水基弹性涂料在丁腈橡胶制品上的应用1加香机

发布时间：2022-07-21 19:20:52 来源：泓佳机械网

水基弹性涂料在丁腈橡胶制品上的应用

【中国牛涂网，NTW360.com新闻资讯】

于海，高晶，杨堃（中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司）

摘要：丁腈橡胶导管受其条件限制，在运输、存储、安装及使用过程中经常发生弯曲形变，常用的溶剂型防护涂料的延伸率与橡胶导管不匹配，标识丁腈橡胶导管后，无法随胶管的形变而继续附着，出现开裂、脱落等弊病。为此开展水基弹性涂料在橡胶导管上的工艺研究，改进涂层与橡胶管的附着力。本文叙述了对与丁腈橡胶导管延伸率相匹配的水基弹性涂料涂覆丁腈橡胶导管的工艺研究过程，并通过对研究结果的分析及在航空领域的实际应用效果，证实了水基弹性涂料满足丁腈橡胶导管涂覆的工艺要求，优化了丁腈橡胶导管表面清洗工艺，降低了丁腈橡胶制品涂装过程对橡胶基材的侵蚀性，可以代替溶剂型涂料用于丁腈橡胶导管的保护及标识中国机械网okmao.com。

关键词：水基弹性涂料，水性涂料，丁腈橡胶，橡胶制品，漆墨法标识

引言

作为涂装的底材，与钢铁和木材不同，橡胶是高分子化合物，表面能低得多，不利于涂料的附着。而且由于橡胶本身属弹性体，这就要求涂料漆膜的弹性模量在很大的范围内具有相应的可匹配性。同时，不同的橡胶制品对溶解度参数不同的溶剂具有一定的溶解性，这对涂料的溶剂体系的选择及其对涂料附着的影响关系很大。这也是与钢铁基材的重要区别之一。此外，大多数橡胶制品的热变形温度较低，不宜采用加热固化的方式完成涂料的交联固化，这又对涂料的选择和涂装工艺提出更高的要求。由此可见，橡胶用的涂料必须适应多样化的底材并与其表面特性、机械性能、热膨胀性能及热变形特征等匹配，同时赋予其相应的保护，装饰及功能性要求，属于具有特殊要求的一大类涂料。橡胶制品种类繁多，形状各异，批量大小差别很大。涂装方法、表面处理工艺千差万别，其涂装工艺近年来进展很快。

在橡胶制品的涂装工艺中表面处理占有特殊的地位，橡胶的表面能相对较低，又容易带静电吸附灰尘，还可能带有成型加工助剂以及迁移至表面的各类助剂，如脱模剂等。还考虑到为降低表面结晶性的处理，因此，橡胶制品涂装产生缺陷的可能性更大，更复杂。

在航空制造业中，橡胶导管用于空气系统的传输，通常在其表面涂覆不同颜色的涂料以标识橡胶导管的使用压力来实现对其进行保护、标识的作用。涂覆工艺通常采用喷涂、刷涂等方式，然而橡胶导管在运输、存储、使用过程中存在一定的弯曲形变，而普通的溶剂型聚氨酯[1-4]涂料（如TB06-9聚氨酯底漆、TS70-60聚氨酯磁漆）虽具有良好的综合性能，但其延伸率较低，不能随橡胶导管的形变而良好附着，经常出现开裂、脱落等弊病（图1），起不到保护及标识作用。目前没有适合于橡胶类制品表面防护、标识的涂料及工艺方法，需寻求一种适合于橡胶材料表面防护及标识的涂料及工艺方法予以解决，涂覆在夹布胶管表面能很好的满足在该型号上的应用[5-6]。

图1 普通聚氨酯磁漆涂覆后脱落

1·国内外研究现状分析

我国从20世纪80年代开始橡胶工业飞速发展。随着家电行业、汽车行业等从国外引进生产线，与其配套的涂料及涂装线和涂装工艺开始在我国推广和应用。总体来看，我国橡胶用涂料和涂装工艺与先进国家差距较大，我国涂料行业和应用部门对橡胶涂料及涂装的重视程度日益增加。一般常用的橡胶管不需要涂料进行涂装。但是，一些特殊用途的胶管或橡胶套管为了标识和保护的目的也需要涂料涂装。例如输运海水的软管；日本新干线用的外包套管要求与车轮颜色一致，我国航天制造业中要求丁腈橡胶管表面标识色圈。

2·技术特点

橡胶制品涂装的目的与金属、木材等其他底材涂装的要求相同，目的使该制品达到延长使用寿命、美观、增加制品附着力。但是与金属和木材底材涂装的不同之处在于，橡胶基本上不存在腐蚀问题，同时出现了底材附着力的问题。其次，橡胶由于化学结构，加工方法和组成的多样性又决定了其表面状态的多样性，这就增加了涂装中表面处理的分量。从涂装方法的选择上，由于大多数橡胶的热变形温度较金属和木材低得多，因此对烘烤漆和热固化涂料的涂装又有一定的限制。

3·技术难点

3.1 橡胶制品属高分子化合物，表面能与金属材质相比要低得多，不利于涂料的附着，需开展有针对性的表面处理工艺研究；

3.2 橡胶制品在使用过程中的形变远大于金属，普通涂料的延伸率与橡胶表面不匹配，限制了涂料与橡胶制品的附着；

3.3 大多数橡胶不耐有机溶剂，或者溶解，或者溶胀，给涂料的溶剂体系的选择和涂装过程带来麻烦，同时引发一系列的涂装缺陷。橡胶表面如果过度溶胀，待溶剂挥发后，必然产生体积收缩和收缩应力，破坏涂层的附着，降低橡胶的使用性能。在清洗溶剂的选择上必须考虑溶剂对橡胶基材的侵蚀性；

3.4 大多数橡胶的热变形温度较金属低得多，限制了烘烤漆和热固化涂料的涂装；

3.5 目前没有适合于橡胶类制品表面防护、标识的涂料及工艺方法，需寻求一种适合于丁腈橡胶材料表面防护及标识的涂料及涂漆前表面处理工艺方法。

4·研究内容及试验结果

4.1 研究内容

4.1.1 开展适合丁腈橡胶导管表面涂覆的涂料选型工作。

4.1.2 开展丁腈橡胶导管涂漆前表面处理工艺研究。

4.1.3 组织开展水基弹性涂料的涂覆、干燥工艺及对丁腈橡胶基材的侵蚀性（橡胶的质量变化率及体积变化率）研究。

4.1.4 组织开展对水基弹性涂料、TS70-60聚氨酯磁漆、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆的VOC测试、延伸率测试对比研究。

4.2 组织涂料研制

4.2.1 提出技术要求

丁腈橡胶导管受自身材料性能限制，热变形温度较金属低得多，不能采用烘烤漆和热固化涂料的涂装方式，同时，为减小有机溶剂对橡胶基材的侵蚀性，因此在涂料选择方面需从三方面考虑：①涂料可低温固化；②涂料中含有少量的有机溶剂；③涂料的延伸率应大于丁腈橡胶导管在使用中的变形量。基于上述原因，提出同时具备可低温固化、高延伸率的水基涂料技术条件（详见表1）。

表1 水基弹性涂料技术条件

4.2.2 水基弹性涂料理化性能测试

组织研制与丁腈橡胶导管相匹配水基弹性涂料，分别对不同3个批次的水基性涂料进行全面理化性能测试及批次稳定性测试，测试结果均符合技术条件要求（详见表2）。

表2 水基弹性涂料理化性能测试结果

4.3 涂装工艺研究

4.3.1 丁腈橡胶管表面处理、涂漆工艺流程图

丁腈橡胶管表面处理、涂漆工艺流程图

4.3.2 丁腈橡胶表面涂装预处理工艺研究

丁腈橡胶表面存在低表面能、表面光滑、无官能基团、表面弱界面层等特殊的理化性能决定了丁腈橡胶制品进行涂层保护前必须先进行表面预处理。

丁腈橡胶表面处理方法通常选用化学处理法，该方法不受材料表面形貌复杂性的影响，能够均匀地处理制品暴露在外面的任何部位，通常是甲苯、丁酮、丙酮，环己酮、二氯甲烷和甲醇等，根据材料表面性质和溶剂挥发速度将上述溶剂按一定比例配制成混合溶剂。有机溶剂可以除去材料表面的老化产物和粉尘以及材料本体迁移出的各种有机助剂和单体、低分子产物，并产生溶蚀和溶胀作用，增大材料表面粗糙度，提高丁腈橡胶材料本身的附着性能。

该项目采用涂漆前预处理方法为化学处理方式中的溶剂清洗，清洗前对清洗剂进行选型，选择材料为常用清洗剂丙酮、丁酮以及对丁腈橡胶侵蚀性影响较低的脂肪烃类溶剂，通过对比丙酮、丁酮、脂肪烃溶剂对丁腈橡胶导管的质量变化率、体积变化率试验，从而筛选出适合于橡胶导管的清洗剂。

试验方法：截取长度5cm左右的橡胶导管，称重，将橡胶导管分别在丙酮、丁酮和浸润脂肪烃类溶剂内浸泡24h，待溶剂挥发后，再次称量橡胶导管重量，计算胶管的质量及体积变化率，以考核溶剂对丁腈橡胶的侵蚀性。

由表3可以看出，脂肪烃类清洗剂对丁腈胶管浸泡后的质量变化率和体积变化率近为普通涂料的1/2，采用脂肪烃类溶剂清洗丁腈橡胶导管，大大降低清洗过程对胶管的侵蚀性。

表3 溶剂浸泡后丁腈橡胶导管的质量及体积变化率

清洗方法：用干净的擦布或脱脂棉浸润脂肪烃溶剂，轻轻擦拭丁腈橡胶导管表面，去除表面污染物，待溶剂挥发后可进行涂漆，必要时可采用压缩空气吹干。

4.3.3 水基弹性涂料涂覆、固化工艺研究

由于丁腈橡胶类制品的热变形温度较低，限制了热固化涂料的选择，本试验目的筛选出最佳固化条件，以便于生产及后续试验。涂覆方法采用喷涂法，可以避免产生流挂、刷痕等涂装缺陷，涂覆前对不需涂覆的部位进行保护。

试验过程：在温度为10～35℃、相对湿度低于60%环境下，对水基聚氨酯弹性涂料按比例对其进行调配，熟化30min，在橡胶导管涂覆多个长度5cm的色圈，按表4条件固化。

表4 水基聚氨酯弹性涂料干燥条件

结果表明，水基弹性涂料的调配、熟化、喷涂性良好，在室温下7d可完全固化，并不影响橡胶使用性能。

4.3.4 涂料对丁腈橡胶导管的侵蚀试验

丙酮类有机溶剂会对丁腈橡胶导管产生侵蚀，而大多数含有有机溶剂的涂料在涂覆过程中，涂料中的溶剂在挥发的同时也会侵蚀橡胶导管，为验证水基弹性涂料可降低涂覆涂料对丁腈橡胶导管的侵蚀，开展水基弹性涂料、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆和TS70-60聚氨酯磁漆对丁腈橡胶导管的浸泡侵蚀对比试验。

试验方法：在烧杯中盛放水基弹性涂料、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆和TS70-60聚氨酯磁漆的A组分，将橡胶导管放入烧杯中，放置24h后，清洗丁腈橡胶导管，去除表面涂料，计算质量及体积变化率。

由表5可以看出，水基弹性涂料对胶管浸泡后的质量变化率低于普通聚氨酯磁漆1/20，体积变化率低于普通聚氨酯磁漆1/200，大大降低了涂料中的溶剂对丁腈橡胶导管的侵蚀。

表5 涂料浸泡后丁腈橡胶的质量、体积变化率

4.3.5 有机挥发物对比试验

按GB18582要求对水基弹性涂料，按GB18581要求对TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆和TS70-60聚氨酯磁漆进行VOC测试，测试结果见表6。

表6 有机挥发物测试结果

水基聚氨酯弹性涂料VOC含量为100g/L，低于普通聚氨酯磁漆1/4，大大降低了有机挥发物的污染。

4.3.6 延伸率试验结果

分别在10cm长的胶管上涂覆水基弹性涂料、TS70-60聚氨酯磁漆、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2醇酸磁漆，待涂料完全干燥后，将橡胶管绕直径为10mm的圆柱弯曲，胶管两端接触，如此正反两个方向各弯曲10次，检查橡胶管外表面涂层的附着力。结果对比如下：

由图2～图4可以看出，采用水基弹性涂料涂覆橡胶导管后，不开裂、不脱落，附着力明显优于TS70-60聚氨酯磁漆及TB06-9聚氨酯底漆+C04-2醇酸磁漆。

5·应用前景

水基弹性涂料代替普通聚氨酯磁漆、醇酸磁漆在丁腈橡胶制品的应用，避免了生产中因反复补修而造成生产周期拖延及原材料浪费，提高了产品质量及丁腈橡胶管使用的可靠性，涂料涂覆后附着力强，可以起到标识作用。不仅一次性彻底解决了长期遗留的生产问题，也为丁腈橡胶等具有柔韧性能的非金属制品表面的标识涂覆生产提供了强有力的技术保障。

该方法选择了与丁腈橡胶导管延伸率相匹配的涂料，提高了丁腈橡胶导管表面的涂覆质量，减少了涂料及清洗工艺对丁腈橡胶导管的侵蚀，提高丁腈橡胶导管的使用寿命及涂料涂覆的可靠性，同时，减少有害有机挥发物的排放，对推动实现绿色、环保的涂覆生产具有重大意义。可以推广应用于同类橡胶制品的表面防护、装饰及标识生产，不仅适用于航空制造业，而且对国有大、中、小型民用橡胶加工企业橡胶制品的防护、装饰以及标识生产提供了有力的技术支持，对地方科技发展具有良好的推广价值。

6·创新

6.1 针对丁腈橡胶导管标识涂层易脱落难题，提出了丁腈橡胶导管标识专用水基涂料技术条件，并联合研发了该涂料，该涂料具有与丁腈橡胶相匹配的弹性、低挥发性和对丁腈橡胶的低侵蚀性。

6.2 制定了与丁腈橡胶导管标识涂料相匹配的涂装工艺流程，选择了低气味、低溶胀性的表面清洗剂，优化了丁腈橡胶零件涂装前清洗工艺，有利于减少溶剂清洗对橡胶的侵蚀。

参考文献

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[2]翁汉元,我国聚氨酯工业现状和发展展望[J].聚氨酯工业,2001,16(3):1-5

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[5]刘登良,塑料橡胶涂料与涂装技术.化学工业出版社,2000.12

[6]陈丽珠,黄洪,陈焕钦.水性聚氨酯的发展与应用研究进展[J].涂料技术与文摘,2008(05):13-16

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