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一种涂料涂布率的测量和计算方法
来源:现代涂料与涂装   时间:2020.06.22
 

刘   琦1, 孙立三2, 贺建平3, 杨义忠1, 秦加新1, 孙园伦1


(1.今创集团有限公司,江苏 常州 213100;2.中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江 宁波 315000;3.艾仕得涂料系统(上海)有限公司,上海 201199)


摘要:介绍了一种涂料涂布率的测量和计算方法,通过简易检测设备和方法测量出涂层干膜密度,然后利用干膜密度计算出涂层涂布率,还能够计算出涂装后产品的增重质量、体积固体分和涂料利用率。

关键词:体积固体分;涂料利用率;涂布率;干膜密度


0 引言

   目前涂料的涂布率都是基于涂料的体积固体分计算得出的,但是我国国内涂料供应商基本只提供质量固体分,即使在计算涂布率需要体积固体分时,体积固体分也是通过质量固体分进行估算,这主要是因为体积固体分的测量比较繁琐。在计算实际涂布率时都是预先给出油漆喷涂利用率,这种预估不能准确反映出油漆涂覆率。针对这一情况,我们采用测量干膜涂层密度来计算涂覆率,这就解决了体积固体分的测量和油漆利用率的问题。

1   目前的计算方式

1.1   涂布率的计算

  目前涂料的涂布率都是基于体积固体分进行计算,体积固体分的数据均是涂料制造厂家给出。

  理论涂布率是指将涂料施工在光滑的表面上而毫无损耗,每L可以涂布的面积,单位是m2/L。由于不同的用途,涂料的干膜厚度可以变更,因而其理论涂布率也会相应变更,计算公式为:

理论涂布率=(体积固体分×10)/干膜厚度。

实际涂布率的计算是用理论涂布率乘以估计的损耗系数,计算公式如下:

实际涂布率=理论涂布率×(1-损耗%)[1]。

  在上面两个公式中,最重要的数据是体积固体分,因此我们需要先测量或者计算出体积固体分。

1.2   体积固体分的测量

  体积固体分的测量采用GB/T 9272—2007《色漆和清漆 通过测量干涂层密度测定涂料的不挥发物体积分数》,这个标准参考引用了ISO 3233:1998,MOD。标准中的方法测量比较精准,需要专业的仪器,测量流程比较繁琐,测量条件比较苛刻。

  标准中采用了排液法测量干膜体积和质量,计算出干膜密度,再通过干膜密度计算出涂料的体积固体分。该过程需要称量5个质量数据,并且需要恒定温度。

  不挥发物的体积分数NVV=NVm×ρ2/ρ0,

  式中:NVm为不挥发物的质量分数,%;

 NVv为不挥发物的体积分数,%;

 ρ0 为干涂层在试验温度下的密度,g/mL;

 ρ2为液体涂料在试验温度下的密度,g/mL[2]。

  测量步骤为:将在测试空气中测量质量为m1、在浸渍液体中测量质量为m2的圆片浸涂上涂料,提出后除去厚边,测量在空气中的质量m3,干燥后测量在空气中的质量m4,测量在浸渍液体中的质量m5,浸渍液体密度为ρ1。排除出的液体体积等于涂层体积,计算出干涂层的密度和不挥发物的质量分数。测量时必须控制温度不能变化,温度的变化会影响到最后的测量结果。

2   本文中的计算原理

  在一块已经测量面积和质量的基材上喷涂一定厚度的已知质量固体分的涂料,干燥后使用涂层测厚仪检测涂层厚度,电子天平测出喷涂后的质量。根据以上数据,计算出涂层的干膜密度,通过干膜密度再计算出涂层涂布率。

2.1   仪器和材料

  铝板,铁板,膜厚测试仪,钢尺,电子分析天平。

2.2   测量步骤

  测量样板面积,使用钢尺测量出铝板的长宽尺寸,仅喷涂单面可以使用美纹纸等保护背面和边缘(干燥后撕除,但不能残胶),如果喷涂两面可以将边缘一起喷涂并记入尺寸内,本试验仅喷涂单面,记录面积为S。使用电子天平称量未涂漆样板的质量为m1,在样板上喷涂一层干燥后厚度在50 μm左右的涂层,并按照油漆说明书进行干燥,同时测量喷涂前后涂料的质量,喷涂前涂料总质量记录为M1,喷涂后剩余M2,称量干燥后的样板质量,记录质量为m2,使用漆膜测厚仪测量漆膜厚度,记录为H。

2.3   涂布率的计算

  通过以下公式即可计算出涂层干膜密度,然后通过干膜密度计算出涂布率

涂层干膜密度ρ■=■,⑴

理论涂布率=■×103, ⑵

实际涂覆率=■。⑶

式中:m1为未喷涂油漆样板质量,g;

m2为喷涂油漆并干燥后样板质量,g;

M1为喷涂前油漆质量,g;

M2为喷涂后油漆剩余质量,g;

ρ■为干膜涂层密度,g/(m2·μm);

ρ3为液体涂料密度,g/mL;

H为漆膜厚度,μm;

S为产品面积,m2;

W为质量固体分,%。

  以上公式得出的单位是m2/kg,同时国内多以质量为计量单位,因此直接给出每kg的涂布率更为方便,而不是再用密度进行换算。在式⑵中,根据实际需求的涂层厚度设定H的值,就可以得到不同厚度情况下的涂料涂布率。使用式⑶时需要测量并注明干膜密度。

2.4   数据计算的范围

  测量涂料的干膜密度后,可以计算出涂料与涂装的其他相关数据,这些数据对涂装有很重要的意义,特别是涂装后工件的增重质量、涂料利用率等数据,我们都可以通过简单的测量就很容易计算出。

2.4.1   产品增重的计算

通  过产品喷涂表面和测量涂层厚度,就可以计算出产品增重情况:

产品喷涂后增重=ρ1×H×S。⑷

2.4.2   涂料利用率的计算

  通过称量喷涂前后油漆的用量,很容易计算出油漆利用率:

油漆利用率=■×100%。  ⑸

2.4.3   体积固体分的计算

  与标准中一样的计算方式就可以得到体积固体分的数据,只是我们得出这个数据更为简易:

体积固体分=■×100%=■×100%。⑹

3   涂层涂布率测量实例

3.1   油漆的干膜密度和涂布率测量

  选取不同颜色的油漆进行测试,计算膜厚在40 μm时的涂布率,结果见表1。

通过表1的数据我们发现:白色的底、中、面干膜密度基本都在2.0 g/(m2·μm),黑色和砂纹的涂料干膜密度较低。砂纹的干膜密度相对于光面油漆较低。这主要有两个原因,一是砂纹粉填料的密度低于颜料和其他填料;二是在成膜后,砂纹高于漆面,测量的漆膜厚度从砂纹的高峰处算起,导致相对厚度较厚,密度值变低。

3.2   粉末涂料的干膜密度和涂布率测量

  对粉末涂料的干膜密度和涂布率进行测量,其固体分按照100%、膜厚按照40 μm计算,结果见表2。

  从表2可以看出:砂纹粉末与砂纹油漆一样,涂布率相对于平面漆的数据偏大。因此本方法对于结构性涂层需要注意其结构造成的漆膜厚度测量问题。

4   结语

  通过以上的表述,我们能够通过简易的试验装备测量出涂层干膜密度,然后利用涂层干膜密度非常简便地计算出油漆涂布率。在得到涂布率的同时,还能够计算出涂装后产品的增重质量、油漆损耗系数和涂料体积固体分等数据,为涂装企业提供了计算体积固体分的一种简易方法,同时也为计算涂料利用率和涂层增重提供了非常好的计算方法,在产品设计阶段,能够有效地快速计算出产品质量。

本文共分 1
   
 
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