氟树脂及其在铸铁表面的涂装

氟树脂及其在铸铁表面的涂装引言不粘性涂料是一种涂层表面不易被其他黏性物质所黏附或黏着后易被除去的特种涂料。这种涂料由于其所形成的涂层表面能极低、摩擦系数小等特点，所以具有不粘性。一般来说，氟树脂不粘性涂料应具有以下特征：单组分、贮存期限长、不污染环境。对所需涂装底材的可涂性（润湿性）好；固化条件温和；不改变底材外观（光学透明）；对底材附着性优异；可再涂；耐溶剂；耐酸和碱；耐久耐磨；耐候性良好；具有挠曲性；易清洗；耐污染；经济。不粘性涂料近年来应用日益广泛，如：家庭用各种锅、烤炉盘；食品工业用搅拌器、滚筒、糖果糕点模具、食品包装机械；塑料橡胶工业用各种模具；造纸、纺织、印染用胶辊等。在电子及办公用品如油印机导辊方面也得到了广泛应用。目前所应用的不粘性涂料主要以氟树脂和硅树脂为主，尤其是氟树脂。氟树脂涂料2．1常用的氟树脂涂料氟树脂是一种结晶性高分子聚合物，具有很低的表面能，化学性能稳定，即使在高温下，浓酸、浓碱、强氧化剂、大多数有机溶剂对它都不起作用，不会产生质量变化或膨胀现象；具有优异的耐高、低温性，能够长期在T95°C〜250°C之间使用。因而，可以由氟树脂与耐高温黏结树脂及适量配合剂制成具有高性能、多用途的防粘涂层。氟树脂有聚四氟乙烯(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为常见。FEP是六氟丙烯(全氟丙烯)与四氟乙烯共聚物，又称全氟代乙丙烯或氟塑料46(F46),是聚四氟乙烯的改性品种，同样有碳和氟2种原子构成，因而成为耐化学品性能最好的有机氟聚合物之一。应用温度比聚四氟乙烯低50C，熔融黏度比聚四氟乙烯低，因此具有好的加工特性，容易制成没有针孔的涂层。FEP的熔点(265C)和热分解温度(380°C)相差大，烧结工艺条件易控制，涂层性能有保证。ETFE是等物质的量的乙烯与四氟乙烯单体聚合而成的热塑性有机氟聚合物，又称氟塑料40(F40)。PFA是四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚聚合物，具有全氟碳链和少量全氟烷基侧链全氟碳，1972年由杜邦公司首先研制成功，商品名为TEFLONPFA。由于全氟烷基侧链的影响，共聚物的熔体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。因此被称为可溶性聚四氟乙烯，PFA涂层是有机氟聚合物中性能最好的一种，在所有使用聚四氟乙烯的地方均可用PFA涂料代替，但价格昂贵限制了PFA的应用。上述氟聚合物涂层与水、正十六烷的接触角如表1所列。表1氟聚合物涂层与水、正十六烷的接触角涂层0水0正十六烷PTFE104°〜108°40°FEP102。〜106°49°〜52°ETFE92°〜96°35°〜41°PFA102°〜106°40°〜52°2．2氟树脂涂覆工艺由于氟树脂具有不粘性，故对金属、陶瓷和玻璃等材料的结合性能很差，为改善涂层对底材的附着力，可采取以下几种措施。一是把基材表面用物理或化学的方法粗化，产生锚定效应，然后再涂氟树脂，利用锚定产生的凸凹，把氟树脂涂层抓牢，提高氟树脂和基材的结合力。常用的化学方法是电解腐蚀和化学多孔膜法；常用的物理方法是熔涂玻璃、氧化铝以及高硬度的金属或合金粉末。二是氟树脂组合物路线，在氟树脂中加人其他化学物质，改善其与基材的黏结性能。助剂和改性剂的种类很多，其中无机类的有金属氧化物、水玻璃；有机类的有金属螯合物以及高分子类的丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚酰胺、聚苯硫醚等。上述类改性分别称之为充填改性、螯合物改性和树脂改性。改性后的涂料有的可兼作底漆，有的可直接在预处理过的基材上涂覆，后者被称之为“一次性涂料”。三是底漆法，即先在基材上涂覆一层底漆，该底漆对基材和氟树脂均有良好的黏结性能。底漆含有氟树脂、黏结剂、聚结剂和液体载体。黏结剂主要是碱金属（锂、钠和钾）的硅酸盐类、聚酰胺酸的胺盐和聚苯硫醚等。聚结剂通常是能溶解聚酰胺盐的有机溶剂，如N—甲基吡咯烷、二甲基酰胺等。载体用常规试剂，与各组分无反应，且能全部挥发，不影响涂层的性能，然后在底漆上涂覆氟树脂。3氟树脂涂料在铸铁表面的涂装氟树脂不粘性涂料喷涂的基材主要包括钢、铸铁、铝合金、陶瓷和玻璃等。对于不同的基材，应采用不同的表面处理方法。有机氟聚合物涂料属热塑性塑料，其涂层与基体材料的结合为粘附结合，而不是通过与基体材料反应形成过渡层，所以基体材料的表面预处理尤为重要。铸铁件在工业生产中得到了广泛应用，如造纸、印染、纺织等行业所用的大量滚筒。为了解决涂料、染料、纤维等对滚筒的黏着，可在其表面涂覆氟树脂不粘性涂料。具体工艺如下：铸铁基材一表面处理［脱脂一除锈一磷化（粗化）］+喷涂底漆一干燥一烧结一（喷涂面漆一干燥一烧结一冷却）n—成品。3．1铸铁表面脱脂铸件表面一般采用碱液脱脂，配方如表2所列。表2铸铁脱脂液配方原料名称用量/g・1TNaOH10NaP0450Na2SiO230注：温度为温室，时间为15min。3．2铸铁表面除锈因为铸铁结构疏松、多气孔，所以不宜酸洗，一般采用直接喷砂，同时达到除锈与粗化的作用，对于不易进行喷砂的铸件，可采用表3的配方。表3铸铁除锈液配方原料名称用量/g・lTH2S0420-25NaCl4-5HF1-2.5注：温度为60-70°C，时间为20-30min。3．3粗化与磷化3．3．1粗化粗化方法分为机械加工、喷砂或打磨。较大型铸件一般采用喷砂处理，选用的砂以A1203、金刚砂、石英砂为好，所用砂粒细度以140pm（100目）或180pm（80目）为最好，太粗或太细的砂粒都不合适。用0.55〜0.6MPa干燥洁净的压缩空气为动力，喷距为150mm，喷射角为30°一75°，将磨料高速喷射到铸铁表面，将其表面杂质彻底清除干净使涂层与基体有良好的附着力。喷砂完毕后，立即用干燥洁净的压缩空气清理基体表面，再用溶剂清洗一次，尽快喷涂。3.3.2磷化磷化处理即是把金属件放入磷酸盐溶液中进行处理的过程。通过处理，金属表面形成一层灰黑色细致而紧密的不溶解的磷酸盐保护膜，提高了金属基体与涂料的附着力、抗腐蚀性，可作为涂装的良好底层。铸铁磷化液配方如表4所列。对于大型铸件来说，宜采用“四合一”刷涂磷化处理工艺（除油、除锈、磷化、钝化一步完成)。铸铁常温四合一刷涂磷化液配方如表5所列。3．4喷涂当今涂装界将氟涂料涂装设备分为喷涂与滚涂两种。粉末涂料可采用静电喷涂、热喷涂和流化床浸涂等方法涂覆，而液体涂料可采用喷涂和浸涂等方法。表4铸铁磷化液配方原料名称用量/g・lT工艺条件Zn(H2P04)230Zn(N02)280H3B037游离酸度6点总酸度70点磷化温度65°C磷化时间15min表5铸铁常温四合一刷涂磷化液配方原料名称用量/g・l-1工艺条件ZnO5H3PO475NaMo043Zn(NO3)220游离酸度45-60点总酸度105-140点磷化温度室温磷化时间5min常见的氟涂料喷涂工艺为：将配制好的氟树脂不粘性涂料装人喷枪料斗内，用净化的压缩空气进行喷涂。喷枪压力为0.4-0.6MPa，喷涂距离为200〜250mm。在喷涂过程中，一般一次喷涂厚度控制在0．Ol—O．02mm范围内，否则在高温塑化过程中易出现龟裂和皱皮。将涂装好的工件置于烘箱中干燥10〜20min,再送到马弗炉中塑化，塑化温度为340—380C，塑化时间为10〜30m