随着时代的发展,人们对涂料及涂装的品质要求,已经逐渐从美观和耐久性变成了环保性和经济性。

涂料及涂装的种类非常多样,涉及建筑、汽车及各类工业领域。以汽车的外板涂装为例,美观固然很重要,但与此同时,耐候性、耐褪色性等更高层面上的品质也是不可或缺的要素。

下面我们将从涂料、涂装、涂膜的基础技术出发,借助丰富的案例及清晰的图像,为您介绍使用新型4K数码显微系统的观察、测量,并提供各类课题的解决方法。

涂装缺陷、膜厚及涂料颜料分散的测量和检测

涂料的材料

涂料是由多种原材料构成的化学产品。其中,决定涂料特性的“粘合剂”,以及起到防锈染色效果的“颜料”,发挥着至关重要的作用。

粘合剂能够为涂膜赋予强韧性、密着性等物理性能,耐久性、耐化学品性等化学性能,并决定涂膜形成的方式(干燥方式)。粘合剂的主要成分是合成树脂。用树脂对粘合剂进行水溶或水分散后得到的产品,就是水性涂料。而将涂料成分制成粉末,用空气赋予其流动性的产品,则被称为粉末涂料。

颜料是一种不溶于水和溶剂的耐光性细腻有色粉末。颜料可分为“着色颜料”、“防锈颜料”、“体质颜料”等种类。着色颜料正如其名,是一种具有染色作用的颜料,包括钛白、碳黑、黄土、碳蓝、花青绿、酞菁红等。防锈颜料则包括磷酸铝、钼酸锌、锌粉等等。体质颜料则能构成涂膜的形状。除此之外,还有调节涂膜光泽度的哑光颜料、为涂膜赋予功能的铝粉,以及荧光/蓄光颜料,某些特殊颜料还可用于红外线反射材料、铁氧体电波吸收材料等。

涂装的技术

涂装是形成涂膜的加工工艺,通过涂装制成的涂膜厚度,通常在数微米到数百微米之间。而为涂膜赋予功能,直接影响涂膜性价比的重要工序,就是涂装。
涂装可分为“预处理⇒涂装⇒干燥”这3道工序。进行多层涂装时,需重复进行上述工序*。
在预处理环节,需要清洁原材料表面。涂膜可分为湿法和干法两大类,湿法需进行被膜处理,而喷砂则是干法的代表性处理方法。
涂装的方法可分为液态涂料涂布法和雾状涂料喷涂法。液态涂料涂布法还能进一步细分为使用毛刷进行涂布的刷涂法、从狭缝中流出帘幕状涂料的帘幕式淋涂法、利用橡胶辊进行转写涂布的辊式涂布法等。雾状涂料喷涂法则可分为用压缩空气喷涂雾化涂料的空气喷涂法、让雾化涂料带上负电荷而被涂物带上正电荷,利用电气特性进行涂布的静电喷雾法,以及将涂料制成粉末并使其带电后进行涂布的粉末喷涂法等。

“中涂”、“面漆”有时也会跳过“预处理”。

涂膜的缺陷及对策

在预处理时的表面状态、涂装时的气象条件、涂料及涂装方法等众多因素中,只要有一项出现问题,就会导致涂膜缺陷的发生。观察缺陷并查明其中的原因,优化涂料选择、改良涂装方法,是防止缺陷复发的必要关键。
基恩士汇总整理了涂膜的代表性缺陷。并说明其原因及对策。

起粒

起粒的主要原因,是异物的附着与涂料的凝固。人和设备扬起的异物经常会在掩膜及研磨作业时漂浮在空中,导致异物附着。此外,树脂产品在成型后需要从模具上剥离下来,在此过程中带电并吸附漂浮异物的情况也较为常见。
对涂装设备周边进行清洁,为搬运装置加装盖板,通过安装静电消除器避免异物静电吸附等方法,都可有效解决漂浮异物的问题。关于涂料凝固的问题,则需要重新调整稀释溶剂及搅拌次数。过滤涂料也是一种有效的措施。

现象:
表面有颗粒感。
原因:
涂装面附着有异物。
已经凝固的涂料等,有异物混入了涂料。
在干燥前,有漂浮的异物附着。
对策:
在预处理中清洁涂装面。
过滤涂料,清除异物。
采取防尘措施。

开裂(裂纹)

开裂的原因,因涂装工艺及涂料的材质而异。
以多层涂装为例,如果底漆涂料与面漆涂料匹配度过低,底漆涂料干燥度不足,就会发生开裂的问题。此时应采取涂料变更、充分确保底漆干燥时间等措施。
开裂的原因很多,经年劣化也是其中之一,因此在查明原因时必须充分观察涂膜的状况。

现象:
涂膜产生裂纹。
原因:
涂装面开裂。
涂膜过厚。
硬化剂的配比不合适(二液型涂料时)。
稀释剂选择不当(使用稀释剂时)。
对策:
通过预处理避免涂装面开裂。
避免可能会发生表面干燥*的厚涂。
充分搅拌涂料后使用。
遵守硬化剂的规定用量。

表面干燥:只有涂膜表面干燥,下层部分干燥不充分的状态。也被称为“表干”。

剥落

引发剥落的主要原因,包括涂装面处理不彻底,涂料与原材料或底漆涂料与面漆涂料不适配等。
用角磨机(打磨机)研磨去除涂装面的锈斑及过往的涂层,将异物及油脂成分擦拭干净后,进行涂装。涂料与原材料,或底漆涂料与面漆涂料不适配导致的剥落则被称为“层间剥离”,必须重新调整涂料的性状组合及涂装工艺。
这些预防剥落的作业相当于预处理,由此可见,预处理确实是一个相当重要的环节。

现象:
涂膜失去附着力,发生剥落。
原因:
除锈等打底处理不到位。
涂装面的研磨、清洁不到位。
底漆与面漆的层间密着度不足。
对策:
研磨清除涂装面的锈斑,去除油污及灰尘。
实施适用于原材料的打底处理。
在旧涂膜上进行涂装时,在彻底除净旧涂膜的基础上进行涂装。
妥善调节涂料配比。
按照规定的涂膜厚度进行涂装。

涂膜厚度的检测

确认涂膜是否按照设计形成的方法之一,就是测量“涂膜厚度”。
涂装是一种隔绝外部水分及氧气侵入,避免原材料腐蚀的作业。因此,涂膜的厚度会对其功能产生很大的影响。但是涂膜也并非越厚越好,要充分发挥涂膜的功能,就必须确保适宜的涂膜厚度。
涂膜厚度需要使用涂膜厚度测量仪。涂膜厚度测量仪可分为利用磁铁吸附力及磁束变化的非破坏性测量型,以及使用红外线及超声波的类型。

电磁式膜厚仪:
用附带永磁铁的探头接触涂膜,测量涂膜厚度。磁束密度会在磁铁“引力”的作用下发生变化,根据通过电磁铁的电流量变化测量膜厚。可以测量涂布或涂覆在磁性金属母材上涂膜(非磁性金属层、无机层、有机物层)的涂膜厚度。这是一种利用探头顶端磁铁所受引力与其距底层间距离呈正比的性质,对膜厚进行测量的方法。但是如果涂膜自带磁性,将无法测得正确的膜厚。
过电流式膜厚仪:
对植入铁芯的线圈(探头)通电,利用由此产生的涡状电流(涡电流)测量涂膜厚度。这是一种利用金属面上产生的涡电流值与距离呈正比的性质,对膜厚进行测量的方法。涡流式膜厚仪可分为根据涡电流振幅测量膜厚的“接触式”,以及根据涡电流相位差测量膜厚的“非接触式”。适用于原材料为导电性非磁性金属(铝、铜、奥氏体不锈钢等),涂膜为塑料、树脂、橡胶等绝缘性原材料的情形。
红外线膜厚仪:
用红外线照射涂膜,对透过光或反射光进行分光处理后获得光谱,并据此测量膜厚。用红外线照射涂膜时,会根据涂膜原材料及厚度,发生特定波长红外线的吸收现象。根据涂膜所用原材料“吸收率与膜厚的相关关系”,可以计算出测量对象的膜厚。
超声波膜厚仪:
用探头接触涂膜,根据传感器发出的超声波传至底层后反射返回的时间,测量涂膜厚度。用超声波膜厚仪测量涂膜厚度的方法如下所示。
D:膜厚 C:涂膜的音速*(m/s) t:超声波往返于涂膜两端的时间(s)

D:膜厚
C:涂膜的音速*(m/s)
t:超声波往返于涂膜两端的时间(s)

涂膜的音速:根据不同材质推定得出的速度。但是即便材质相同,如果种类不同,音速同样会出现差异。因此,在使用超声波膜厚仪时,必须根据实际涂膜进行调整(校正)。

涂装及涂膜的测量、观察应用案例

在新型数码显微系统的推动下,这种使用传统测量仪的涂装及涂膜测量、观察方式发生了翻天覆地的变化。
使用基恩士的超高精细4K数码显微系统“VHX系列”,不仅能利用高精细图像进行涂装、涂膜的高水准观察及评估,还能大幅提升各类作业的效率。

借助高精细光学图像实现的多层涂装膜厚测量

以电磁式膜厚仪、过电流式膜厚仪为代表的传统测量仪,会根据磁力及电流的值来测量涂膜的厚度。这些方法是根据测量值推测涂膜状态的间接观察方法,难以掌握多层涂装等情况下的涂膜状况。测量仪本身的误差也是一大问题。
新型4K数码显微系统则能够根据光学图像,直接测量膜厚。不会受到透明层的影响,可实现清晰对焦。拍摄到的图像也很清晰,能够从涂膜中获得更大的信息量。
以往因无法对焦等理由而难以测量的涂膜厚度,也能借助直观的涂膜图像,实现正确的观察。

用4K数码显微系统“VHX系列”测量膜厚截面
保险杠涂装的膜厚截面测量
保险杠涂装的膜厚截面测量

利用升级版对焦与全方位多功能照明,对透明层进行3D观察

大幅提高相机帧率后,只需将载物台移动到观察点,就能自动识别对焦信息。使全幅对焦图像的瞬间拍摄成为了可能。
使用传统显微镜时,如果不能对焦,就无法确定照明的照射方式。而使用数码显微系统时,只需结合使用深度合成和全方位多功能照明,就能在拍摄到全幅对焦图像后,随意选择照明。
由高分辨率HR镜头与4K CMOS照明构成的Optical Shadow Effect Mode,还可以将颜色信息叠加在图像上,同时呈现凹凸信息和颜色信息。利用上述功能,还能测量涂装不良及起粒的轮廓形状,根据数值进行分析。
用1台设备就能进行2D/3D测量的4K数码显微系统,为放大观察这一普遍需求提供新的观察方法。

用4K数码显微系统“VHX系列”分析起粒、涂装不良
可以对涂装不良进行3D测量
可以对涂装不良进行3D测量
利用全方位多功能照明和深度合成功能,对具有高度的起粒(涂装异物)也能清晰拍摄
利用全方位多功能照明和深度合成功能,对具有高度的起粒(涂装异物)也能清晰拍摄
用4K数码显微系统“VHX系列”分析透明涂装不良
普通
普通
用Optical Shadow Effect Mode图像观察透明涂装面
用Optical Shadow Effect Mode图像观察透明涂装面

对颜料的分散实施高精度测量

颜料是决定涂料功能的关键要素之一。可以观察其分散情况,进行数值化处理。颜料是一种不溶于水和溶剂的耐光性细腻有色粉末。将颜料调配混合到涂料中,能够为涂膜赋予各类功能。
4K数码显微系统能够在指定范围内轻松实现目标物的面积测量及计数。可剔除多余目标物或分离重合的目标物。还能通过柱状图轻松输出测量结果。
这一系列操作不仅简单,还能实现稳定的高精度测量。即便是不具备特殊知识及经验的人员,也能实现高水准的分析。

用4K数码显微系统“VHX系列”分析颗粒
涂料中的颜料颗粒分析(400×)
涂料中的颜料颗粒分析(400×)
涂料中的颜料颗粒分析(400×)

涂装及涂膜的测量、分析新常识

使用高精细4K数码显微系统“VHX系列”,能够进行远超传统测量仪及显微镜的高效化作业,实现消除人为误差的正确测量及分析。
利用由先进光学技术、图像处理技术及自动化技术共同实现的高精细4K图像,可以清晰观察涂膜及起粒、分散的详细情况。而且无需进行高难度操作,即使是尚未熟练掌握设备使用方法的人员,也能快速得出高水准的分析结果。
还能利用“报告功能”,将拍摄、测量所得的数据导出为统一格式的简单报告,在企业内部服务器等平台上共享数据。不仅能满足工业标准、确保品质,还能查明涂装缺陷发生的原因,协助改良工序等。
“VHX系列”还配备了许多其他新功能,在确保涂装、涂膜品质及可靠性方面能够成为非常重要的伙伴。
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