涂料及加工简介-0317课件

油漆(Paint)

人類老祖先在20世紀前就懂得從大自然界之動植物淬取油脂作為擦拭塗料,後人稱其為生漆或油漆.塗料(Coatings)

由於科技在化工領域之精進,進而從化學合成去提煉,由單純碳水聚合物演變成多原體聚合物,以液態形式存在,方便於成所有物件之噴塗加工.油漆與塗料塗料的主要功能美觀裝飾保護標示其他特殊功能塗料的分類與名稱

用途建築塗料、汽車塗料

船舶塗料、木器塗料

施工與硬化方式噴塗、手刷、粉體塗裝浸漬塗裝烘烤、UV硬化

功能防火塗料、導電漆防銹塗料

成膜物質硝化棉樹脂醇酸樹脂壓克力樹脂環氧樹脂聚酯樹脂塗料外觀粉體塗料、液體塗料

漆膜外觀

金油、色漆、消光漆銀粉漆、珍珠漆樹脂主要類型醇酸(Alkyd)聚酯(Polyester)纖維素(Cellulose)

硝化棉(Nitrocellulose,NC)

醋丁纖維素(CAB)壓克力或稱丙烯酸(Acrylic)聚胺酯(Polyurethane,PU)環氧(Epoxy)硬化劑

三聚氰胺或稱美耐皿(Melamine)

聚異氰酸酯(Polyisocyanate)

聚胺(Polyamine)

聚醯胺(Polyamide)PU屬性環氧屬性顏料

無色彩顏料鈦白粉（二氧化鈦）黑煙（碳黑）

彩色顏料無機顏料有機顏料

效果顏料鋁粉珠光粉

填充料碳酸鈣、硫酸鋇

矽酸鋁

銹顏料

磷酸鋅、三聚磷酸鋁有機溶劑

脂肪族類乾洗油、環己烷

芳香族類甲苯、二甲苯酯類 醋酸乙酯、醋酸丁酯醇類丁醇酮類丙酮,環己酮(Aone)醇類

ECS,BCS醚醇酯類

CAC,PMACPU可用硬化劑-N=C=O+H-O-預聚物-N=C-O-H-O-硬化劑預聚物Pu化學反應結構硬化劑

:

聚異氰酸酯(Polyisocyanate)預聚物

:

醇酸(Alkyd)聚酯(Polyester)壓克力或稱丙烯酸(Acrylic)溶劑:環己烷,甲苯,二甲苯,醋酸乙酯,醋酸丁酯

丙酮,環己酮,CAC,PMACPu漆-N=C=OH-O---N=C=OH-O---N=C=OH-O---N=C=OH-O---N=C-O--O-H--N=C-O---N=C-O-H-O---N=C-O--

PU漆是由多數高碳水化合物飽和單分子鍊加上溶劑與硬化劑而組合成之液體,其單分子鍊特性是分子鍊尾部留有羫基(OH),其硬化過程須介由硬化劑與樹脂來鍊結成網狀結構,而溶劑介由烘烤加熱揮發,樹脂即可硬化成膜,故PU漆漆抗溶劑及耐候性較佳.硬化流程:去塵預熱噴塗靜置烘烤-O-HH-O--N=C-O----N=C-O----UＶ固化是一種光化學的反應過程，紫外線固化塗料的物質包括：

1.預聚物(Pre-polymer﹑Oligomer)2.單體稀釋劑(MonomerDiluent)3.顏料(Pigment)4.光起始劑(Photo-initiator)5.添加劑(Additive)

當有適當的波長和能量的紫外光透射該塗膜時，其中的光起始劑便分解成游離基。這些游離基能接著引發預聚物和單體上的不飽和基團發生快速的加成聚合反應。由於採用的是多官能單體和預聚物，更由於這類游離基反應所顯現的化學特性，使得塗膜會迅速轉化成不可溶的交聯(Cross-linked)網狀結構。UV塗料內含UV固化過程由如下若干獨特的步驟組成：1.光起始劑受到200~400nm波帶的UV輻射照射時因激發分解生成游離基。2.該游離基和UV固化樹脂體系中的雙鍵反應，形成增長鏈。

3.該增長鍵進一步反應，形成類似乙烯基聚合物溶液的那些聚合物鍵。如果增長鍵的分子含有一個以上的雙鍵，自然就會產生”交聯網絡”結構，與游離基引發的乙烯基聚合相比，丙烯酸樹脂的活性大的多，因此會產生更多的接枝。

UV塗料固化結構4.UV塗料因紫外線燈源所含的紅外輻射而造成額外的溫度上升。關於交聯網絡，要較詳細說下幾點：a.為提高固化效率，往往要使用光起始劑和光增感劑混合物。b.單体稀釋劑通常單官能、雙官能或三官能基。當然有可使用更多官能基的分子。c.預聚物一般為雙官能的，但可做更改。

UV塗料固化結構紫外線固化過程基本概念

在介紹UV固化之前，我們必須將乾燥和UV固化的觀念釐清，所謂乾燥，是在材料上加上30%左右的溶劑，利用加熱，或在常溫下等待很長的時間，讓含有的30%溶劑達到完全的揮發，而變成固態，而UV固化方式，則為UV液態材料是100%的樹脂，一但經過UV光線照射後，瞬間從液態變成固體。紫外線固化與傳統乾燥比較時，有下列各項優點：

＊無溶劑揮發，完全沒有空氣污染的問題。

＊不用烘烤，沒有能源的浪費。

＊減少加工所需要的設備及空間。

＊縮短加工時間，提高工作效率及產量。

＊降低加工成本。單體稀釋劑(MonomerDiluent)

單体稀釋劑加入黏稠的預聚物是為了改善黏度、著度以及固化塗膜的特性，例如：柔性和硬度。單体稀釋劑可分為單官能基(即每個分子一個雙鍵）和多官能基（及每個分子有幾個雙鍵）。單官能基單体包括聚合反應常用的單体，如丙烯酸２－乙基己酯，多數是易燃和易揮發的。多官能基單体也具有揮發性低和閃點高的特性，有的對皮膚刺激性也小。單体稀釋劑之所以很重要，除了因為它們對黏度和施工流變性的影響外，還有下列原因：1.它們與光起始劑體系都是決定體系固化速度的主要因素。

2.它們把高分子量的預聚物分子連結在一起，而且依靠它們的官能基，通常對加速完全固化有顯著貢獻。3.它們增進或改善固化塗膜的性能。在為某種用途選擇單体稀釋劑時必須考慮下列重要性質：

黏度、溶解性、揮發性、閃點、氣味、毒性、對UV的活性、官能基、玻璃轉化溫度(Tg)、聚合時的收縮率百分比和表面張力等。單體稀釋劑(MonomerDiluent)光起始劑

光起始劑可簡單定義為能吸收“輻射能”，經過化學變化產生具有引發聚合能力的活性中間體的那類分子。而且一般，相對於單體稀釋劑和預聚物，光起始劑在體系中濃度較低，事實上，光起始劑必須在其本身不會對固化後聚合物的化學和物理性質產生不良影響的用量時能起作用。

光起始劑在於UV固化機構中主要是能提供經照射輻射能後所生成可導致聚合反應的“游離基”活性中間体）。經常遇到的情況是共價鍵破裂，生成某種化學粒子，它們可能復合重新形成原分子，也可能各自分離與周圍分子碰撞而反應，或經過內部重排，直至達到能量上穩定的體系為止。這些過度粒子可稱為“活性中間体”UV燈種類一般在工業界所使用的UV燈有二種，一種為所謂傳統電極式UV燈，另一種為FUSION公司所發展的無電極式微波點燈UV燈，此僅對傳統電極式UV燈做簡述。傳統電極式UV燈管就好像一般家裡使用的日光燈管，其主要結構包括四大部分：

1.燈管一般此類UV燈管我們稱為中壓水銀燈，燈管材質是石英玻璃，直徑約1英吋，內含水銀與游離氣體，燈內的水銀在室溫是液態，燈管二端的電擊通電後，會產生電弧（Arc），燈管的溫度上升使水銀產生汽化。

UV燈種類這段汽化時間，一般稱做暖機暖機時間約從20秒到幾分鐘左右，工作時其石英玻璃表面溫度介於攝氏600度到800度，燈管功率規格是以電極間單位長度(每公分或每英吋)所輸出的功率，較常見的有80Watt/cm(200Watt/in)和120W/cm(300W/in)兩種，強度更高的燈管如160W/cm(400W/in)也漸漸在市場上可以找到，除中壓水銀燈管外，一種稱為金屬鹵素燈(MetalhalideLamp)的UV光源也可在市面上找到，其與中壓水銀燈管之差別是所產生光譜之分布有所差異，一般而言，金屬鹵素燈管的壽命較中壓水銀燈管的壽命來的短，而且光譜較容易偏移；電極式水銀燈管由於在工作中，會有電極燃燒的現象發生，因此使用時會慢慢的衰減，這是電極式水銀燈先天上無法避免的缺點，在正常操作下前1000小時會衰減大約15%左右或更多。

2.反射鏡與快門此部份主要是用來支撐燈管，並提供燈管兩端部分的適當冷卻，反射鏡內有反射片，是用來反射UV能量，使其達到最有效率的使用，大部分反射鏡的設計是採聚焦方式，以得到最好的反射效率，因電極式UV燈的暖機時間較久，為了配合使用者在暫時不用的情況，又不能將UV燈關閉，因而設計快門裝置來補償此缺陷，但因快門長時間工作在高溫狀況，所以時間久了，難免可能發生快門開與關不順的機械問題，而造成使用者的困擾。UV燈種類＊光子沒有照到光起始劑是無效的。＊無法使光起始劑產生反應的波長光子是無效的，更可引申出幾個影響因素:1.波長(Wavelength)UV固化的過程是因UV塗料內的光起始劑吸收到UV光譜的波長，而產生架橋反應，所以UV波長對光起始劑的反應是相當重要的影響因素，UV的波長其單位為nm，範圍一般是在200~450nm。

ＵＶ燈影響UV固化的關鍵因素-1有些人也將UV波長劃分為：UV-A、UV-B、UV-C三段。

UV-A的範圍：320~400nm或300~450nmUV-B的範圍：280~320nmUV-C的範圍：200~280nm。

沒有UV燈管能產生整個有效的UV範圍，而且並非所有的光起始劑會吸收相同光譜的光子，故選擇合適的UV光譜，對於UV固化速率有很重要的關係，大多數UV短波長對材料表乾有影響，而長波長對材料深處有影響，損失短波長會使塗膜表面黏黏的，失去長波其密著性會變差。ＵＶ燈影響UV固化的關鍵因素-1應力變形噴痕&流影焦化&起蒼光澤不均縮水,毛邊合膠線&包風等現象是如何造成.塑材不良Page:16不良現象-應力

應力此乃塑膠結晶收縮時,因溫度因素產生分子距離移位,而造成收縮比不均之現象,一般又稱為應力帶.影響因素:1.塑料溫度2.公母模仁溫度3.射壓或飽壓切換不當4.飽壓或餵料螺桿提早鬆退飽壓餵料螺桿Page:17不良現象-變形

變形此乃塑膠結晶收縮因分子密度分布不均因素,而造成收縮比不均之現象,亦可說是應力現象之一.影響因素:1.塑料溫度2.公母模仁溫度3.射壓或飽壓切換不當4.飽壓或餵料螺桿提早鬆退5.進料點位置與形態6.結構強度密度高往密度低之方向彎曲減肉全周直牆減肉單點進膠變形方向多點進膠變形方向t<=(3T/4)-((H/5)x0.05)t直牆肉厚T成品平均肉厚H直牆高變形圖解加R角不良現象-噴痕或流影

噴痕此乃塑膠結晶收縮因射出速度與結晶收縮時間急遽,而造成之外觀瑕疵現象,常發生在針點膠口或是直接進膠之膠口處.噴痕流影回壓痕影響因素:1.塑料溫度2.公母模仁溫度3.第一段射出速度過快4.飽壓過大或飽壓切換不當5.進料點位置與形態Page:20不良現象-焦化與起蒼焦化此乃塑膠分子溫度過高,而產生分子烈解碳化現象.起蒼此乃塑膠分子含有過飽和水份而產生水分子汽化現象.碳化物新鮮料水分子汽化空間新鮮料極部分佈–膠口烈解碳化均勻分佈–料管烈解碳化焦化起蒼均勻分佈影響因素:焦化1.塑料溫度過高2.公母模仁溫度過高3.第一段射出速度過快4.進料點太小飽壓過大5.飽壓過大起蒼1.塑料乾燥去水時間不夠Page:21不良現象-光澤不均

光澤不均此乃塑膠成品之母模咬花面花顆粒充填飽和度,所造成之反射光澤差異度.影響因素:1.塑料溫度2.公母模仁溫度3.包風4.射壓與飽壓5.進料點位置與形態Page:22不良現象-縮水縮水此乃塑膠結晶收縮因分子收縮移位,而造成收縮凹陷之現象.Rib與Boss肉厚比t<=(2T/3)-((H/5)x0.05)tRib與Boss肉厚T成品平均肉厚HRib與Boss高影響因素:1.塑料溫度2.公母模仁溫度3.射速,射壓與飽壓4.包風5.進料點位置與形態Page:23不良現象-毛邊毛邊此乃塑膠結晶收縮因分子量敲超過單位空間容量,而造溢出現象.單位空間容量能充填塑膠分子量有其固定比,超過則溢出毛邊,不足則產生縮水.影響因素:1.塑料溫度2.公母模仁溫度3.包風與逃氣4.射速,射壓與飽壓5.進料點位置與形態縮水毛邊Page:24不良現象-合膠線&包風

合膠線&包風此乃塑膠結晶收縮,兩股塑膠分子以上脈衝,因空氣無法有效排泄,而造成塑膠分子無法有效充填現象.空氣影響因素:1.塑料溫度2.公母模仁溫度3.包風與逃氣4.射速,射壓與飽壓5.進料點位置與形態a2a1a3a4

a1,a2,a3,a4:gate結面積Q1,Q2,Q3,Q4:區域容積a1:a2:a3:a4=Q1:Q2:Q3:Q4合膠線a1a2a3a4Page:25底漆塑材底漆顏色UV厚度累積量(焦耳或毫焦)=吸收總量能/單位面積

=(W/cm2ormW/cm2)影響因素1.UV皮膜均勻2.照度均勻且充足3.波長(Wavelength)正確4.底漆顏色UV硬化因素圖解漆之聚抓力

不同材質堆積相鄰分子因交錯重新排列,而產生之聚抓力.聚抓力之吸附力量非分子鍵化學結合,而是不同分子或原子重新排列所造成之聚抓力.塑材

塑材表面層經由稀釋劑膨潤作用,將表面層分子距離拉大,方便噴塗漆分子附著於凹洞內,增加其附著拉力.漆分子表面張力

任何固體表面附著液體時,液體表面會因內聚力效應產生表面張力,當液體塗膜硬化時就會隨物件形狀產生不同膜厚.故選擇塗料應慎選與塑材表面張力能匹配之塗料.一般塗料之表面張力過低則易產生垂流,表面張力過高則易產生橘皮或鬼影.

塑材漆液塑材漆液鋁粉漆、珍珠漆

塗漆為了外觀色彩感覺豐富或增加電氣特性(EMI),抑或是增強耐磨損機能,通常會在塗漆加入珠片粒狀充填物,其材質可分下列物種:

1.金屬鐵合金顆粒耐磨損機能銅金屬顆粒EMI導電漆鋁金屬顆粒仿金屬漆2.雲母片外觀裝飾漆(珍珠漆)珠粒充填物多為片狀且大小又可分為多等級愈小愈貴,因為其分怖密度較均勻,質感較佳.金屬雲母片站珠躺珠abcd

影響珠粒排列因素如下說明:

1.噴槍空氣流量過大致使溶劑快速揮發,使漆液表面張力提高,珠粒則易浮高(a,d),珠粒抗拉力則降低.2.珠粒愈大則與漆液所產生表面張拉愈大,噴塗後則易發生躺珠現象(c,d).而珠粒影響之彩度愈明顯.3.珠粒愈小其分怖密度愈均勻,質感愈佳.4.漆膜厚度與漆之粘綢性,會影響珠片之殖深度(b,c),殖深度愈深抗拉力則愈佳.珠片定向排列因素橘皮

塑材表面之面漆在硬化過程中,因膜厚不均或極部表面張力不一,在硬化過程中收縮率不一,產生外觀面凹凸不均.凹凸不均表層烘烤過速致使底層溶劑不易揮發去塵預熱噴塗靜置烘烤

影響因素如下:1.漆膜厚不均2.塑材表面殘留油脂3.漆在硬化過程中面層硬化過速,致使稀釋劑無法順利揮發產生流平現象.4.塗料攪拌不均.塑材底漆塑材垂流厚度不均面漆膜

液態漆液附著於塑材,乃利用液體之表面張力,若漆液不去攪動它,則液體之表面張力會提高,又因為塑材有五個面(上前後左右),加上面之高低及地心引力作用,而形成漆厚不一,在頂面中間最厚,邊側最薄,前後左右面頂部最薄,根部最厚.

1.噴透明面漆可選PU或UV漆,底漆建議選擇壓克力漆膜厚7~25u,PU面漆膜厚(20~25u)或UV面漆膜厚(8~12u).2.稀釋劑比例是否正確.3.硬化劑比例是否正確.4.烤箱溫度是否正確.5.粘綢劑粘綢係數提高.漆垂流根部溢漆底漆膜塑材毛邊龜裂

塑材表面之面漆在硬化過程中,因膜厚不均或硬化劑鍊結過速,極部表面張力與收縮率不一,而產生外觀面漆龜裂現象.

可能產生原因如下:

1.硬化劑比例過高2.膜厚過大3.靜置實間不夠(溶劑揮發時間不夠)4.爐溫溫度過高5.充填物與樹酯相容性不佳面層漆揮發劑底層漆塑材沙粒

塑材表面之面漆在硬化過程中,因外環境粉塵掉落未乾燥漆面所產生之凸粒,或是噴槍內空氣除溼不良,長時間與硬化劑反應結粒,經由噴槍壓力帶出附著於漆面.注意事項:1.塗裝環境儘量做到無塵(重點在全部塗裝線)2.塑材噴漆前除塵完全3.噴漆段吸漆塵要完全隔離4.噴槍進氣空氣除溼須完全塑材粉塵光澤不均/表面白霧

塑材表面之面漆在硬化過程中,因漆中之硬化劑是一種不飽和官能機分子,在硬化過程中若碰到帶氫官能基分子(羫基),易起化學反應,故環境帶有水氣或噴槍空氣除濕不佳,則造成水氣與硬化劑起化學反應,而預聚物就無法完全鍊結,所以漆面表層會產生結晶白粉,致使光反射不勻與部份樹脂不易硬化.(環境相對濕度低於RH65%)-N=C=O+

H-O---N=C-O--O-H-H-O-H-N=C-O-H-O-H-H-O-硬化劑PU樹脂PU硬膜水分子毛屑塑材面漆毛屑塑材表面之面漆在硬化過程中,因空氣中有毛屑,當面漆尚未硬化,則毛屑因地心引力作用,迫使毛屑沾黏漆面.

汙染來源:1.噴漆室除塵屑未完全2.軌道間及乾燥室受汙染.3.塑材沾黏毛屑除塵未完全椎狀凹孔面層漆溶劑底層漆塑材塑材表面之面漆在硬化過程中,因塑材表面層含有油脂,鹼,指印,離形劑,水氣等,會改變漆膜之面層漆表面張力,在乾燥硬化後表面易形成凹孔或橘皮.另外又有一因素面漆乾燥硬化過速,致使溶劑沉暱於底層漆無法揮發脫離,當溶劑接受適當能量,會產生沸化爆衝脫離面層漆,致使漆表面產生火山凹孔.漆層剝落漆層與塑材表面之結合乃靠聚抓力,塑材表面層經由稀釋劑膨潤作用,將表面層分子距離拉大,方便噴塗漆分子附著於凹洞內,增加其附著拉力.倘若塑材分子密度過大(灌嘴處),溶劑則無法將表面層分子距離拉大,其聚抓力差,若塑材分子密度過稀(合膠線處),溶劑則過度將表面層分子拉大,且形成大凹陷帶,其聚抓力也會變差,故漆之溶劑選擇非常重要.塑材漆分子分子密度過大分子密度過稀正常分子密度顏色檢驗三要素-1

一般顏色檢驗三要素,簡單定義如下:

E=L2+a2+b2

L:實際表面光源–原始表面光源a:紅綠實際光普值–紅綠原始光普值b:籃黃實際光普值–籃黃原始光普值ab+a–a+b–b