铝制烤盘PTFE水性不粘涂料喷涂工艺的研究

氟树脂PTFE水性不粘涂料具有优异的不粘性能和优异的稳定性[1]。近年来,市场对烤盘需求量越来越大,但现有生产工艺喷涂的烤盘易产生裂纹和涂层脱落现象。本试验选择采用正交试验法选取底层厚度、面层厚度、固化温度及固化时间四个因素作为研究对象,并对每个因素选取三个水平进行试验,从而确定出生产不粘内涂层烤盘的最佳工艺条件。

1 试验方案
1.1 试样及不粘涂料的选取
本试验所采用的试样为375mm×270mm×70mm的铝制烤盘。
1.2 内涂工艺参数的选择
本次试验选取底层厚度、面层厚度、固化温度及固化时间四个因素作为研究对象,并对每个因素选取三个水平进行试验。因素- 水平表如表1 所示,试验方案见表2。

1.3 检测项目
1.3.1 粗糙度
粗糙度Ra在2 m~3 m内。
1.3.2 底层厚度面层厚度
用测厚仪在烤盘内表面不同部位测量5 次,取平均值。
1.3.3 涂层裂纹
在10 倍显微镜下检查涂层表面质量,要求涂层均匀、光滑、无裂纹。
1.3.4 涂层与铝基体粘着力
将喷有涂层的烤盘浸入沸水中浸泡15 分钟,取出至室温并烘干,用刀子和专用板在喷涂好的烤盘内表面上进行划痕,获得100 个小方块。用指甲压紧胶带以90O角方向将胶带快速揭下,观察胶带是否将涂层粘下,判断涂层与金属表面的粘接能力。

2 试验及结果分析
2.1 喷涂试验前的准备
将装有涂料的桶转动30 分钟,后经100 目的筛网过滤。喷枪与基材在200mm~300 mm,压力在0.15 MPa~0.25 MPa[2]。
2.2 工艺参数的确定
本实验采用正交设计法,根据表2 试验方案,不粘涂料喷涂工艺参数正交试验结果如表3 所示。

从表3 看出,第6 次试验效果较好,评分最少,其条件A3B2C1D2 为较优方案。工艺参数:底层厚度10 m,面层厚度15 m,固化温度390℃,固化时间5min。
计算各列的K值和R值,得A3B1 C1D2 为最优方案。工艺参数:底层厚度10 m,面层厚度12m,固化温度390℃,固化时间5min。
对较优方案和最优方案做了进一步的验证试验,其试验结果:最优方案(A3B1 C1D2)较优方案(A3B2C1D2 ) 。
2.3 试验结果分析
按得分最多的方案(A2B2C3D3)和计算K值和R 值得出的最优方案A3B1C1D2 工艺条件对烤盘进行喷涂,不粘涂层的低倍组织如图1、图2 所示。

图1 看出,涂层裂纹较多,开裂较为严重。工艺条件:底层厚度14 m,面层厚度15 m,固化温度400℃,固化时间7 分钟。图2 中的涂层平整光滑,涂层未见裂纹。工艺条件:底层厚度10 m,面层厚度12 m,固化温度390℃,固化时间5 分钟。按表3 中得分最多的方案和计算K值得分最少的最优方案工艺条件对烤盘进行喷涂,喷涂后将烤盘进行划痕试验,图3 中得分最多的方案经划痕试验后有不粘涂层脱落,且多处脱落、面积不等,说明划痕失败。图4 中最优方案经划痕试验后未见不粘涂层有脱落现象,说明涂料与铝基体粘接牢固,涂层与铝基体附着力强。
综合上述试验结果,烤盘的最佳生产工艺参数是底层厚度为10 m,面层厚度为12 m,固化温度为390℃,固化时间为5 分钟。

3 讨论
3.1 底层厚度、面层厚度的影响
如果底层喷的厚,在底层烘干过程中底层溶剂挥发慢没有完全挥发出来,在烤盘内涂层固化过程中溶剂逐渐向面层渗透涂层产生裂纹。如果底层喷的薄,由于底层成分主要是粘结剂,虽然涂层不产生裂纹,但附着力下降,涂层易脱落。如果面层喷的厚,不粘涂料粘稠度相对增加,使得涂料的流平性差,导致涂层产生裂纹。如果面层喷的薄,涂层没有产生裂纹,但涂层不粘性下降。
3.2 固化温度的影响
固化温度高,一是面层涂料快速烘干,导致涂层内应力分布不均,易产生裂纹,同时涂层老化发白易脱落。但固化温度过低,虽然不易产生裂纹,涂层不能充分熔化和流平,使涂层发黄变软,涂层硬度降低,涂层易脱落。
3.3 固化时间的影响
固化时间短,说明喷有涂层的烤盘快速经过固化炉,涂层熔化不充分,致使涂层间结合力差,涂层易开裂和脱落。固化时间长,涂层过烧、使涂层老化无光泽易脱落且产生裂纹。根据试验结果得出的最佳方案中固化时间为5 分钟,经过反复试验,得出固化炉链条速度为550mm/min时最为合理。

4 结论
根据试验所得最佳工艺参数结合生产实际得出现行生产的最佳工艺参数为:
底层厚度10 m~12 m
面层厚度12 m~15 m
固化温度385℃~390℃
固化时间为4~5 分钟
固化炉链条速度V=550mm/min