淺析攪拌對(duì)漆膜涂裝質(zhì)量的影響

毛 喆，胡劍鋒，尹中秋，楊 慶，黃紅武

（1. 航空工業(yè)鄭飛公司， 河南 鄭州 450005； 2. 空軍裝備部駐鄭州地區(qū)軍事代表室， 河南 鄭州 450005）

在噴漆施工前，對(duì)油漆的攪拌是必不可少的環(huán)節(jié)，漆料使用前必須攪拌均勻，徹底消除存儲(chǔ)期間的顏料沉淀或分層現(xiàn)象［1］。油漆作為漆膜的原材料，其攪拌好壞直接影響后續(xù)的涂裝質(zhì)量。因此，有效控制油漆的攪拌質(zhì)量，是獲得高質(zhì)量涂層的基礎(chǔ)。

1 攪拌油漆的原因

對(duì)于廣泛使用的色漆來(lái)說(shuō)，其性質(zhì)是固-液分散系，其中分散質(zhì)是顏料和填料等固態(tài)顆粒，分散劑是樹(shù)脂、溶劑等。其中顏料是以固體顆粒的狀態(tài)懸浮于油漆中，而不能溶解到油漆基料中。油漆中的顏料顆粒會(huì)在重力作用下下沉，其下沉速率符合斯托克斯定律［2］，具體如式（1）所示：

其中：V為顏料的下沉速率；d為顏料、填料等固體顆粒的直徑；ρs為固體顆粒的密度；ρl為體系的密度；g為重力加速度；η0為體系的靜止黏度。

從斯托克斯定律可以看出，增加油漆的靜止黏度η0和油漆體系密度ρl都可減緩顏料的下沉速率。雖然在設(shè)計(jì)油漆時(shí)，通過(guò)設(shè)定一定靜止黏度η0來(lái)減緩油漆中固體顆粒的下沉速率，保證油漆的“開(kāi)罐性能”——油漆呈現(xiàn)良好的流動(dòng)性能和分散性［3］。但隨著油漆儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，油漆內(nèi)的固體顆粒仍會(huì)向油漆桶底聚集，待密度ρS減小到與體系密度ρl相近時(shí)，顏料此時(shí)才幾乎不再發(fā)生下沉現(xiàn)象。因油漆中顏料、填料等固體顆粒的下沉，開(kāi)罐后，若對(duì)油漆不充分?jǐn)嚢?，則會(huì)導(dǎo)致涂料體系分散不均勻，噴涂后在工件不同位置的涂膜組成不同［4］。油漆的許多性能取決于顏料的分散程度［5］，因此，在施工前必須對(duì)油漆進(jìn)行攪拌，其目的是將沉于桶底的沉淀物攪起來(lái)，并充分?jǐn)嚢杈鶆颍?］，使油漆這一分散系內(nèi)各分散質(zhì)均勻分布，以確保后續(xù)的涂裝質(zhì)量。

2 油漆攪拌簡(jiǎn)介

油漆攪拌是屬于調(diào)漆前的準(zhǔn)備工作，為防止攪拌過(guò)程中溫度的升高而影響油漆性能，油漆攪拌也應(yīng)在調(diào)漆間內(nèi)進(jìn)行。調(diào)漆間的環(huán)境要求應(yīng)控制在溫度15 ℃～38 ℃，相對(duì)濕度30%～80%以?xún)?nèi)。若條件允許，盡可能控制在溫度為20 ℃～30 ℃、相對(duì)濕度40%～60%的最佳范圍內(nèi)［7］。油漆攪拌有手工攪拌、氣動(dòng)攪拌和油漆振蕩器攪拌三種。

2.1 手工攪拌

手工攪拌即操作者手持?jǐn)嚢璋魧?duì)油漆進(jìn)行攪拌，這種攪拌方式的優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)、方便靈活，適合所有開(kāi)罐后的油漆；并且對(duì)于油漆桶的邊角、底部都可方便進(jìn)行攪拌。缺點(diǎn)是攪拌質(zhì)量受操作者攪拌力度大小、時(shí)間長(zhǎng)短等因素的影響，并且操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在攪拌質(zhì)量不穩(wěn)定、波動(dòng)性大的缺點(diǎn)。

2.2 氣動(dòng)攪拌

氣動(dòng)攪拌是通過(guò)壓縮空氣驅(qū)動(dòng)攪拌器，使攪拌器上葉輪的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)油漆的攪拌。為了防止攪拌過(guò)程中油漆逸出，一般氣動(dòng)攪拌器壓縮空氣的壓力一般在0.3 MPa～0.5 MPa 之間。氣動(dòng)攪拌器的示意圖如圖1所示。

圖1 氣動(dòng)攪拌器示意圖Fig. 1 Schematic diagram of pneumatic agitator

氣動(dòng)攪拌器的原理是通過(guò)壓縮空氣將葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的能量使槳葉附近的油漆流動(dòng)。此時(shí)，流動(dòng)的油漆與周?chē)o止油漆的界面處，因存在較大的速度梯度，使油漆受到強(qiáng)烈的剪切，形成旋渦。產(chǎn)生的旋渦又會(huì)迅速?gòu)臉~向周?chē)鷶U(kuò)散，這種渦流擴(kuò)散造成桶內(nèi)油漆對(duì)流運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到油漆攪拌的目的。氣動(dòng)攪拌可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行攪拌，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。但氣動(dòng)攪拌時(shí)油漆的流向主要從獎(jiǎng)葉排向周?chē)?，大多是切向流，垂直方向的油漆混合效果不佳；并且只是集中在攪拌軸葉輪附近進(jìn)行攪拌，對(duì)漆桶周邊角落無(wú)法進(jìn)行徹底攪拌［8］。

2.3 振蕩器攪拌

振蕩器攪拌是對(duì)整桶的油漆進(jìn)行攪拌，振蕩器的圖外觀見(jiàn)圖2。

圖2 油漆振蕩器Fig. 2 Paint oscillator

油漆振蕩器的工作原理是通過(guò)對(duì)漆桶的振蕩，使桶內(nèi)油漆上下翻騰、交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到迅速均勻地混合油漆的目的。用油漆振蕩器攪拌油漆時(shí)間短且攪拌效果好，不足之處是當(dāng)油漆開(kāi)罐后無(wú)法進(jìn)行攪拌，同時(shí)每種振蕩器對(duì)應(yīng)相應(yīng)規(guī)格的漆桶，同一振蕩器無(wú)法兼容不同尺寸規(guī)格的漆桶，需要購(gòu)置多種類(lèi)型的振蕩器。

3 油漆攪拌中常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 攪拌不足

攪拌不足會(huì)造成油漆桶內(nèi)上下兩部分固體含量不一致，噴涂后漆膜存在色差，并且形成的漆膜并非最初設(shè)計(jì)涂料配方時(shí)考慮的成分比例，漆膜性能不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。攪拌時(shí)間短，對(duì)油漆桶邊角、底部沉積的油漆沒(méi)有完全攪開(kāi)等，都會(huì)導(dǎo)致油漆攪拌不均勻，這些因素一般在工作中都會(huì)注意到，下述兩種油漆攪拌不足的情形在日常工作中容易忽視。

3.1.1 油漆再次使用前攪拌不充分

在實(shí)際工作中，往往油漆開(kāi)桶后并不能一次用完，最初攪拌均勻后才使用，但后續(xù)再次使用時(shí)，有的操作者認(rèn)為最初攪拌過(guò)了，間隔時(shí)間也就兩三天，再次使用前就沒(méi)用充分?jǐn)嚢?，造成油漆噴涂后，色差?yán)重。圖3 和圖4 都為同一桶內(nèi)的H06-2 鐵紅環(huán)氧酯底漆，圖3 所示為最初開(kāi)桶攪拌均勻后噴涂的H06-2鐵紅環(huán)氧酯底漆，圖4為該桶油漆攪拌均勻后放置兩天后沒(méi)有再次攪拌均勻就進(jìn)行噴涂所得漆膜，明顯可看出兩者因樹(shù)脂、顏料和其它助劑的含量不一致，造成所得到的漆膜色澤方面存在較大差異。

圖3 攪拌均勻的H06-2鐵紅環(huán)氧酯底漆Fig. 3 Evenly stirred H06-2 iron red epoxy ester primer

圖4 再次使用未攪拌的H06-2 鐵紅環(huán)氧酯底漆Fig. 4 Reused and unstirred H06-2 iron red epoxy ester primer

3.1.2 雙組分?jǐn)嚢璨怀浞謱?dǎo)致局部快速反應(yīng)和凝膠化現(xiàn)象

對(duì)于雙組分油漆，一般組分一為顏料、樹(shù)脂、溶劑等，組分二則只有后續(xù)漆膜固化所需的樹(shù)脂。在噴漆施工前，需要將這兩個(gè)組分都攪拌均勻后，按規(guī)定比例配制。在此過(guò)程中，都要求組分二緩慢倒入組分一中，并在倒入過(guò)程中不斷攪拌。有的操作者倒入組分二時(shí)，速度快且倒完后才進(jìn)行攪拌。雙組分油漆的各組分分開(kāi)放置，是因?yàn)閮煞N組分按適當(dāng)?shù)谋壤旌显谝黄穑芸炀蜁?huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，釋放出熱量并固化［9］。這種倒入快且攪拌不及時(shí)會(huì)造成因組分二局部濃度高而使兩組分間的反應(yīng)加快，在油漆內(nèi)局部形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)雖具有一定的柔順性，但在其網(wǎng)架間的溶劑卻不能自由流動(dòng)，這就是產(chǎn)生所謂的凝膠現(xiàn)象［10］，在噴涂時(shí)，漆膜表面存在因油漆局部凝膠現(xiàn)象，使漆膜的流平性變差，在漆膜表面干燥后呈現(xiàn)小顆粒狀，影響漆膜外觀質(zhì)量。

3.2 攪拌不當(dāng)

3.2.1 油漆熟化期間進(jìn)行攪拌

雙組分油漆在配制好后，應(yīng)放置一段時(shí)間，使兩組分間進(jìn)行預(yù)聚合。一般此過(guò)程稱(chēng)為熟化，也叫誘導(dǎo)期。一般的雙組分油漆這一過(guò)程大多為30 min，個(gè)別油漆則要求60 min。在油漆熟化期間，攪拌會(huì)破壞組分間的預(yù)聚合，在溶劑的作用下，兩組分間的交聯(lián)反應(yīng)較為困難，不能達(dá)到熟化的目的，不僅會(huì)影響后續(xù)漆膜的質(zhì)量，而且還可能造成噴涂缺陷。如某次在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行H61-83 鍶黃環(huán)氧有機(jī)硅聚酰胺耐熱底漆的調(diào)配時(shí)，操作者將兩組分混合后，不斷用氣動(dòng)攪拌器對(duì)其進(jìn)行攪拌，該漆60 min 的熟化期間一直在攪拌，測(cè)量所配油漆黏度為16 s，符合噴涂時(shí)14 s～16 s 的要求，但噴涂過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，噴到制件上的漆流痕嚴(yán)重，即使采取噴薄，多次噴成的方式，流痕也依然存在，這是由于在熟化期間進(jìn)行攪拌，破壞了漆膜靜止時(shí)形成的很弱的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，影響了兩組分間的預(yù)聚合。同時(shí)H61-83 因含有硅而起到耐熱的效果，但硅的存在能降低油漆表面張力［11］，在對(duì)雙組分配制好的H61-83進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間攪拌，雖然油漆黏度符合施工要求，但油漆具有強(qiáng)的鋪展能力，形成的漆膜流平時(shí)間短，在漆膜干燥過(guò)程中，因表層和底層表面張力差別大而產(chǎn)生很大的推動(dòng)力，使?jié)衿崮牡讓酉蛏蠈舆\(yùn)動(dòng)形成局部渦流，即所謂的貝納爾漩流窩［12］，使漆膜容易出現(xiàn)流痕。

3.2.2 銀粉漆攪拌過(guò)多

銀粉漆也稱(chēng)鋁粉漆，主要是鋁粉漿和樹(shù)脂漆液組成的涂料［13］，漆膜具有獨(dú)特銀色光澤而稱(chēng)之為銀粉漆。鋁粉的遮蓋力強(qiáng)、熱阻性強(qiáng)，常作為暖氣管道的涂料。但是鋁粉遇酸會(huì)緩慢產(chǎn)生氫氣，遇到含有酸性基料生產(chǎn)的油漆時(shí)，會(huì)使油漆變暗，甚至發(fā)黑。GJB1590―93《H61-1 航空用環(huán)氧有機(jī)硅耐熱漆規(guī)范》附錄A中給出的施工參考是：使用時(shí)按規(guī)定比例先調(diào)配組分一和組分二，配置后放置1 h左右使其熟化，臨用時(shí)再按規(guī)定比例加入鋁粉漿混勻，即可噴涂使用。某次在噴涂H61-1有機(jī)硅環(huán)氧聚酰胺耐熱漆時(shí)，操作者將組分一環(huán)氧改性有機(jī)硅樹(shù)脂和組分二低分子聚酰胺樹(shù)脂按比例配制，熟化1 h后加入了組分三鋁粉漿，鋁粉加入后，操作者用氣動(dòng)攪拌器又進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的攪拌，造成漆膜噴涂后，銀粉漆呈現(xiàn)黑色。如圖5 為正常情況下H61-1 銀粉漆的顏色，圖6為呈黑色的H61-1銀粉漆膜。

圖5 銀粉漆膜Fig. 5 Silver paint

圖6 發(fā)黑的銀粉漆膜Fig. 6 Blackened silver paint film

H61-1 為三組分的銀粉漆，是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成致密的飽滿、光亮的涂膜，鋁粉漿定向排列性能稍差［14］。H61-1 中的聚酰胺脂液含有呈現(xiàn)弱酸性的端羧基（-COOH），可與鋁粉反應(yīng)，生成鋁離子Al3+，Al3+具有一定活性，在不斷攪拌情況下可與空氣中H2S氣體反應(yīng)，生成灰黑色的Al2S3，使銀粉漆膜噴涂后顏色發(fā)暗、發(fā)黑。反應(yīng)方程式如下：

3.3 攪拌棒污染油漆

有的單位在對(duì)油漆進(jìn)行手工攪拌時(shí)，沒(méi)有明確攪拌棒的使用要求，操作者往往隨便拿木棍、長(zhǎng)棒等進(jìn)行手工攪拌，攪拌后漆膜粘附在攪拌棒表面，較難清除。有的操作者對(duì)同一攪拌棒重復(fù)使用，并用于不同色漆，造成攪拌棒上附著多種殘漆，如圖7所示。

圖7 附著殘漆的攪拌棒Fig. 7 A stick with mixing paint residue

這種攪拌棒的不規(guī)范使用，會(huì)造成油漆攪拌過(guò)程中，棍上殘留的固體顆粒污染油漆。同時(shí)，攪拌漆中的溶劑會(huì)溶解原有殘漆，這些都是進(jìn)入油漆的污染物，尤其對(duì)于化學(xué)成膜的轉(zhuǎn)化型油漆，干燥過(guò)程是通過(guò)縮合反應(yīng)、加成反應(yīng)或氧化聚合反應(yīng)交聯(lián)成網(wǎng)狀大分子固態(tài)涂膜［15］，殘漆的進(jìn)入，打破了原有漆膜各組份的比例，還會(huì)阻礙原有的各官能團(tuán)間的反應(yīng)，會(huì)影響最終的漆膜性能。

4 控制措施

4.1 統(tǒng)一漆桶尺寸

企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身產(chǎn)品所用各種牌號(hào)用量的多少、頻次，向油漆生產(chǎn)廠家明確各種漆包裝桶尺寸大小，應(yīng)盡量減少漆桶規(guī)格種類(lèi)。如每次用量不多的漆，可定5 L 的油漆桶，對(duì)于一次用量多且常用的油漆，可定20 L 為一桶的油漆。總之，盡可能將開(kāi)桶的油漆當(dāng)天用完，至多存放一天。這樣，即可針對(duì)油漆桶的尺寸購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的油漆振蕩器，使油漆的最初攪拌盡可能采用振蕩器進(jìn)行，省時(shí)省力且效率高；同時(shí)，又減少了開(kāi)桶后再次攪拌的次數(shù)。

4.2 工藝技術(shù)細(xì)化

工藝技術(shù)是通過(guò)工藝文件來(lái)進(jìn)行體現(xiàn)，因此工藝文件方面應(yīng)細(xì)化要求，規(guī)范操作步驟，明確質(zhì)量控制點(diǎn)，通過(guò)工藝文件實(shí)現(xiàn)規(guī)范各類(lèi)人員的操作，保證油漆攪拌過(guò)程穩(wěn)定。工藝文件應(yīng)明確幾個(gè)方面的內(nèi)容。

4.2.1 攪拌時(shí)間

雖然攪拌是一種很常規(guī)的操作，但由于其流動(dòng)過(guò)程的復(fù)雜性，理論方面的研究還很不夠，在仍帶有很大的經(jīng)驗(yàn)性。結(jié)合以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用油漆振蕩器至少5 min，用氣動(dòng)攪拌器則至少15 min，采用手工攪拌則至少10 min。鑒于氣動(dòng)攪拌器存在對(duì)漆桶邊角攪拌不良的現(xiàn)象，可在使用氣動(dòng)攪拌前，先手動(dòng)對(duì)漆桶邊角進(jìn)行1 min 左右的攪拌，特別要把桶底部的沉淀物攪起［16］。同時(shí)，工藝文件明確要求操作者在對(duì)油漆攪拌時(shí)要通知檢驗(yàn)人員，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控并作好相應(yīng)記錄。

4.2.2 攪拌棒

應(yīng)采用玻璃棒作為手動(dòng)攪拌油漆的攪拌棒，玻璃棒表面光滑，攪拌后用稀釋劑可輕易擦去殘漆。也可采用一次性塑料套，套在攪拌棒上進(jìn)行攪拌。總之，不論采取何種方式，必須對(duì)手動(dòng)攪拌棒的材質(zhì)和使用方法進(jìn)行明確規(guī)定，嚴(yán)禁帶有殘漆的攪拌棒重復(fù)使用。

4.2.3 明確注意事項(xiàng)

要在工藝文件中，對(duì)以下事項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)明確，以確保油漆的攪拌質(zhì)量：

（a）油漆存儲(chǔ)期間，應(yīng)將油漆放置在陰涼通風(fēng)處，定期將漆桶橫放、倒置或搖動(dòng)幾下［17］，以此來(lái)避免油漆在存儲(chǔ)過(guò)程出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象。

（b）雙組分油漆調(diào)配時(shí)，要求必須在攪拌的情況下，將組分二緩慢倒入組分一中，這時(shí)可采用風(fēng)動(dòng)攪拌器或手動(dòng)攪拌均可。

（c）規(guī)范雙組分油漆熟化期間的要求，明確雙組分油漆在油漆熟化期間不要進(jìn)行攪拌，要保持靜置，以確保雙組分能充分的預(yù)聚合。

（d）已經(jīng)開(kāi)桶的油漆，應(yīng)及時(shí)密封［18］，次日再次使用前，還要重新進(jìn)行攪拌；為確保攪拌質(zhì)量，攪拌的時(shí)間按初次攪拌的時(shí)間進(jìn)行。

4.3 培訓(xùn)和監(jiān)督

通過(guò)教育培訓(xùn)，讓操作者明確知悉油漆攪拌的操作要領(lǐng)和質(zhì)量控制點(diǎn)，了解到油漆攪拌的重要性和攪拌不規(guī)范可能造成對(duì)涂裝質(zhì)量的影響和漆膜性能的損害，使操作者對(duì)攪拌這個(gè)環(huán)節(jié)引起足夠的重視。通過(guò)培訓(xùn)，讓職工認(rèn)識(shí)到自身的職責(zé)［19］，有利于其質(zhì)量意識(shí)的提升。同時(shí)，要配合日常的監(jiān)督檢查，定期對(duì)噴漆生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行工藝紀(jì)律檢查，對(duì)不規(guī)范的行為進(jìn)行嚴(yán)肅處理。把質(zhì)量理念與制度結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)濃厚的質(zhì)量管理氛圍，讓每個(gè)員工都融入進(jìn)來(lái)［20］，打造遵章守紀(jì)的氛圍?？傊?，通過(guò)培訓(xùn)和監(jiān)督，提升職工的質(zhì)量意識(shí)，形成良好的工作習(xí)慣。

5 結(jié) 語(yǔ)

油漆攪拌是油漆施工中的一個(gè)小的環(huán)節(jié)，但不規(guī)范的操作會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生。這就要求通過(guò)規(guī)范漆桶規(guī)格、強(qiáng)化工藝文件控制和加強(qiáng)職工的質(zhì)量意識(shí)教育，確保在油漆攪拌環(huán)節(jié)能管控到位，為后續(xù)的涂裝質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。