FEVE氟碳粉末涂料配方及性能研究

1.2 实验配方及粉末涂料制备

氟碳粉末涂料与普通粉末涂料制备方法相似，均需经过配料、预混合、熔融挤出、物料细粉碎等工艺。为了保持氟碳粉末涂料的优异性能，设计氟碳粉末涂料配方时需要控制成膜物、固化剂、助剂及颜填料等用量，经试验验证，成膜物用量（质量分数）为55%~75%，助剂使用量可根据涂膜外观及性能微调，颜填料的用量控制在36%以内(白色和透明等特殊粉末涂料类型除外)，配方中各组成成分在此范围内涂料综合性能较好。氟碳粉末涂料的基础配方如表2所示。

1.3 涂层制备

使用标准铝板，表面进行无铬钝化处理；静电喷涂条件：静电电压60~70 kV、送粉量1 kg/cm2；将喷涂后的样板置于200~220℃烘箱中烘烤10~20min后，取出冷却至室温；涂层厚度：50~70μm。

2 结果与讨论

2.1 树脂品种对涂膜性能的影响

树脂作为涂料最核心的组成成分，对涂料的性能起到决定性作用。试验分别选择不同厂家的氟树脂对比涂料及涂膜性能，基础实验配方见表2，其中氟树脂用量为60%，试验结果见表3。

由表3可知，两种氟树脂涂膜的机械性能都较好，其中氟树脂A涂膜耐冲击和压痕硬度等机械性能较氟树脂B要好，这可能与氟树脂结构的差异性有关。两种氟树脂的耐化学腐蚀性能相差不大，但两者的耐候性能有差异，保光率下降到50%时，测试时间氟树脂B比A长800h。通过DSC测试，两种树脂制得的粉末涂料和玻璃化温度（Tg）相差约7℃，Tg低于50℃对粉末的贮存稳定性影响较大。氟树脂A机械性能和外观好，氟树脂B耐候性能好，不同的氟树脂性能存在一定差异，设计配方时要根据需求进行合理的筛选。

2.2 固化剂品种对涂膜性能的影响

由于氟树脂分子结构的特性，氟碳涂膜主要依靠氟树脂中的羟基与异氰酸酯发生交联固化制得，因为不同的异氰酸酯固化剂的分子结构不一样，NCO活性基团的含量等技术指标有差别，因此不同的固化剂必然影响涂膜的性能。本次实验对比了3种固化剂对氟碳涂膜的影响。其中BF-1540属于自封闭型异氰酸酯，B-1530和T-1530属于己内酰胺封闭型异氰酸酯，实验结果见表4。

由表4可知，不同固化剂对氟树脂A涂膜的影响：配方1和配方2涂膜外观、附着力、耐冲击以及耐乙酸盐雾性能无差别，配方3涂膜表面有轻微桔皮，耐冲击稍差；耐候方面，配方1和配方2相差不大，配方3最差，说明B-1530 和T-1530 固化剂更适合氟树脂A。对于氟树脂B：对比配方4、5、6试验结果可得，使用T-1530的配方4涂膜综合性能最好，说明T-1530 固化剂更适合氟树脂B。

综上可得，不同的固化剂对氟碳涂膜性能影响较大，氟树脂对固化剂具有一定的选择性。在设计配方时，不仅需要筛选氟树脂，同时也要筛选固化剂，找到合适的固化剂才能发挥树脂的特性。

2.3 固化剂用量对涂膜性能的影响

由于氟树脂的羟值有一定的范围，生产厂家不同批次树脂间羟值存在差异，如果根据厂家提供的羟值，按树脂和固化剂NCO∶OH=1∶1 等当量设计配方，其性能不一定能达到最佳。且从降低成本的角度考虑，满足性能的前提下，固化剂用量越少越好。实验使用同一批次的氟树脂B，通过NCO∶OH=0.9∶1，NCO∶OH=1∶1，NCO∶OH=1.1∶1 三个比例比较固化剂用量对涂膜的影响，结果如表5所示。

由表5可知，按固化剂不足时设计配方耐冲击只可通过30 cm，按固化剂与氟树脂等当量配比时耐冲击可通过50 cm，而按固化剂过量时配比耐冲击性能最好，外观和其他性能相差不大，说明此批次氟树脂B羟值含量偏高，但按NCO∶OH=1∶1 配比时涂膜性能和外观与NCO∶OH=1.1∶1 比例的相差不大，因此等当量配比性价比更高。设计配方时可以根据需求调整固化剂用量，满足要求的情况下固化剂越少越好。

2.4 催化剂用量对涂膜性能的影响

由于氟树脂与封闭型异氰酸酯发生交联固化反应时，异氰酸酯解封闭温度相对较高，导致氟碳涂层固化起始温度比聚酯高，因此通过添加催化剂可以适当降低反应温度和反应时间，减少能源的损耗。因为催化剂用量对两种氟树脂涂料性能影响的规律相同，以氟树脂B粉末配方为例，加入催化剂后粉末的DSC图谱如图1和图2所示。

由图1和图2可知，加入1%催化剂后，氟碳粉末的Tg降低了2.28℃，涂层交联固化的起始温度降低了8~10℃，涂层固化过程的放热峰区间温度和峰值温度均有降低。交联固化放热峰向低温迁移，说明加入催化剂可以降低涂层的交联固化反应温度，因此可以有效降低涂层的烘烤温度和时间，节能降耗。但加入催化剂后，粉末的Tg会相应地降低，影响粉末的贮存稳定性，不利于粉末在较高温度的环境下长时间储存，设计配方时可根据需求取舍。另外，涂层交联固化完全后的涂膜Tg相对粉末的Tg升高，主要是分子间的交联阻碍了链段的运动，且加入催化剂的涂膜Tg比不加催化剂高3.89 ℃，提升了涂膜的耐温性能。

通过图1和图2的DSC图谱只能体现出加入催化剂会影响粉末涂料贮存稳定性和固化温度，并不能直观地对比出其对涂膜性能的影响，在烘烤条件210℃/15 min时不同量催化剂对涂膜的影响见表6。

由表6可知，同一烘烤条件下，随着催化剂用量的增加，涂膜的光泽降低，外观变差，表面硬度增高，耐候性能下降。流平变差主要是催化剂加快了涂层的交联固化反应，烘烤时涂层还没有完全平整交联固化反应就已经结束，同时表面的不平整也是导致光泽下降的原因。表面硬度增加的主要原因是加入催化剂后涂层的交联密度变大。烘烤条件在210℃/15 min 时，不添加催化剂的涂膜外观和性能最好。如果设计配方时添加催化剂，需要降低烘烤温度和减少烘烤时间，否则会影响涂膜的外观和性能。

2.5 颜填料用量对涂膜性能的影响

树脂的品种决定了粉末涂料的性质和涂膜性能，颜填料的用量则会影响粉末涂料的性质和涂膜性能，不同颜填料用量对涂膜的影响如表7所示。

由表7可知，当颜填料用量分别为16%、26%和36%时，涂膜光泽随着用量的增加而降低，表面平整性变差，耐冲击、干/湿附着力无明显差异。造成上述差异的原因主要是因为颜填料用量增加后，体系吸油量增加，粉末熔融黏度变高，涂层烘烤时熔融流平变差，涂膜的表面不平整，导致光泽降低；涂膜耐冲击和附着力变化不大的原因是，尽管增加了颜填料用量，但成膜物的最低含量为55%，已经可以满足涂膜的机械性能需求。因此，配方设计时，颜填料用量最好不要超过26%，否则对涂膜外观和光泽影响较大。

2.6 不同烘烤条件对涂膜性能的影响

涂层的交联固化是喷涂工艺中至关重要的一个环节，反应进行得完全与否，对于涂膜的性能来说非常重要。基于表2基础配方，以氟树脂A粉末配方为例，测试不同烘烤条件时，涂膜交联固化后的耐冲击性能，性能表征见表8。

由表8可知，烘烤条件对涂膜的耐冲击性能影响较大（由于不同烘烤条件对铅笔硬度、附着力和弯曲等性能影响不大以及文章篇幅有限，表8未列出相关性能），在不同的烘烤温度和时间中，210℃/15 min和200℃/20 min 烘烤条件时的涂膜耐冲击性能最好。因此，烘烤条件设置不当，也不能发挥涂膜的特性。

2.7 不同耐候型涂料耐QUV-B人工加速老化性能对比

本研究分别对比了超耐候聚酯粉末、超耐候聚氨酯粉末、丙烯酸粉末、PVDF粉末、FEVE氟碳粉末和PVDF氟碳漆的QUV-B加速老化性能，但影响涂膜色差的一个很重要因素是颜料的耐候性，因此本研究只对比测试结果的保光率，色差不作对比，结果如图3所示。

由图3可知，横向比较测试时间，当保光率下降到70%时，FEVE氟碳老化测试时间比超耐候聚酯长2800~3800 h，比超耐候聚氨酯长2300~3300 h，比丙烯酸长1800~2800 h，但不如PVDF涂料。纵向比较保光率，测试时间在0~1500 h 时，超耐候聚酯、超耐候聚氨酯和丙烯酸保光率下降明显，FEVE氟碳粉和PVDF涂料变化不大；测试时间在1500~3000 h时，FEVE 氟碳粉下降明显，PVDF涂料变化不大；测试时间在4000~6000 h 时，PVDF氟碳粉变化不大，

PVDF氟碳漆有所下降。因此，FEVE氟碳耐候性能优于聚酯、聚氨酯和丙烯酸，而且制造和喷涂工艺与之相同，虽然机械性能不能达到普通聚酯的要求，但可通过QualicoatⅡ、Ⅲ类粉允许开裂但不脱膜的要求；与PVDF粉末相比，耐候性稍差，但PVDF氟碳粉末涂料烘烤温度高，涂装困难，一般需要热喷涂，其树脂对颜料的润湿能力差，涂膜光泽低、表面硬度低、遮盖力差、涂膜外观也较差，且制造工艺复杂。因此，从制造和喷涂工艺，涂膜外观、机械性能、耐候性能等方面综合考虑，FEVE 氟碳粉末涂料是综合性能较好的涂料。

3 结语

通过以上实验可知，在设计氟碳配方时，可按如下顺序考虑：

（1）氟树脂种类的筛选。氟树脂A机械性能和外观好，氟树脂B耐候性能好，不同厂家氟树脂结构相差较大，需要根据客户要求合理的筛选氟树脂；

（2）固化剂种类的选择。T-1530和B-1530适合氟树脂A，T-1530适合氟树脂B，氟树脂对固化剂有一定的选择性，确定氟树脂后需要对固化剂进行一定程度的筛选；

（3）固化剂用量的设计。氟树脂羟值有一定范围，满足性能的条件下，固化剂越少越好；

（4）催化剂用量的设计。同一烘烤条件下，随着催化剂用量的增加，涂膜性能和外观变差，设计产品施工工艺时，需根据催化剂是否添加来调整烘烤条件；

（5）颜填料用量的设计。颜填料用量最好控制在26%以内，否则会对涂膜外观和光泽产生较大影响。

文/吴严明，黄焯轩，蔡劲树

广东华江粉末科技有限公司

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