【嘉宝莉】美术涂料在工程机械行业中的研究与应用

发布人：网络部  访问： 次 发布时间：2015-10-10 13:51:02

    0引言
    美术涂料除了具有一般涂料的防护功能外，还具有很强的装饰作用，富有立体感和闪烁感，广泛应用于内饰、工艺品等的表面涂装。美术涂料在物体表面既起到了保护及装饰作用，又提高了产品的附加值，得到广大用户的青睐，渐渐成为装饰行业中一种高档的装修材料。
    随着科技的迅猛发展，市场竞争的加剧，对工程机械外观装饰性要求日益提高，为了满足用户个性化的需求，高装饰、高环保、低消耗已经成为大型工程机械行业美术涂装技术领域的发展趋势。美术漆的种类和范围在不断地发展和变化，新的美术涂料与涂装技术不断涌现，锤纹漆、橘纹漆、洒点漆等遮丑涂料，裂纹漆、珠光漆、变色龙漆等高装饰性涂料的出现与应用，不仅使产品外观更加多姿多彩，更能给人们带来强烈的精神感染和视觉享受。本文就目前在工程机械行业使用较多的几种美术涂料的特性、原理及其现场施工性能进行了综述。
    1裂纹漆
    1.1裂纹漆简介
    裂纹漆又称皮纹漆，是美术漆的一种，是将与底漆色彩明显不同的裂纹面漆喷涂于被涂物表面形成纹纹理均匀、变化多端、错落有致、极具有立体美感的裂纹效果而得名。
    1.2裂纹漆形成原理
    在裂纹面漆成膜过程中，由于溶剂的快速挥发，导致面漆漆膜内部因受力不均匀而产生裂缝，表现出不规则的裂纹间隙，从而使与裂纹面漆色彩不同的底色漆在裂纹间隙中显露出来，形成良好、均匀的裂纹图案。一般裂纹底漆与面漆二者颜色反差越大，立体感越强，效果越好。
    研究表明，裂纹形成取决于涂料、涂层之间的相互作用力。当涂料处于孤立状态时，各方向均匀收缩；当涂料在底材上时，漆膜除了受自身收缩拉力和拉伸力之外，还受到底漆流动性的影响，导致面漆收缩不均衡产生应力集中，当这种应力大于涂膜的拉伸强度时，就会开裂，形成裂纹。反之，当底漆没有柔韧性时，面漆就不会产生应力集中，不会开裂；且当面漆应力小于漆膜大拉伸强度时，也不会开裂。裂纹效果的形成在很大程度上与涂料的组成有关，当涂料分子链的薄弱环节较少、结合强度小时，开裂时裂纹就会比较平直（如图1a-1c）；反之，当分子链条结合强度大，开裂点就比较多，形成弯曲且参差不齐的皮纹效果（如图1d）。为例保证裂纹喷涂的大小和均匀度，在生产中裂纹漆一般应用于小型工件的喷涂，如围板、箱盖等装饰性平面。
    1.3裂纹漆施工性能
    1.底材选择：喷涂裂纹漆的底材选取广泛，钢板、木材、玻璃钢和塑料制品均可。
    2.涂料选择：为保证工程机械产品较好的防腐性、外观装饰性和环保性，一般选用双组份的环氧型皮纹底漆、水性树脂面漆和固化时间稍长的柔性固化剂，涂料涂层配套体系。因为如果固化时间太短，将很难控制面漆的涂装过程，漆膜开裂困难且效果差，考虑环保和安全，水性面漆成为目前越来越多的选择。
    3.涂装工艺：裂纹漆的喷涂工艺与普通油漆喷涂工艺相同，一般为：底材前处理—喷涂裂纹底漆—干燥—喷涂裂纹面漆—干燥—喷涂清漆—干燥。由于裂纹漆自身疏松，并且对底层漆缺少应有的附着力，因此在裂纹漆的表面上还必须喷涂清漆，以增加对裂纹漆的粘结强度和对底漆的附着力。
    4.各工序喷涂工艺要求及注意事项：裂纹漆能否在工件表面呈现出均匀、美观的图案，除了与该裂纹漆本身的性能有关外，更与相应的涂装工艺技术和环境密切相关。生产过程中，必须注意以下影响因素，保证裂纹漆工艺正常高效的实施。（1）施工前必须在已喷涂底漆的小样板上喷涂式样，根据裂纹大小的效果，选择好裂纹面漆的施工粘度、漆膜的厚度、调节好喷枪的形状、气压、出漆量（定型），控制喷枪走速、距离、喷涂手法、雾化状况、油漆调配颜色比例。（2）底漆喷涂后进行流平自干，漆膜达到表干状态后即可湿碰湿喷涂裂纹面漆。与常规产品不同之处在于，裂纹底漆不能干燥至实干状态，否则会影响底漆和面漆间的附着力，得不到裂纹效果。（3）面漆喷涂时厚度以完全盖住底漆颜色为准，具体可以根据想要获得的裂纹大小，控制漆膜厚度。裂纹开裂时一般从边缘开始逐渐扩向中间，裂纹初期阶段纹路较浅且细，随着时间的延长，裂纹逐渐长大加深加粗。一般漆膜厚裂纹大，漆膜薄裂纹小，开裂速度较快，膜厚均匀一致，则裂纹大小一致，均匀美观。若需要大裂纹效果，则底漆膜厚应厚一些，而裂纹漆也应多喷2-3次，且气量不需太大；若要小裂纹则相反。（4）喷涂清漆后，为使漆膜获得较好的硬度，一般进行烘干处理。高温150℃烘干，漆膜硬度最高，中温80℃烘干漆膜硬度其次，常温自干漆膜硬度最差。（5）温湿度的选择：由于裂纹漆对温度、湿度较为敏感，因此环境湿度过大、温度过高、过低均不宜施工，为避免产生不良效果，一般以温度25摄氏度，相对湿度75%为佳。现场温度较高时，溶剂挥发较快，需要尽快喷涂面漆，否则底漆过分干燥，裂纹不易出现。水性裂纹漆的开裂通常是在喷涂面漆之后的20min-40min内开始的，根据环境温度、湿度和涂层厚度也会有所差异。一般喷涂环境温度高，开裂的快一些。即使是密闭空气不流通的环境，也完全可以形成裂纹。（6）另外喷涂油性漆和水性漆的喷枪也要分开使用，否则容易对漆膜造成二次污染。
    2珠光漆
随着机械产品面漆涂装高装饰化（高鲜映性、高亮度、高闪光彩色化）需求的日益提高，使得具有珠光效应、闪光效应和随角异色效应的金属闪光漆和珠光面漆的应用逐渐增多。
    2.1随角异色效应
      金属颜料和珠光颜料在涂膜中的排列状态对随角异色效果影响较大。即在同一入射角下，随观察者视角的变化，涂膜的明度发生强烈的变化。如果片状颜料在涂膜中呈无规则排列，则光线照射在这些颜料上呈现漫反射，随角异色效应很小；如果片状颜料在涂膜中的排列呈现有规则的取向，则入射光在其表面呈现定向的反射，结果在某一角度观察，反射光强度很大，而在其他角度观察，光强度均很弱，造成强烈的随角异色效果[1]。
    2.2珠光漆形成原理
    金属漆又称金属闪光漆，因在涂料中掺杂了细微的金属颜料（如铝粒、铜粉等）而得名，在金属漆的外面，还加有一层清漆予以保护。形成涂膜后，金属颜料在不同层次中呈定向排列，光线射到金属粒子上后，又被粒子透过漆膜反射出来，因此看上去好像金属在闪闪发光一样。改变金属粉末颗粒的形状和大小，就可以控制金属闪光漆膜的闪光度。
    珠光漆又称云母漆，是金属闪光漆的一种，因在涂料中加入了珠光颜料而得名。珠光效应的产生是由于加入了包覆有二氧化钛和氧化铁的云母颜料[2]。（1）光线射到云母颗粒上后，先带上二氧化钛和氧化铁的颜色。（2）入射光经过颗粒均匀、粒径细小的颜料薄片，又发生复杂的折射和干涉。（3）结合云母本身具有特殊的、具有透明感的颜色。使得可见光在二氧化钛膜和云母表面经过两次反射，两次反射光在一定条件下产生光干涉效应。这样，可见光经过多次反射与折射作用，重新投入到人眼中，因此，珠光漆就给人一种五光十色的、琳琅满目、好像珍珠片在闪闪发光的深度感和层次感。
    2.3珠光漆施工性能
    涂装工艺过程注意事项：珠光漆的光泽来自漆膜深层，珠光粉是透明薄层小片，介质越透明失光越少。因此在制漆过程中要尽量避免使用遮蔽性的颜料及易引起浑浊的添加剂。在漆膜中，珠光颜料薄膜涂层的排列尽量与漆膜表面平行，以呈现出更绚丽的珠光效果（如图2a-2f）。因此涂装过程中，尽量让湿膜产生足够的流动性，保证颜料颗粒能够自动达到平行取向。如三一重工的泵车、起重机整车金属珠光漆、特雷克斯起重机驾驶室珠光漆、徐工起重机、消防车上使用的水钻漆等因其闪烁的金属珠光效果而成为展会上闪耀的焦点。
    3变色龙漆
    3.1变色龙漆简介
    变色龙油漆是一种借助其他物质产生颜色变化的一种特殊油漆。一般分为：温变油漆、紫外光变色油漆、不同角度自然光变色油漆（变色龙）。温变油漆内部含有遇热可引起化学反应而变色的微胶囊，紫外光变色是含有感光变色的微胶囊遇到紫外线产生颜色激发所显示出的颜色。
    3.2变色龙漆形成原理
    变色龙油漆的核心技术在于新型的纳米车漆。将纳米及二氧化钛与铝粉混合颜料/纳米二氧化钛包覆的云母珠光颜料，添加到涂料中，使涂层能产生神秘而富有变换的随角异色效应[3]。
    产生机理如下：一般认为，纳米级的二氧化钛具有纳米粒子特有的表面效应、体积效应紫外屏蔽和随角异色效应，因而在涂料助剂中得到广泛的应用。具有金红石型结构的纳米二氧化钛具有随角异色效应，即从不同的角度去观察，涂层具有不同的颜色[4]。纳米二氧化钛既可以让可见光透过，又对可见光有一定程度的遮盖，导致透射光在铝粉和二氧化钛表面反射就产生了不同的视角效果。
    当入射光射到纳米二氧化钛粒子时，由于粒径小，蓝色光会发生较强散射，绿色光和红色光会发生较强的反射（呈黄相），随着观察角度的不同，漆膜表面呈现不同的色相。纳米二氧化钛添加在金属闪光面漆中，能使传统流行的各色面漆大增光彩，备受人们青睐。含有纳米二氧化钛的金属闪光面漆涂装的变色轿车最早由美国福特公司于1989年制造成功。变色龙油漆是在调整过的金属漆中加入特种云母粉而形成的。因云母特殊的形态（很薄的片状）对光的反射有方向性，所以变色龙油漆涂层会随着视线角度的改变而显现出不同的颜色[5]。
    3.3变色龙漆施工性能
    变色龙油漆喷涂过程与正常产品相同，面漆干燥之后，在清漆里面添加适量变色粉末，搅拌均匀后，喷涂在面漆表面，形成不同变色效果的试板（如图3a-3d）。喷涂清漆前，面漆尽量烘干，避免变色粉末的渗入，影响变色效果。
    变龙色汽车并不是色彩真的在变化，只是从不同角度看上去，车身色彩不一样，其核心技术在于新型车漆。如何降低变色漆的施工成本将是人们研究的新课题。
    4遮丑涂料
    大型工程机械设备由于板材表面粗糙和平整度差，造成表面凹凸不平。采用特种涂料如洒点漆、橘纹漆、锤纹漆等在工件表面形成具有立体感的漆膜，不仅能掩盖产品表面的凹凸不平，又能减少刮涂腻子、打磨时间，减轻了员工劳动强度，简化了工艺流程，缩短了生产周期，节省了原材料，且消除了后期腻子开裂隐患，是目前大型机械行业较为理想的装饰性涂料。
    4.1洒点漆
    洒点美术漆是指在产品表面涂装好像滴滴水珠的油漆，是一种既能保护物体表面并具有美术感的油漆，常用于仪器仪表、设备和金属制品等外表面的涂饰。洒点漆外观漂亮，装饰性强，可掩饰被涂物体表面较浅的机械伤痕及粗糙不平整表面缺陷。
    洒点形状的形成主要靠喷涂技巧，涂装施工时一般要喷涂2次。先按常规的喷涂工艺施工，均匀覆盖底漆，待其完全干燥后，选用直径较大的喷嘴，在较低的气压下，将稠厚的漆液喷成稀疏的雨点状漆点洒在工件表面上，漆液点来不及流平溶剂已经挥发，从而形成大小均匀、间距基本一致的滴滴水珠的形状（如图4a-4b）。满刮腻子工艺需要高技能水平腻子工，且漆膜存在开裂的隐患。而洒点漆工艺经过实际应用，美观效果明显，可操作性较强，通过选择合适的枪帽，控制适当的喷涂压力，洒点漆调至合适的施工粘度，能够达到较好的洒点效果。目前洒点美术漆工艺在FAYAT压路机的外观结构件、BAUERCG26的配重、徐工起重机的配重以及临工、龙工、山推等装载机等产品的配重上应用效果较好。
    4.2橘纹漆
橘纹漆由树脂、助剂（含橘皮剂）、稀释剂和颜料等制备而成。因能在工件表面形成类似橘子皮或皮革的质感而得名[7]。喷涂合格的橘纹漆纹路清晰，立体感强，能很好的掩饰各种金属表面粗糙不平的缺陷，起到美术装饰的效果（如图4c-4d）。
橘纹漆的施工工艺与常规涂料相同，喷涂时，需要先喷涂打底的防锈底漆，待底漆覆盖均匀，完全干燥后，再使用普通低压喷枪进行面漆喷涂即可。一般橘纹面漆需喷涂两道，现场施工时可以根据需要的橘纹大小控制油漆的粘度和走枪的速度。目前我公司起重机产品已经在吊钩上率先使用了橘纹漆工艺，不仅提高了吊钩喷涂的工作效率，而且提高了产品的外观装饰性。
    4.3锤纹漆
    锤纹漆由合成树脂、非浮型铝粉、助剂和溶剂等制成。锤纹的形成是利用喷枪的喷溅产生厚薄不均的浅盆圆斑，圆斑内的非浮型铝粉沉淀，清漆上浮，与颜料形成分界线。同时溶剂挥发产生旋涡，在硅油助剂的协同作用下，带动下沉的铝粉旋转，铝粉被排挤在漆点的周围，显示出浅盆状的锤花。铝粉在浅盆状膜面的反射光线产生干涉，呈现出锤纹[6]。铝粉颜料形成锤纹主要是借助喷涂的各个涂料点在物体表面能流展到互相联接，铝粉因旋转面形成一个接一个碟子似的漩涡清漆略浮于铝粉上面，这样就使得这些漩涡显现出闪烁着铝金属光泽和均匀美丽的锤纹。
    5发展前景
    美术涂料的发展日新月异，不仅仅是科学机理研究和实验室小试阶段的研究不断深入和扩大，而且美术涂料的生产也已经想工业规模化发展。在2014年国际工程机械上海国际宝马展上，多加国际知名顶级工程机械制造企业都使用了形式多样的美术漆，如徐工亮闪闪的水钻漆、三一重工珠光漆、，色彩斑斓的美术涂料不仅为为产品提供了高档次的装饰效果，而且提升了产品的附加值，更满足了客户个性化的需求，在工程机械行业大有发展前途。
    随着工程机械制造技术日趋成熟，客户对机械产品外观的要求更加严格，进一步开发外观丰富多彩、功能日趋完备的工程机械功能美术涂料将成为涂装工作者的研究热点。

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