三个阶段，即表面干燥、实际干燥和完全 干燥。 表面干燥的特点：液体涂层刚刚形成一 层微薄的漆膜，灰尘质

3、点落上已经不再被粘 住而能够被吹走，有时也叫此阶段为防尘阶 段。 5 实际干燥的特点：漆膜可以经受进一步 的加工打磨和抛光。但不是漆膜已经全 部干透了，制品还不能使用。这个阶段漆膜 还在继续干燥，硬度在增加，涂层还会有下 渗现象。 完全干燥的特点：漆膜真正完全干透， 漆膜不能再下渗，漆膜所应达到的装饰、保 护性能指标已完全具备，制品可以投入使用。 一般完全干燥时间为24小时10天。 6 二、涂层固化机理二、涂层固化机理 以前我们讲过，根据成膜干燥机理，涂料 可分为“挥发干燥型涂料和固化干燥型涂 料”。 但就其液体涂料的干燥类型来讲，涂层 的固化可分为溶剂挥发成膜漆类，氧化成膜 漆类和聚合成膜漆

4、类三大类。 1、挥发成膜漆类、挥发成膜漆类 即挥发型漆。涂饰后，主要是由于溶剂挥发的 物理过程，使涂层粘度逐渐增大，溶剂挥发终了， 涂层即完全干燥，形成固体漆膜。如虫胶漆、硝基 漆，过氯乙烯漆等，均属此类。 7 挥发型漆最大的特点是干燥快。从涂料组成看， 影响挥发型漆干燥速度的因素主要是溶剂的类型及 其混合比，成膜物质与溶剂的关系等。 低、中、高沸点溶剂，影响其干燥速度和干燥质 量。一般挥发型漆多采用混合溶剂。 挥发型漆涂饰后，涂层上部溶剂的挥发速度决 定于溶剂的沸点，但涂层内部的溶剂蒸发时，要穿 越整个涂层，所以挥发的快慢不仅决定于溶剂的蒸 气压（溶剂的蒸汽压高，其沸点就低，易挥发）， 还决

5、定于溶剂与成膜物质的关系。有的成膜物质对 溶剂有一种吸留性，即成膜物质对溶剂的释放性差。 同一溶剂在从释放性好的成膜物质溶液中挥发时， 从开始到最后都是一个速度，在一定时间内挥发完 毕，而在释放性差的成膜物质溶液中，挥发到后期， 挥发速度很低，需要很长时间才能把部分残余溶剂 挥发完。 8 2、氧化成膜漆类、氧化成膜漆类 如酚醛漆、醇酸漆等含有大量植物油的油性漆， 以及天然大漆都属此类漆。 这类漆成膜时，既有溶剂挥发的物理过程，也 有氧化聚合反应的化学过程。当将此类漆涂于物体 表面，油类分子中的不饱和脂肪酸吸收空气中的氧， 发生一系列复杂的氧化聚合反应，使成膜物质的分 子量增大，由小分子变成大分

6、子，最后变成网状体 型结构的高分子漆膜。由于氧化聚合反应速度慢， 所以干燥速度较慢。为与此相适应，则采用200#溶 剂汽油，松节油等高沸点溶剂。油与树脂的类型不 同，油度、催干剂的类型等都将影响其干燥速度。 9 3、聚合成膜漆类、聚合成膜漆类 除上述两类以外的漆类，如聚氨脂漆，不饱和聚 酯漆，光敏漆等统称为聚合型漆。 此类漆成膜过程比较复杂，既有溶剂挥发的物理 过程，更主要的是由于各种类型的聚合或缩合的交 联化学反应，而形成网状体型结构高分子漆膜。如： *双组分羟基固化型聚氨脂漆的固化，是由于多 异氰酸酯与含羟基聚酯之间的加成聚合反应的结果。 *不饱和聚酯漆的成膜，是由过氧化物引发剂，引 发不

7、饱和聚酯游离基聚合反应的进行，并与单体交 联固化成膜。 10 *光敏漆的固化是由于紫外线激发光敏剂 分解游离基引发光敏树脂与单体交联反应而 聚合成膜。 所有这些聚合型漆的固化速度与成膜性 能，常受所用固化剂，引发剂的品种，数量 以及紫外线的辐射功率等因素影响，其特点 各不相同。 三、干燥速度的影响因素三、干燥速度的影响因素 在施工过程中，影响涂层干燥速度和成 膜质量的因素有：涂料类型、液体涂层的厚 度、干燥场所的温湿度、通风条件、加热涂 层的方法、设备和干燥规程等等。 11 *不同类型涂料的固化速度差别很大，挥发型漆干 燥快，油性漆干燥慢，聚合型漆的干燥情况相差很 大。 *一次涂饰较薄的涂层，

8、对干燥速度和成膜质量都 有好处，但总施工周期较长。 *要有相应的通风措施，有适宜的空气流通，以便 及时排走溶剂蒸汽。但新鲜空气的供应质量以及涂 层表面的风度，应经过计算和试验，不能随便吹风， 防止影响质量。油性漆干燥，要及时供应氧气。 *对于空气湿度，大部分涂料在相对湿度为45 60%的空气中干燥最为合适。如空气过分潮湿，不 仅干燥过程缓慢，而且漆膜模糊不清，也容易出现 其它质量问题，尤其对挥发型漆更加重要。对干燥 速度影响不明显，但对成膜质量关系很大，尤其当 气温低，相对湿度高时，涂层极易产生“发白”现 象。 12 对于油性漆，当相对湿度超过70%时，对 干燥速度的影响比温度对其的影响还要显

9、著。 同一品种的油性漆，在北方施工（温度低、 湿度低），要比在南方施工（温度高、湿度 高）干燥要快些。但也不是空气越干越好， 要考虑对木材含水率的影响。 *温度的影响，在所有的施工影响因素中， 温度最重要。当涂层周围空气温度高，或者 基材表面温度高，或者涂层本身温度高，都 会加速涂层的流平，改善成膜质量。因此， 温度（热能）对任何漆种涂层干燥的物理与 化学变化过程，都会促使其加速进行。 13 但是，木材表面涂层的加热温度是有限制的，加 热时，基材制品也被加热，温度过高，会引起含水 率变化，可能造成木材的收缩以及制品的翘曲开裂， 胶接和胶贴的木制品，当超过60时，会显著降低 胶接强度。挥发型漆的

10、涂层，干燥温度超过60时， 溶剂激烈挥发，表层迅速干固，内部溶剂蒸汽到达 表层时容易形成气泡。所以，采用人工干燥方法， 表面温度一般不宜超过60。 在制定涂层干燥规程时，应针对具体条件（涂料 类型、涂层厚度、加热方式等）进行试验确定。一 般经验： *涂饰染料水溶液，加热不超过60。 *油性漆比60高些，但不超过80。涂层不宜 过厚，否则涂层下部供氧困难，会大大延长干燥时 间。 14 *挥发型漆涂层，一般在4050，常采取低、高、 低分段加热方式，以免开始溶剂激烈蒸发形成气泡。 *对于蜡型聚酯漆涂层，适宜的温度是1530， 如果温度低于15，石蜡会在涂层内结晶，引起漆 膜模糊；而当高于30时，涂

11、层胶凝进行很快，溶 入漆中的石蜡来不及全部浮出，使表面固化情况恶 化，漆膜模糊发粘，无法研磨。 非蜡型聚酯漆的涂层，可以在较高的温度条件下 固化。 从生产效率的角度来考虑，干燥越快越好，但 干燥速度的提高，必须以保证质量为前提，即速度 应该服从质量。我们说每种涂料在一定的干燥条件 下，都有一个合理的干燥时间，不可强求任何品种 的涂料都要干燥很快，而应该经过试验，慎重选择 和确定干燥规程。 15 第二节 涂层干燥方法 目前用于木材涂饰的涂料干燥方法有两 大类，即自然干燥和人工干燥。前者是在常 温条件下的自然干燥，干燥时间长；后者则 是采用各种人工措施加速涂层的固化，以缩 短干燥时间。 人工干燥包

12、括：木材预热干燥，对流 干燥，红外线辐射干燥和紫外线干燥。分述 如下： 16 一、自然干燥一、自然干燥 不采用任何人工措施，利用自然的温度条件，进 行涂层干燥的方法。方法简单，不需任何设备，不 用复杂技术，不消耗过多能源，但是干燥时间长， 生产率低，占地面积大，涂层容易沾附灰尘。 自然干燥条件指的是室温，即1825，相对 湿度4560%左右，所以对干燥场地，也应控制其 温度和空气流通情况。我们说，温度高，湿度低干 燥快，反之温度低，湿度高则干燥慢，并容易出现 质量问题。一般地讲，自然干燥的温度不能低于 10，相对是湿度不高于75%，加强改善空气的流 通情况。 17 二、对流干燥二、对流干燥 对

13、流干燥也称热空气（或热风）干燥，即 首先将空气加热到4080，然后再用热空 气加热涂层的一种干燥方法。一般挥发型漆， 在4060条件下干燥，非挥发型漆，可在 6080的条件下干燥。 对流加热时，涂层的上表面先开始接触 热空气，在干燥初期，表层的溶剂蒸发也最 强烈。热量从表面开始，逐渐扩及内部涂料 与木材的交界处最后被干燥。见图。 18 干燥时，热量的传递方向与木材溶剂蒸汽的跑出方向正 相反，因此，干燥初期在涂层表面形成的硬膜，阻碍着涂层 内部溶剂蒸汽的自由排出，这样就延缓了涂层的干燥过程， 甚至影响漆膜的质量，因为当涂层内部急剧蒸发的溶剂蒸汽 继续排出时，冲击表面已形成的硬膜，其结果就可能是漆

14、膜 表面出现针孔或气泡。 1-已干燥的涂层 2-未干燥的液体涂层 3-基材 19 针对这一情况，在进行对流干燥之前，应先在常 温（20左右）条件下静置（陈放）一段时间，根 据涂料中挥发分组成的不同，可预先静置520分钟， 以便使大部分溶剂蒸发，然后再在较高的温度下使 涂层进一步干燥。 为了获得优质漆膜，干燥规程可分段进行。如硝 基漆涂层干燥时，开始干燥时温度低些（20 25），此时溶剂激烈蒸发，然后提高加热温度 （4045），这时溶剂已不大量蒸发，涂层基本 固化，最后再降低温度（2025），使漆膜稳定， 结束干燥。至于每段干燥时间长短，根据涂料种类 和涂层厚度来确定。 20 如前面讲过，影响涂

15、层固化的因素，除温 度外，还有气流的速度和方向，相对湿度， 干燥装置内的气体容积及换气情况等。 对流干燥比自然干燥快很多，在国内外家 具与木材加工企业生产中应用较广泛，较普 遍。 对流干燥需有专门的干燥装置，以便使热 量不致散失，并使加热空气能按一定方向循 环，及时排出含有大量溶剂蒸汽的空气。 按照作业方式，干燥装置可分为周期式 和连续式两种。 21 3-热风干燥室 22 三、预热干燥三、预热干燥 预热干燥法就是在涂饰涂料之前，预先将 木材表面加热，当涂饰涂料之后，由木材蓄 积的热量传递给涂层，促进涂层内溶剂的蒸 发以及化学反应的进行，从而加速了涂层的 固化一种干燥方法。 预先加热材料表面，对

16、涂层干燥是十分 有利的，因为这时热量的传递是自下而上的 进行，热量是从木材传到涂层，与溶剂蒸汽 蒸发的方面一致。于是，首先是涂层的下层 被加热，涂层自下而上干燥固化，涂层中的 熔剂蒸发可以顺利地从涂层中散发出来，从 而缩短了干燥时间。见图。 23 1-溶剂继续蒸发的液体涂层 2-从下面开始逐步干结的漆层 3-基材 24 预热木材表面可以采用热接触，热辐射或热风对流等 方法。 用预热法干燥涂层，还能改善成膜质量，由于涂料 一接触热的木材，粘度立刻降低，这就有助于改善其在 木材表面的流平性。另外，由于木材经过预热，木材表 面管孔中的空气膨胀，部分被排除，所以漆膜起泡的现 象明显减少，有利于改进成膜

17、质量。 采用预热法时，涂料的组成，木材表面温度和涂饰 涂料的方法，对流平情况和漆膜质量都有影响。预热法 用于快干涂料时，效果较显著（如挥发型漆类）；对于 慢干涂料（油性漆），则往往只能起辅助作用，这是因 为木材的热容量较小，预先蓄积在木材上的热量，对于 慢干涂料的涂层干燥过程来说，是很不够的。 25 对于涂饰方法来讲，预热法干燥涂层，适 用于辊涂或淋涂法涂饰涂料，此时效果较好； 如果进行喷涂，由于涂料微粒落在热的木材 表面上蒸发太快（几乎在瞬间），涂料的流 平情况反而不好。 预热法在国外应用较多，如家具板式部件， 地板、门板、方料、门框以及装饰板等的涂 层干燥。 由于在涂饰涂料之后的第一阶段里

18、，挥 发分激烈蒸发，因此对于经过预热并涂饰过 涂料的零部件，还需要有一个专门的场所 （干燥室或干燥装置），用于稳定涂层，并 装设较大的通风系统。 26 四、红外线辐射干燥四、红外线辐射干燥 1、电磁辐射的产生原理、电磁辐射的产生原理 我们都知道，物质都是由分子和原子构成，并 且分子和原子都有电子绕其运动。通常情况下，分 子和原子处于一定稳态，每个稳态对应一定的能量 值。如果分子受热或其它能量激发，就能从低能态 跃迁到高能态，但这种能态并不稳定，又会自发地 跃迁回到原来的状态或较低的能态。当分子在两个 能态之间自发跃迁时，分子就能发射出电磁波。分 子的能量不同所发射电磁波的波长也不同，红外线、

19、可见光、紫外线都在其中。当电磁辐射的频率与涂 料分子的（自身）振荡频率相同或接近时，就可以 加速涂料分子与原子之间的相对振动，靠激烈的摩 擦产生热量，加速涂层固化。 27 2、红外线性质、红外线性质 当我们用一个三棱镜透射太阳光时，可以把它分成 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色可见光，另外， 在红色光和紫色光以外还存在着肉眼看不见的辐射 线，这就是红外线和紫外线。红外线、可见光、紫 外线都是电磁波，其区别仅仅在于波长不同。不同 波长的电磁波排列在一起，就构成了电磁波谱，按 波长顺序，它们是这样的： 宇宙射线 r射线 x射线 紫外线 0.20.4微米（um） 可见光 0.40.75微米（um） 红

20、外线 0.751000微米（um） 微波 28 由此可见，红外线是波长比微波短而比可见光 长的一段电磁波。红外线具有一定的辐射能，以辐 射的方式传递热能。当一束红外线投射到物体表面 时，见图。 一部分被物体表面 反射，其余部分射入物体 内部，而进入物质内部的 红外线，一部分将透过物 质，其余部分被物质吸收， 在这个过程中辐射能转变 为热（能），由于这种自 发热效应直接产生在物体 内部，所以能快速有效地 加热物体。 29 通常将红外线分成两部分，波长小于5.6 um，离红色光较近的称为近红外线；波长大 于5.6um，离红色光较远的称为远红外线。 红外线的产生与温度有着密切的关系。自 然界里任何固

21、体或液体在其温度大于绝对零度 （-273）时，都会辐射红外线。其辐射能量 的大小和按波长的分布情况，直接由物体的表 面温度决定。物体表面的辐射能量与物体表面 绝对温度的四次方成正比，即： Wb=T4（W/m2） 式中： 常数 5.67310-8W/m2 k4 T温度（K） 30 因此，红外线加热时，都设法提高辐射元 件的温度。另外，一个物体的温度越高，越 能辐射波长较短的近红外线，而温度较低时 能辐射波长较长的远红外线。 红外线和可见光一样，都是直线传播，传 播速度也与光速（3108cm/s）一样。 不同物质对红外线反射、吸收和透射的 情况是不同的，即使是同一物质，也因其结 构和表面状况的不同

22、而有差异。同一物体对 不同波长的红外线，其反射、吸收和透射的 情况也不同。 31 3、红外线辐射干燥、红外线辐射干燥 各种物质对红外线辐射都有一定的吸收能 力，但其吸收能力的大小及相应的吸收波长 范围，随物质不同而不同。 当用近红外线辐射涂层表面时，其辐射能 量约10%被涂层吸收，约30%被涂层表面反射， 其余约60%透过涂层被基材吸收，转化成熟能， 从涂层下面加热涂层（同预热干燥相似）。 当用远红外线辐射涂层表面时，约有 50%的辐射能被涂层吸收，涂层表面对红外线 的反射率很低，低于5%，余下的约45%是被 基材吸收，转化成熟能，从涂层下面加热涂 层。 32 涂料能很好地吸收红外线辐射能，是

23、因为这些 有机高分子物质的振荡波谱为3-10 um，对3-50 um 的远红外线能很好的吸收，是由于辐射的红外线频 率与涂料高分子物质的分子振荡频率相匹配，引起 涂料高分子产生激烈的分子共振现象，涂层内部迅 速均匀加热，加热速度快，效果好，所以，用远红 外线比用近红外线干燥涂层的效果更高、更好。 红外线干燥特点： （1）干燥速度快，干燥时间比热空气对流干燥可缩 短35倍； （2）干燥质量好，可以避免或大大减少由于熔剂挥 发而产生的针孔、气泡等现象。 33 （3）升温迅速，热效率高（直接传递热能）。 （4）操作简单，温度调节方便。 （5）由于直线传播，对形状复杂的工件，红外 线照射不到的部位不易

24、干燥，应考虑辐射器 的排列方式，特别是反射板的设计，必须考 虑尽量提高照射效率。 （6）由于涂层升温迅速，短时间内（20 30min）涂层固化，有时溶剂来不及蒸发，也 影响成膜质量，应加以控制。 （7）温度过高，漆膜有变色变脆的危险，淡 红色的漆膜往往更容易变色。 34 4、远红外线辐射器、远红外线辐射器 远红外线辐射器也称辐射元件，它是远红 外线加热的主要设备。远红外线辐射器常用的 有三种：即管状、灯状和板状。为适应不同形 状的零部件干燥，也常有其它异型的辐射元件。 各种类型的辐射器，其结构都包括两个基本部 分热源和远红外线辐射层。 通常采用的热源有电热、气体燃烧热和蒸汽热， 应用最多的是用

25、电阻丝加热。当辐射层被热源 加热后，其表面即辐射出与其温度相适应的红 外线辐射能量。 35 辐射层由远红外线辐射材料和金属或 陶瓷基体组成。能够有效的辐射远红外线 的辐射材料很多，如某些金属的氧化物、 碳化物、硼化物和氮化物等，目前常用的 有铁、钛、锆、铬、锰和钇等金属氧化物。 根据使用对象，选择一种或几种混合制成 与被加热物体的红外线吸收特性相匹配的 辐射材料。 36 37 5、红外线辐射干燥室、红外线辐射干燥室 当采用远红外线辐射干燥涂层时，常用一 定数量的远红外线辐射器组成连续式远红外线 辐射干燥室。干燥室应根据生产的具体条件加 以设计。 设计时注意选择合适的辐射器，并合理配 置，确定最佳的辐射温度和辐射距离，干燥室 内的保温和通风等。 38 39 五、紫外线干燥五、紫外线干燥 紫外线干燥又称光固化，是利用紫外线照射光敏 漆涂层，使其迅速固化的一种干燥方法。 1、紫外线光源、紫外线光源 如前所述，紫外线也是一种电磁波，波长在 0.20.4 um，但和红外线干燥机理是不同的，红外 区的光只能加速分子的振动，而紫外光的能量很大， 可以使分子断链，形成自由基。光敏漆中由于含有 光敏剂，当在紫外线照射下，吸收一定波长的光能 而分解产生游离基，引发光敏树脂与单