第六章 涂料的成膜与干燥

1、第六章第六章 涂料的成膜与干燥涂料的成膜与干燥第一节第一节 有机涂料的成膜机理有机涂料的成膜机理第二节第二节 涂膜的干燥方式涂膜的干燥方式第三节第三节 固化设备的分类及选用固化设备的分类及选用第四节第四节 烘干设备及设计烘干设备及设计复习题复习题本章教学要求本章教学要求1了解涂膜干燥机理，善于选择干燥方法；了解涂膜干燥机理，善于选择干燥方法；2了解固化设备分类及选用的基本原则；了解固化设备分类及选用的基本原则；3 清楚对流加热和辐射加热各自的工作原理及优缺点。清楚对流加热和辐射加热各自的工作原理及优缺点。 第一节第一节 有机涂料的成膜机理有机涂料的成膜机理涂料的固化涂料的固化泛指液态漆膜或粉末

2、状态涂膜转变成固泛指液态漆膜或粉末状态涂膜转变成固态涂膜的过程。态涂膜的过程。涂料成膜主要靠物理作用和化学作用来实现的。依据其涂料成膜主要靠物理作用和化学作用来实现的。依据其成膜物质的性质，分为成膜物质的性质，分为非转化型涂料非转化型涂料和和转化型涂料转化型涂料两种。两种。 第一节第一节 有机涂料的成膜机理有机涂料的成膜机理一、非转化型涂料一、非转化型涂料仅仅靠物理作用成膜靠物理作用成膜的涂料称之为非转化型涂料。的涂料称之为非转化型涂料。非转化型涂料本身就是大分子，固化前后分子结非转化型涂料本身就是大分子，固化前后分子结构不会发生变化无化学作用。构不会发生变化无化学作用。液态的非转化型涂料湿膜

3、的干燥方式通称为挥发液态的非转化型涂料湿膜的干燥方式通称为挥发干燥，它靠涂料中溶剂或分散介质的挥发而成为干燥，它靠涂料中溶剂或分散介质的挥发而成为固体涂膜，可以在常温下进行，也可以在加温下固体涂膜，可以在常温下进行，也可以在加温下进行。进行。热塑性粉末涂料的涂膜，只需要加热使其熔融形热塑性粉末涂料的涂膜，只需要加热使其熔融形成连续的涂膜，冷却即得。成连续的涂膜，冷却即得。 返回返回 第一节第一节 有机涂料的成膜机理有机涂料的成膜机理二、转化型涂料二、转化型涂料 靠化学反应交联成膜靠化学反应交联成膜的涂料称之为转化型涂料。的涂料称之为转化型涂料。 转化型涂料固化前后分子结构会发生变化，分子量较小

4、的树脂转化型涂料固化前后分子结构会发生变化，分子量较小的树脂通过缩合、加聚或氧化聚合交联成网状大分子的固态涂膜。通过缩合、加聚或氧化聚合交联成网状大分子的固态涂膜。 转化型涂料包括：转化型涂料包括： 烘干聚合型涂料烘干聚合型涂料如氨基烘漆、自反应性丙烯酸烘漆等，通如氨基烘漆、自反应性丙烯酸烘漆等，通过加热缩合反应固化成膜。过加热缩合反应固化成膜。 固化剂固化型涂料固化剂固化型涂料如不饱和聚酯、环氧、聚氨酯、丙烯酸如不饱和聚酯、环氧、聚氨酯、丙烯酸等双组分涂料则通过加聚反应固化成膜。等双组分涂料则通过加聚反应固化成膜。 氧化聚合型涂料氧化聚合型涂料如酚醛漆、醇酸漆、环氧酯涂料、聚氨酯如酚醛漆、醇

5、酸漆、环氧酯涂料、聚氨酯改性油等依赖空气中氧的作用氧化聚合反应固化成膜。改性油等依赖空气中氧的作用氧化聚合反应固化成膜。 返回返回 第一节第一节 有机涂料的成膜机理有机涂料的成膜机理第二节第二节 涂膜的干燥（固化）方式涂膜的干燥（固化）方式自然干燥自然干燥（在常温下呈自然状态干燥，俗称自干或气干）（在常温下呈自然状态干燥，俗称自干或气干）加热干燥加热干燥（固化）（固化）低温（低温（100以下）热风干燥（加热方式以对流为主，也采用辐射方式）以下）热风干燥（加热方式以对流为主，也采用辐射方式）中温（中温（100150）烘干烘干高温（高温（150以上）烘干以上）烘干 干燥干燥（固化）（固化）紫外线固

6、化紫外线固化电子束固化电子束固化照射固化干燥照射固化干燥 第二节第二节 涂膜的干燥方式涂膜的干燥方式加热方式有对流、辐射等加热方式有对流、辐射等涂涂膜干燥场所应具备下列条件：膜干燥场所应具备下列条件：a、烘干室内或自干场所要清洁，无灰尘，空气要干净。、烘干室内或自干场所要清洁，无灰尘，空气要干净。b、温度应符合涂料的技术要求，过高过低都会影响干燥、温度应符合涂料的技术要求，过高过低都会影响干燥 效率和效率和涂涂膜质量。膜质量。c、空气要流动。、空气要流动。d、无论在自干场所，还是在烘干场所都要设置排风装、无论在自干场所，还是在烘干场所都要设置排风装 置。置。 第二节第二节 涂膜的干燥方式涂膜的

7、干燥方式1、自然干燥、自然干燥 即在常温条件下湿膜随时间推移逐渐干燥。即在常温条件下湿膜随时间推移逐渐干燥。自然干燥的速度与涂料的组成、涂膜厚度、施工环境自然干燥的速度与涂料的组成、涂膜厚度、施工环境条件如气温、湿度、通风和光照等都密切相关。条件如气温、湿度、通风和光照等都密切相关。不同不同的季节，气温的高低，阳光的强弱，空气中的湿度及的季节，气温的高低，阳光的强弱，空气中的湿度及天气阴晴的变化，对涂料的干燥影响很大。天气阴晴的变化，对涂料的干燥影响很大。 返回返回自然干燥自然干燥 第二节第二节 涂膜的干燥方式涂膜的干燥方式2、加热干燥、加热干燥 又可分为烘干和强制干燥，前者系指靠加又可分为烘

8、干和强制干燥，前者系指靠加热使涂膜固化，后者系指采用低温烘干办法来促进自热使涂膜固化，后者系指采用低温烘干办法来促进自干型涂料的成膜或干型涂料的成膜或溶剂、溶剂、水分挥发（缩短干燥时间）。水分挥发（缩短干燥时间）。烘干规范烘干规范（即烘干温度和时间）取决于被烘干的涂料（即烘干温度和时间）取决于被烘干的涂料类型、工件材质及热容量和加热方式等因素，一般用类型、工件材质及热容量和加热方式等因素，一般用温度温度时间的变化曲线图表示（时间的变化曲线图表示（P214）。）。 烘干时间烘干时间包括升温时间和保温时间。包括升温时间和保温时间。返回返回工业制品工业制品,农产品烘干干燥农产品烘干干燥,加热加热 第

9、二节第二节 涂膜的干燥方式涂膜的干燥方式烘箱跟踪器标准报告烘箱跟踪器标准报告 第四节第四节 烘干设备及设计烘干设备及设计3、照射、照射固化干燥固化干燥是是借助于能量照射实现化学配方（涂料、油墨和借助于能量照射实现化学配方（涂料、油墨和胶粘剂）由液态转化为固态的加工过程。胶粘剂）由液态转化为固态的加工过程。 电子束固化电子束固化（EB，Electron beam curing）利用电子加速器产利用电子加速器产生的高能电子流，直接引发化学反应，在极短的时间内形成固生的高能电子流，直接引发化学反应，在极短的时间内形成固体漆膜。电子束固化涂料组成与紫外光固化涂料相似，主要差体漆膜。电子束固化涂料组成与

10、紫外光固化涂料相似，主要差异在于异在于一般一般不需要光引发剂，也不受颜料的影响。目前主要不需要光引发剂，也不受颜料的影响。目前主要品品种种为不饱和聚酯树脂、丙烯酸型低聚物。为不饱和聚酯树脂、丙烯酸型低聚物。 紫外线固化紫外线固化（UV，Ultra-Violet Ray）紫外光固化涂料中的光紫外光固化涂料中的光引发剂或光敏剂吸收紫外线光谱（波长引发剂或光敏剂吸收紫外线光谱（波长200nm-350nm）中的某）中的某些特殊波长的光而产生断键情形，这些断键的物质再去撞击单些特殊波长的光而产生断键情形，这些断键的物质再去撞击单体和预聚合体而产生连锁反应，瞬间将涂料由液态变成固态体和预聚合体而产生连锁反

11、应，瞬间将涂料由液态变成固态。紫外光固化不适合形状复杂的制品，难以固化不透明的有色涂紫外光固化不适合形状复杂的制品，难以固化不透明的有色涂层。层。 返回返回管式辐射器管式辐射器 第二节第二节 涂膜的干燥方式涂膜的干燥方式 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则一、按形状和工件的通过方式分类一、按形状和工件的通过方式分类二、按所用能源分类二、按所用能源分类三、按加热方式分类三、按加热方式分类 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则一、一、 按形状和工件的通过方式分类按形状和工件的通过方式分类烘干室可分为通过式、箱式（即死端式

12、）和多行程烘干烘干室可分为通过式、箱式（即死端式）和多行程烘干室室 。根据被涂物进出烘干室的进出口端的结构不同，通过式根据被涂物进出烘干室的进出口端的结构不同，通过式烘干室又可分为直通式、桥式和半桥式（又称烘干室又可分为直通式、桥式和半桥式（又称“U”型）型）烘干室。烘干室。返回返回 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则箱箱 式式通过式通过式多行程式多行程式(a)(a)死端单室式死端单室式（）单行程间歇通过单室式（）单行程间歇通过单室式（）单行程连续通过桥式（）单行程连续通过桥式（）双行程连续通过半桥式（）双行程连续通过半桥式 第三节第三节 固化设备的分类

13、及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则桥式烘干室桥式烘干室的被涂物进出口端有一定的倾斜角（悬挂式输送的倾的被涂物进出口端有一定的倾斜角（悬挂式输送的倾斜角为斜角为200-350；地面输送为；地面输送为150-170左右。桥式烘干室也可设左右。桥式烘干室也可设计成隐含式，以减少热损失）。计成隐含式，以减少热损失）。循环风机循环风机电加热管电加热管送风道送风道工件工件 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则直通桥式炉直通桥式炉 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则组合式固化炉组合式固化炉 第三节第三节 固化设备的分类

14、及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则双行程连续通过半桥式炉双行程连续通过半桥式炉 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则双向箱式烘干室双向箱式烘干室 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则死端箱式炉死端箱式炉 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则二、按所用能源分类二、按所用能源分类 涂装用烘干室的加热源有：气体燃料（天然气、煤涂装用烘干室的加热源有：气体燃料（天然气、煤气、石油液化气）、油（轻质柴油、煤油）、电、气、石油液化气）、油（轻质柴油、煤油）、电、蒸汽等。蒸汽等。P2

15、13。返回返回1、电加热烘道、电加热烘道 电能使用方便、干净，温度容电能使用方便、干净，温度容易控制，但成本高。电加热适用于易控制，但成本高。电加热适用于对流、辐射对流、辐射等等加热方式。加热方式。电加热电加热固化炉固化炉 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则2、燃气烘道、燃气烘道 P224直接加热式直接加热式气体燃料通过燃烧室燃烧以后与空气体燃料通过燃烧室燃烧以后与空气混合直接送进烘道（产品表面质量要求不太高时气混合直接送进烘道（产品表面质量要求不太高时采用，如底漆烘干）。采用，如底漆烘干）。间接加热式间接加热式通过热交换器间接加热烘道内的空通过热交换器

16、间接加热烘道内的空气（产品表面质量要求特别高时采用，如面漆气（产品表面质量要求特别高时采用，如面漆、罩、罩光漆光漆烘干）。烘干）。燃气燃烧燃气燃烧是否是否完全，完全，受受燃烧嘴的结构和燃气与新鲜燃烧嘴的结构和燃气与新鲜空气的混合比例空气的混合比例等等因素因素影响。影响。 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则液化气燃烧喷嘴循环风机烘道热电偶探头3、燃油烘道、燃油烘道 以柴油作燃料，在燃烧室燃烧后，再以热交换器间以柴油作燃料，在燃烧室燃烧后，再以热交换器间接加热烘道内的空气。以油作为燃料，生产成本低接加热烘道内的空气。以油作为燃料，生产成本低廉，但燃烧系统设备

17、比较复杂，一次性设备投资较廉，但燃烧系统设备比较复杂，一次性设备投资较大。大。4、蒸汽烘道、蒸汽烘道 以过热蒸汽通过蒸汽热交换器加热烘道中的空气。以过热蒸汽通过蒸汽热交换器加热烘道中的空气。烘道结构简单，但工作温度一般不超过烘道结构简单，但工作温度一般不超过100，只能，只能用于工件前处理后的烘干工序和自干但能采用低温用于工件前处理后的烘干工序和自干但能采用低温烘干的涂料。烘干的涂料。 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则辐射加热辐射加热对流加热对流加热 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则三、按加热方式分类三、按加热

18、方式分类(P213)1 1、热风循环对流加热、热风循环对流加热受热方式由外向内。受热方式由外向内。适合结适合结 构复杂的工件加热构复杂的工件加热。2 2、辐射加热、辐射加热由内向外涂层基材同时受热。由内向外涂层基材同时受热。适合结适合结 构简单的工件加热构简单的工件加热。3 3、辐射、辐射对流加热对流加热适用于任何情况。适用于任何情况。返回返回 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9紫紫 绿绿 桔黄桔黄 波长波长/m 蓝蓝 黄黄 红红 0.35 正常的可见光正常的可见光 0.75 红外线区红外线

19、区0.32 外可见光外可见光紫外线区紫外线区 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则 光的不同波长示意图光的不同波长示意图 高红外辐射（全波段辐射）高红外辐射（全波段辐射） 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则E短短E中中E长长 E短短E中中E长长 第三节第三节 固化设备的分类及选用的基本原则固化设备的分类及选用的基本原则辐射元件辐射元件辐射元件结构辐射元件结构热源热源钨丝，温度高达钨丝，温度高达22002400，辐射短波，辐射短波 高能红外线。高能红外线。热源外罩热源外罩石英管，外表温度约石英管，外表温度约800，辐射

20、中，辐射中 波红外线。波红外线。定向反射屏定向反射屏如铝反射罩，温度可达如铝反射罩，温度可达500600， 辐射低能量远红外线。辐射低能量远红外线。对流对流辐射加热辐射加热 辐射辐射对流加热能实现快速固化的对流加热能实现快速固化的3个条件：个条件：a、保证工件在固化过程中上中下温度均匀；、保证工件在固化过程中上中下温度均匀；b、不论工件大小、质量如何，加热元件能瞬间提供、不论工件大小、质量如何，加热元件能瞬间提供 大能量的热源；大能量的热源；c、保证工件表面达到较高温度。、保证工件表面达到较高温度。先辐射后对流，利用辐射升温快的优点，使工件升先辐射后对流，利用辐射升温快的优点，使工件升温并使溶

21、剂挥发，再利用热风对流保温，保证烘干温并使溶剂挥发，再利用热风对流保温，保证烘干质量。质量。 第四节第四节 烘干设备及设计烘干设备及设计一、选用一、选用、设计烘干室考虑设计烘干室考虑的原则（的原则（P217） a、质量性能方面、质量性能方面：加热区温度场分布均匀。：加热区温度场分布均匀。 b、节省能源方面、节省能源方面：减少热量辐射，做到能源回收：减少热量辐射，做到能源回收 利用。利用。 c、易维修性、易维修性 d、符合当地法规要求、符合当地法规要求 第四节第四节 烘干设备及设计烘干设备及设计二、二、选用烘干室加热形式应选用烘干室加热形式应考虑考虑的的因素因素a、涂料所要求的固化温度和时间、涂

22、料所要求的固化温度和时间b、工件的材质、尺寸大小和形状复杂程度、工件的材质、尺寸大小和形状复杂程度 c、涂层的颜色、质量要求、涂层的颜色、质量要求 d、用户的能源供应状况、用户的能源供应状况 e、产品的生产批量大小、产品的生产批量大小 第四节第四节 烘干设备及设计烘干设备及设计 包括：包括：烘干室室体、烘干室两端的进出口壳体、加热烘干室室体、烘干室两端的进出口壳体、加热系统、温控系统等组成系统、温控系统等组成 。1、烘干室的室体、烘干室的室体 作为作为烘干室的保温壳体，一般内壁采用镀锌钢板，外壁烘干室的保温壳体，一般内壁采用镀锌钢板，外壁采用冷轧钢板采用冷轧钢板刷漆或彩涂板刷漆或彩涂板，中间填

23、充不同厚度的保温，中间填充不同厚度的保温层。通常是插板拼装式结构层。通常是插板拼装式结构（P219）。2、烘干室两端的进出口壳体三种设计形式、烘干室两端的进出口壳体三种设计形式 a、设置上下升降和左右、设置上下升降和左右开启开启的炉门的炉门 b、设置斜式进出口端或垂直升降式进出口端、设置斜式进出口端或垂直升降式进出口端 c、烘干室进出口端设置风幕间隔区段、烘干室进出口端设置风幕间隔区段（P218） 第四节第四节 烘干设备及设计烘干设备及设计三三、烘干室的组成烘干室的组成2022-3-232022-3-23烘干室室壁的插板拼装设计烘干室室壁的插板拼装设计岩岩 棉棉外外 板板硅酸铝板硅酸铝板接缝（

24、放大）接缝（放大）内内 板板烘干室进出口端结构示意图烘干室进出口端结构示意图炉炉门门左左右右开开启启2022-3-232022-3-23桥式烘干室端部桥式烘干室端部(适用于悬挂式输送链适用于悬挂式输送链)“ ”字型烘干室端部字型烘干室端部(适用于地面滑撬输送适用于地面滑撬输送)2022-3-232022-3-23循环空气风幕（循环空气风幕（P227）直接加热的热空气风幕直接加热的热空气风幕3、加热系统、加热系统（ P222 ） 加热系统一般由风管、空气过滤器、空气加热器和风机等部件组加热系统一般由风管、空气过滤器、空气加热器和风机等部件组成，而风管又由送风管和吸风管组成，它们在烘干室内布置的方成，而风管又由送风管和吸风管组成，它们在烘干室内布置的方式较多，无论哪种设计，结构设计上都不应存在死角，防止产生式较多，无论哪种设计，结构设计上都不应存在死角，防止产生气涡，避免热风短路。气涡，避免热风短路。4、烘干室的电控和测温记录系统、烘干室的电