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H06-101H在湿布胶带法检测中涂层脱落原因及对策,既满足厚度要求,又保证涂膜经湿布胶带法试验合格,中国机械网,okmao.com
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H06-101H在湿布胶带法检测中涂层脱落原因及对策,既满足厚度要求,又保证涂膜经湿布胶带法试验合格
2019年06月08日    阅读量:170    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

0 引言

我单位某产品在喷漆后进行湿布胶带法检测时,经常出现局部涂层脱落的现象,有时还会出现大面积涂层脱落现象,因此,如何提高该产品涂膜的结合力成为我们思考的问题。


1 产品介绍

该制品材料为 0Cr17N i4Cu4N b,其工艺路线为:吹砂→ 钝化→ 喷漆;所喷涂料为 H06-101H 锌黄环氧酯底漆(原名称为 1 号航空底漆)。

该涂料为双组分涂料,组分 1:环氧酯树脂、锌铬黄;组分 2:K H-550 表面活性剂中国机械网okmao.com。该涂料所执行的标准为 G J B 386A—1996《飞机蒙皮用脂肪族聚氨酯磁漆的配套底漆》,该涂料为自干型底漆,也可进行烘干,烘干规范为 50 ℃× 12 h 或 120 ℃× 1 h。

技术文件要求该产品涂层厚度为 20 ~ 40 μm,喷涂结束后,自干放置 7 d,或烘干冷却至室温后,进行湿结合力检测。


2 试验方法介绍

HB 6733—1993《飞机零部件和整机涂漆工艺质量控制》附录 A 涂层结合力试验与厚度测量方法中,对涂层结合力试验的方法做出了规定:

1)干胶带试验法

可在产品或试片上进行,将宽 25 mm 的胶带(如3M 胶带)粘于涂层表面,用手指压紧胶带或用套橡胶的滚子在胶带上滚动压紧,胶带中不应有气泡,然后用垂直于涂层表面的力迅速揭下胶带,试验部位涂层不脱落为合格。

2)湿布胶带法

在试片上进行,当试片不合格时再在产品上进行,将一块尺寸为 10 0 mm× 10 0 mm 浸透去离子水或蒸馏水的干净布铺到涂层表面,用透明的聚氯乙烯薄膜盖住湿布并用胶布密封边缘,(2 2 ± 2)h 后取下薄膜和湿布,用洁净的干布擦干表面,2 m i n 内按干胶带法进行试验。


3 原因分析

实际操作情况如下:该制品经吹砂、钝化后,在2 4 h 内进行了喷漆,喷漆后采用加热烘房 5 0 ℃ 烘烤1 2 h 以上,待冷却至室温后,先进行干胶带法试验,检测合格后,进行湿布胶带法试验,出现涂层脱落现象。后期又进行了同批其他几个零件的检测,在湿布胶带法试验后均出现不同程度的涂层脱落。


经湿结合力检测后,涂层大面积脱落,可以排除局部前处理不到位或喷漆前局部受污染的原因,而是该H 0 6 - 1 0 1 H 与制件底层结合力的整体问题。湿布试验法的原理是水分子密集在涂层表面,涂层属于半透膜性质,水分子能穿透涂膜达到制件基体表面,若涂层与基体结合力强,水分子则停留在膜层孔隙内,不会造成水分子在制件涂层内部或与涂层基体的界面积聚,试验结束后,涂膜完好。若涂层与基体附着力差,则会造成水分子积聚,形成渗透压,使水分子渗入的数量和速度加快,水分子占据制件表面,涂膜的附着力被破坏。若是局部附着力差,水分子在此局部聚集,造成涂膜起泡。


该零件在湿布试验法中,2 4 h 后取下薄膜和湿布时,外观并未出现起泡现象,而用 3 M 胶带粘贴后,出现大面积涂层脱落。可见,在湿布作用下,制件涂层整体受到破坏,水分子完全占据涂层和制件基体中间,造成涂层结合力丧失。


对该批涂料进行了复验,尤其是对涂料的耐水性进行了检验,在试片上喷涂 2 0 μ m H 0 6 - 1 0 1 H ,5 0 ℃ 烘烤 1 2 h 后,用蒸馏水浸泡,保持温度为(2 3 ± 2) ℃ ,7 2h 后,涂膜完好,符合涂膜不起泡、不脱落、不起皱的指标要求。


排除了涂料质量的影响,对故障件的涂膜厚度进行了测量,涂膜厚度在 3 5 ~ 4 0 μ m 之间。

H 0 6 - 1 0 1 H 虽然是双组分涂料,但其组分 2 是由K H - 5 5 0 表面活性剂构成,其成膜机理并不象其他双组分涂料那样,2 个组分产生链式反应而形成大分子的涂膜,其涂膜干燥机理仍是靠组分 1 中的环氧酯干燥成膜。环氧酯是由环氧树脂与植物油酸酯化而成,环氧树脂与羧酸反应,首先是打开环氧基形成羟基酯,然后环氧树脂主链中所含的羟基及开环后新生成的羟基在较强的条件下可进一步酯化。环氧酯的结构中含有双键,可与空气中的氧气进行反应。


H 0 6 - 1 0 1 H 涂膜干燥机理是通过与空气中的氧气进行反应,通过氧化而使相对分子质量增加。喷涂过厚时,内部涂膜与氧气接触量本来就少,再加上表面涂料与氧气接触充分,先生成大分子,更加阻碍了内部涂膜与氧气的反应,致使底层涂膜没有反应完全。虽然进行了 5 0 ℃ × 1 2 h 的烘烤,但只能加速涂膜中溶剂的挥发和提升膜层干燥的 T g,对涂膜与氧气的反应无影响。因此,在进行湿布胶带法试验时,在水分子的作用下,活性基团聚集于制件基体表面,导致涂膜结合力下降。


为此,保证漆层干燥充分是解决该问题的关键。为了让涂层能与氧气充分反应,控制涂层厚度,采取多次喷涂的方式能解决这一问题。也就是说,在喷涂 H 0 6 -1 0 1 H 时,先喷涂 2 0 μ m 左右,进行烘烤干燥后,再进行第 2 次喷涂,保证总厚度 2 0 ~ 4 0 μ m 的同时,也使得涂料中双键与氧气充分反应,确保涂膜固化充分。


4 试验验证

根据上述原因分析,对该产品进行 5 组试验,每组各选 3 件,试验结果见表 1 所列。

H06-101H在湿布胶带法检测中涂层脱落原因及对策,既满足厚度要求,又保证涂膜经湿布胶带法试验合格 中国机械网,okmao.com

涂层及烘烤条件试验结果对照表


从表 1 可以看出,控制涂膜厚度,或分 2 次喷涂完成,可保证 H 0 6 - 1 0 1 H 的涂层附着力合格。同时,烘烤温度的提高,也能提高涂膜附着力。这是因为,太厚的涂膜阻碍氧气与涂料中双键的反应,同时,该制件为吹砂表面,存在较大微孔,会使进入微孔内的涂膜更难与氧气接触,微孔处的涂膜厚度比实际测量值高,活性基团多,在湿布试验中,容易脱落。随着烘烤温度的升高,体系的熵增加,环氧酯的键长、键角振动扭曲加强,侧基、支链的摇摆旋转幅度变大,这些运动一方面会使涂料易流入制件吹砂后表面的微孔内,既排除了气体又提高了附着力,另一方面会使反应进行的能垒变小,使分子链和链段运动受到大范围的约束,处于高冻结状态。而干燥温度较低,反应进行的能垒变大,导致涂膜交联度降低,部分侧基运动受限,处于较低冻结状态。


烘干可提高涂料的 T g,固化后的涂层 T g 越高,其湿附着力越好。而干燥温度低的涂膜 T g 低,在湿布试验中,部分被“冻结”的活性基团开始向试样表面移动,造成水达到试样表面的速度和数量增加。活性基团与达到试样表面的水结合,形成一定的渗透压,涂层的附着力受到破坏,导致起泡或脱落现象的出现。而随着干燥温度的提高,涂膜里的活性基团数量减少,涂膜整体结合力上升。为此,决定将“涂膜厚度每次喷涂在 25 μm 以下,在 120 ℃烘烤 1 h”作为喷涂作业规范。若第 1 次喷涂厚度不足 20 μm,则烘烤干燥后再次喷涂至规定厚度后进行烘烤。既满足厚度要求,又保证涂膜经湿布胶带法试验合格。


5 实际生产

根据上述规范,控制每次喷涂厚度,并采用 120 ℃×1 h 的烘烤条件,在后期生产中,进行湿布胶带法检测时,由最初制件 100%检测到后期每批进行抽检,均未出现不合格现象。


6 结语

在喷涂 H06-101H 底漆时,应控制每次喷涂底漆厚度在 25 μm 以下,以保证涂膜与空气中氧气充分反应,同时,采取 120 ℃干燥 1 h 的烘烤制度,提升涂膜的湿结合力,可顺利通过湿布胶带法检测,满足生产需要。


H06-101H 在湿布胶带法检测中涂层脱落原因及对策

李距春 1,毛 吉吉2,孟祥斌 1

(1.航空工业保定向阳航空精密机械有限公司热表厂,河北 保定 071000;2.航空工业郑飞公司热表厂,郑州 450005)


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