家用电器塑料外壳涂装工艺设计

1专业工艺课程设计题目：家用电器塑料外壳涂装工艺设计系：化学化工学院专业：应用化学班级：0802学号：22学生姓名：李海茂导师姓名：易翔老师完成日期：2011年6月12日-2011年6月25日2专业工艺课程设计任务书学院：化学化工专业：应用化学班级：应化08级姓名：李海茂同组人员姓名李慧敏一．课程设计题目：家用电器塑料外壳涂装工艺设计二．课程设计内容及设计要求：1介绍家用电器塑料外壳涂装的发展动态,提出自己的设计思路。2根据电器外壳涂装的质量要求，设计塑料外壳的前处理，涂装及后处理工艺。确定各工序的施工工艺规范。并设计“三废”处理工艺与方法。3对自己的设计内容予以总结和评价。4撰写设计说明书。三．课程设计时间安排：6月12日至6月25日第一周查阅文献资料，确定设计方案和各工序的工艺规范。第二周编制设计说明书。第三周四．主要参考资料：1《防护工艺设计》，肖鑫编，院内讲义。2《涂装工艺学》，张学敏，化学工业出版社。3《涂装工艺与设备》，冯立明，化学工业出版社。指导教师：易翔教研室主任：院教学院长：2011年6月10日3目录一、前言…………………………………………………………3二、涂装工艺设计………………………………………………62.1塑料制品涂装预处理的内容和方法…………………………62.2塑料涂装工艺…………………………………………………102.3涂装后处理工艺………………………………………………132.4注意事项………………………………………………………13三、工艺流程示意图……………………………………………14四、环保工艺设计………………………………………………16五、总结…………………………………………………………204家电塑料外壳涂料与涂装摘要本文综述了家电塑料外壳涂料与涂装及新技术进展。关键词塑料涂料,家电涂料,塑料涂装,新技术一、前言塑料材料因其质轻、价廉、制造方便等优点在家电外壳方面的应用越来越多,但塑料制品成型加工时会产生颜色不均、色泽单调、花斑疵点等缺点,且易产生老化变脆、划痕、沾污、静电等问题。涂装涂料可以避免上述缺点和问题,有如下作用:①掩盖其加工成型中的缺陷;②改善外观装饰性和优良质感,如光泽、印刷文字、图案、金属或木质感等;③赋予特殊性能,如耐划伤、耐候性、耐光性、阻燃性、耐溶剂性、耐药品性、防静电、抗菌等性能;④降低成本。同时对塑料制品进行表面涂饰,提高了其附加值。近年来塑料已成为家电外壳的主流材料,塑料涂料也从一般装饰性到特殊功能性,从溶剂型到水性发展很快,具有广阔的前景。随着生活水平的不断提高,人们对家电外壳表面装饰和保护功能的要求越来越高,所用涂料朝着高性能化、多功能化和环保型的方向发展。新的高性能涂料具有高的综合性能,如耐腐蚀性能、抗划伤性及硬度等。亚光涂料在家电外壳的应用中越来越受欢迎,亚光涂料一般都是加入消光粉或填料进行消光的,使得涂料的耐划伤性能降低。塑料用有机硅树脂和氟碳树脂硬涂层具有优异的耐划伤性、耐擦伤性和耐候性等性能,近年得到迅速发展,已在塑料制品的涂装中广泛采用。在发挥优异保护作用的同时,家电涂料越来越注重具有其他特殊的功用,如电气功能、审美功能、保健功能等。塑料表面容易产生静电,涂装防静电涂料则可以避免静电的产生;而涂装电磁屏蔽涂料则可以克服塑料基材不具备电磁屏蔽功能的缺点,保护家电自身免受电磁干扰或防止环境受到电磁污染。涂料的审美功能是涂料被赋予了新的功能,使人们在视觉、听觉、触觉等方面得到美感,提高舒适性。听觉美涂料可以防震、隔音等,使人们免受家电内部机器噪音的干扰;触觉美涂料,使人们在触觉上获得新的美感。除臭涂料、杀菌涂料等具有保健功能。除臭涂料是在涂料中添加吸附力极强的矿物海沧石或活性碳微粒除臭剂,能消除塑料本身添加剂里挥发性物质及周围的怪味,制造一个良好的环境;杀菌涂料则5可以杀灭周围环境中的细菌,使家电免受污染,起到保健作用。纳米技术在制得特殊功能塑料涂料中发挥着重要的作用,纳米抗菌塑料漆已用在冰箱、空调等家用电器上。环保适应型的涂料是重要的发展方向。水性化塑料涂料不仅符合环保要求,而且可以降低成本,节约资源,此类涂料的研究越来越引起研究者的重视。总之,随着塑料材料在家用电器中越来越广泛的应用和涂料技术的不断进步,塑料用涂料已经取得并将会继续得到迅速的发展。奉献给人类的将是质轻、价廉、性能优异而美观的家用电器。本设计以涂装空调机外壳为例加以阐述。6二、涂装工艺设计2.1塑料制品涂装预处理的内容和方法2.1.1塑料制品除应力塑料制品成型后有残余应力，特别是注塑成型品，残余应力大，涂装时和溶剂，油等接触会发生开裂或细纹，影响涂层质量。因此，涂装前应作消除应力处理。通常可用退火的方法消除塑料制品的残留应力。退火一般控制在比塑料的热变形温度低10oC温度下进行。但即使进行退火处理，仍会有应力残留，表面质量要求高的制品，最好选用耐溶剂性良好的塑料制品。2.1.2清除表面污物塑料制品在成型过程中，其表面往往粘附脱模剂（常用硅系或硬脂酸）、机油、尘土等污物，影响涂层的附着力，涂装前必须进行清洗。常用的清洗方法如下：（1）溶剂清洗用布沾溶剂揩拭塑料制品表面，以除去油污。所用溶剂应不侵蚀塑料，且挥发速度应快，对于非结晶性的热可塑性塑料，如溶剂和塑料的溶解度参数接近时，溶剂会溶解塑料表面。因此，应选用溶解度参数相差较大的溶剂。常见溶剂的溶解度参数见表2-1（溶解度参数是物质内聚能密度的平方根，常用δ表示，它是与物质之间的引力和物质自身的内聚力有关的一个参数）。一般说对溶剂敏感的塑料，如ABS，聚苯乙烯等，宜采用低级醇，如甲醇、乙醇、异丙醇或挥发性快的脂肪族溶剂如已烷、庚烷等作清洗溶剂。而对溶剂不十分敏感的塑料，如热固性塑料和结晶性高，表面活性低的聚烯类塑料，可用芳香烃系溶剂，如甲苯、二甲苯，酮系溶剂如丙酮、甲基异丁基甲酮等清洗。（2）用中性或碱性清洗剂清洗通常用清洗剂可以去除油污。如塑料表面粘附硅系脱模剂，用中性清洗剂不能除净时，可用2%的碳酸钠水溶液，在50oC下，浸洗10min,加以清除。（3）砂纸打磨如用清洗剂不能除净污物时，可以不含硅的砂纸打磨，再用中性清洗剂或碳7酸钠水溶液清洗。本设计使用的溶剂清洗。2.1.3除静电塑料制品易带静电，因而灰尘容易在其表面吸附，影响涂装质量，涂装前应除去静电，除静电的方法有：1)压缩空气通过火花放电装置使空气离子化，再吹塑料表面，既能除尘又能除静电。2)在塑料制品表面涂防静电液。3)在塑料中添加防静电剂，再制造成品。在应用2），3）法时，所用物质必须不影响涂层的粘附。表2-1常见溶剂的溶解度参数溶剂δ挥发速度（乙酸乙酯为1）溶剂δ挥发速度（乙酸乙酯为1）脂肪族碳氢化合物正戊烷己烷庚烷正辛烷环己烷醚乙醚溶纤剂四氢呋喃二氧杂环已烷酮甲基异丁基甲酮甲基乙基甲酮丙酮环己酮7.17.37.47.68.27.77.99.29.98.49.39.89.4------0.2--1.64.67.70.3异丙醇乙醇甲醇乙二醇脂肪酸乙酸酯乙酸丁酯乙酸乙酯乙酸甲酯芳香族二甲苯甲苯苯卤代烃三氯乙烷11.512.814.715.712.68.59.09.78.88.99.28.51.9---1.04.26.8----8醇丁醇11.10.5四氯化碳三氯乙烯8.69.3--本设计用2）法除静电。2.1.4表面改性涂层的附着力是塑料涂装中特别重要的问题，由于许多塑料结晶度大，极性小，与涂料的结合力低。因此，涂装前需用物理或化学方法进行处理，改变其表面状态或性质，如引入羧基、羟基、羰基等氧化基团，或增加表面粗糙度，增加表面的极性和化学活性，以提高涂层的附着力。（1）机械处理法采用压力喷砂，使用带有棱角的磨料，在压缩空气推动下，高速冲击塑料制品表面。优点是可以获得所需的粗糙度，提高涂层的附着力。缺点是塑料因表面变粗糙而不透明，嵌入表面的微粒难于除净，此法适合于厚壁制品。（2）溶剂侵蚀法例如聚丙烯塑料可用下列步骤进行处理：先将制品加热到80oC左右，保持1～3min,再放入卤代烃如三氯乙烯的蒸气中，使塑料表面非晶体部分膨胀、侵蚀。蒸汽温度应严格控制，过高侵蚀过烈，表面受损，过低侵蚀不足，效果不佳。蒸气处理后应在最短时间，如30～60s内进行涂装，否则，侵蚀表面会恢复原状，失去处理效果。且应用氯化聚丙烯涂料作底层，才有较理想的结合力。经此处理，塑料表面变粗糙，光泽会有所下降。（3）化学氧化处理塑料制品浸入强氧化剂溶液中，使其表面生成碳-氢键，增加与涂料的结合力。化学氧化溶液配方及操作条件见表2-2。表2-2塑料制品化学氧化溶液配方药品序号12345含量/%重铬酸钾硫酸（96%以上）铬酸对甲苯磺酸4.588．5--793---200ml/L420g/L----0.3----9氯乙烯二氧杂环己烷硅藻土磷酸水操作条件温度/oC时间/min适用范围----余量1005PP,PE-----50～605～10PP及其他-----65～705～10ABS95.731--80～1200.2～0.5POM---40余量3010尼龙（4）火焰处理用可燃气体的氧化焰处理塑料制品的表面，能使其增加粗糙度和极性，提高涂层的附着力。火焰温度应保持在1000～2500oC,空气应稍过量，以保证火焰燃烧完全，处理时间必须短。（5）低温等离子体处理气体处于强电磁场和极高的温度下会形成含离子、电子和中子等部分的等离子体，其中有温度高达数千度的平衡等离子体和低于550oC的非平衡等离子体。后者通常称为低温等离子体，使用高频率，微波等在13～133Pa的压力下产生的低温等离子体，作用到塑料表面时，由于电离状态的气体和紫外线等的能量的作用，使塑料表面发生化学变化，而有利于提高涂层的附着力。对聚乙烯塑料，用氧等离子体、惰性气体等离子体处理的效果都好。对聚丙烯塑料，用氧等离子体处理的效果较好，而用惰性气体处理的效果不好。（6）紫外线照射用高能量短波紫外线照射处理，能使塑料表面生成极性基因，提高涂层的附着力。紫外线处理板状制品效果好，而对形状复杂的制品效果不佳。操作紫外线处理，应戴防护眼镜和必须有排气设备，以排除臭氧。（7）电晕处理电晕处理又称电火花处理，是利用尖端型和狭缝型电极，因高电压使空气电离产生臭氧，臭氧使塑料表面发生氧化，增加极性，同时电场中产生动态电子，不断冲击塑料表面，增加表面粗糙度，从而提高涂层的附着力。此法较适用于吹塑薄膜。（8）表面接枝10在塑料表面用接枝聚合反应，可以引入极性基团，改变表面化学结构，提高涂层的附着力。接枝用的单体应选择溶解度低的丙烯腈，丙烯酰胺，丙烯酸等，否则单体将渗透到内部不能实现在表面接枝。可采用触媒法、氧化法、光照法或放射线法进行接枝反应。接枝法适用于表面极性小的聚烯烃和氟塑料。2.2塑料涂装工艺从原则上讲,绝大多数工程塑料都可以制作家电产品的外壳,但从成型性能、外观性能、综合力学性能以及成本等方面考虑,多选用聚苯乙烯(PS)类材料。单纯的PS因其脆性大、易碎裂、耐磨性差等缺点,应用受到限制,而它的改性产品如ABS、HIPS等却得到更广泛的应用。ABS塑料是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体共聚而成的聚合物,根据这三种成分的比例不同,不同厂家有不同的牌号和型号。一般情况下,A占23%～41%;B占10%～30%;S占29%～60%。虽然ABS是从PS改性基础上发展起来的品种,但由于它具有韧性好、刚性强、硬度高、表面性能好、成型性能好等优点,其应用范围远远超过了PS,而成为一个独立的塑料品种。由于PS的韧性差,使用范围受到限制,人们用橡胶类聚合物对其改性。随着改性幅度的不同,出现高、中、低不同抗冲类型的聚苯乙烯,在家电产品中代替ABS而采用的多是高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。2.2.1涂装方式空调室外机在户外使用，金属外壳的表面涂层常年经受紫外线照射、雨水冲刷和酸雾侵蚀；室内和室外机使用的塑料件同样受光照、氧气和工业废气的侵蚀。如果不对这些部件进行耐候处理，如将金属件喷上耐候粉末涂层、将塑料件喷涂耐候漆膜或选用耐候树脂注塑，这些部件的涂层或塑料基材很容易老化