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摘要：丁腈橡膠導(dǎo)管受其條件限制，在運(yùn)輸、存儲、安裝及使用過程中經(jīng)常發(fā)生彎曲形變，常用的溶劑型防護(hù)涂料的延伸率與橡膠導(dǎo)管不匹配，標(biāo)識丁腈橡膠導(dǎo)管后，無法隨膠管的形變而繼續(xù)附著，出現(xiàn)開裂、脫落等弊病。為此開展水基彈性涂料在橡膠導(dǎo)管上的工藝研究，改進(jìn)涂層與橡膠管的附著力。本文敘述了對與丁腈橡膠導(dǎo)管延伸率相匹配的水基彈性涂料涂覆丁腈橡膠導(dǎo)管的工藝研究過程，并通過對研究結(jié)果的分析及在航空領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用效果，證實(shí)了水基彈性涂料滿足丁腈橡膠導(dǎo)管涂覆的工藝要求，優(yōu)化了丁腈橡膠導(dǎo)管表面清洗工藝，降低了丁腈橡膠制品涂裝過程對橡膠基材的侵蝕性，可以代替溶劑型涂料用于丁腈橡膠導(dǎo)管的保護(hù)及標(biāo)識。

關(guān)鍵詞：水基彈性涂料，水性涂料，丁腈橡膠，橡膠制品，漆墨法標(biāo)識

引言

作為涂裝的底材，與鋼鐵和木材不同，橡膠是高分子化合物，表面能低得多，不利于涂料的附著。而且由于橡膠本身屬彈性體，這就要求涂料漆膜的彈性模量在很大的范圍內(nèi)具有相應(yīng)的可匹配性。同時，不同的橡膠制品對溶解度參數(shù)不同的溶劑具有一定的溶解性，這對涂料的溶劑體系的選擇及其對涂料附著的影響關(guān)系很大。這也是與鋼鐵基材的重要區(qū)別之一。此外，大多數(shù)橡膠制品的熱變形溫度較低，不宜采用加熱固化的方式完成涂料的交聯(lián)固化，這又對涂料的選擇和涂裝工藝提出更高的要求。由此可見，橡膠用的涂料必須適應(yīng)多樣化的底材并與其表面特性、機(jī)械性能、熱膨脹性能及熱變形特征等匹配，同時賦予其相應(yīng)的保護(hù)，裝飾及功能性要求，屬于具有特殊要求的一大類涂料。橡膠制品種類繁多，形狀各異，批量大小差別很大。涂裝方法、表面處理工藝千差萬別，其涂裝工藝近年來進(jìn)展很快。

在橡膠制品的涂裝工藝中表面處理占有特殊的地位，橡膠的表面能相對較低，又容易帶靜電吸附灰塵，還可能帶有成型加工助劑以及遷移至表面的各類助劑，如脫模劑等。還考慮到為降低表面結(jié)晶性的處理，因此，橡膠制品涂裝產(chǎn)生缺陷的可能性更大，更復(fù)雜。

在航空制造業(yè)中，橡膠導(dǎo)管用于空氣系統(tǒng)的傳輸，通常在其表面涂覆不同顏色的涂料以標(biāo)識橡膠導(dǎo)管的使用壓力來實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行保護(hù)、標(biāo)識的作用。涂覆工藝通常采用噴涂、刷涂等方式，然而橡膠導(dǎo)管在運(yùn)輸、存儲、使用過程中存在一定的彎曲形變，而普通的溶劑型聚氨酯[1-4]涂料(如TB06-9聚氨酯底漆、TS70-60聚氨酯磁漆)雖具有良好的綜合性能，但其延伸率較低，不能隨橡膠導(dǎo)管的形變而良好附著，經(jīng)常出現(xiàn)開裂、脫落等弊病(圖1)，起不到保護(hù)及標(biāo)識作用。目前沒有適合于橡膠類制品表面防護(hù)、標(biāo)識的涂料及工藝方法，需尋求一種適合于橡膠材料表面防護(hù)及標(biāo)識的涂料及工藝方法予以解決，涂覆在夾布膠管表面能很好的滿足在該型號上的應(yīng)用[5-6]。

圖1 普通聚氨酯磁漆涂覆后脫落

1·國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

我國從20世紀(jì)80年代開始橡膠工業(yè)飛速發(fā)展。隨著家電行業(yè)、汽車行業(yè)等從國外引進(jìn)生產(chǎn)線，與其配套的涂料及涂裝線和涂裝工藝開始在我國推廣和應(yīng)用。總體來看，我國橡膠用涂料和涂裝工藝與先進(jìn)國家差距較大，我國涂料行業(yè)和應(yīng)用部門對橡膠涂料及涂裝的重視程度日益增加。一般常用的橡膠管不需要涂料進(jìn)行涂裝。但是，一些特殊用途的膠管或橡膠套管為了標(biāo)識和保護(hù)的目的也需要涂料涂裝。例如輸運(yùn)海水的軟管;日本新干線用的外包套管要求與車輪顏色一致，我國航天制造業(yè)中要求丁腈橡膠管表面標(biāo)識色圈。

2·技術(shù)特點(diǎn)

橡膠制品涂裝的目的與金屬、木材等其他底材涂裝的要求相同，目的使該制品達(dá)到延長使用壽命、美觀、增加制品附著力。但是與金屬和木材底材涂裝的不同之處在于，橡膠基本上不存在腐蝕問題，同時出現(xiàn)了底材附著力的問題。其次，橡膠由于化學(xué)結(jié)構(gòu)，加工方法和組成的多樣性又決定了其表面狀態(tài)的多樣性，這就增加了涂裝中表面處理的分量。從涂裝方法的選擇上，由于大多數(shù)橡膠的熱變形溫度較金屬和木材低得多，因此對烘烤漆和熱固化涂料的涂裝又有一定的限制。

3·技術(shù)難點(diǎn)

3.1 橡膠制品屬高分子化合物，表面能與金屬材質(zhì)相比要低得多，不利于涂料的附著，需開展有針對性的表面處理工藝研究;

3.2 橡膠制品在使用過程中的形變遠(yuǎn)大于金屬，普通涂料的延伸率與橡膠表面不匹配，限制了涂料與橡膠制品的附著;

3.3 大多數(shù)橡膠不耐有機(jī)溶劑，或者溶解，或者溶脹，給涂料的溶劑體系的選擇和涂裝過程帶來麻煩，同時引發(fā)一系列的涂裝缺陷。橡膠表面如果過度溶脹，待溶劑揮發(fā)后，必然產(chǎn)生體積收縮和收縮應(yīng)力，破壞涂層的附著，降低橡膠的使用性能。在清洗溶劑的選擇上必須考慮溶劑對橡膠基材的侵蝕性;

3.4 大多數(shù)橡膠的熱變形溫度較金屬低得多，限制了烘烤漆和熱固化涂料的涂裝;

3.5 目前沒有適合于橡膠類制品表面防護(hù)、標(biāo)識的涂料及工藝方法，需尋求一種適合于丁腈橡膠材料表面防護(hù)及標(biāo)識的涂料及涂漆前表面處理工藝方法。

4·研究內(nèi)容及試驗(yàn)結(jié)果

4.1 研究內(nèi)容

4.1.1 開展適合丁腈橡膠導(dǎo)管表面涂覆的涂料選型工作。

4.1.2 開展丁腈橡膠導(dǎo)管涂漆前表面處理工藝研究。

4.1.3 組織開展水基彈性涂料的涂覆、干燥工藝及對丁腈橡膠基材的侵蝕性(橡膠的質(zhì)量變化率及體積變化率)研究。

4.1.4 組織開展對水基彈性涂料、TS70-60聚氨酯磁漆、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆的VOC測試、延伸率測試對比研究。

4.2 組織涂料研制

4.2.1 提出技術(shù)要求

丁腈橡膠導(dǎo)管受自身材料性能限制，熱變形溫度較金屬低得多，不能采用烘烤漆和熱固化涂料的涂裝方式，同時，為減小有機(jī)溶劑對橡膠基材的侵蝕性，因此在涂料選擇方面需從三方面考慮：①涂料可低溫固化;②涂料中含有少量的有機(jī)溶劑;③涂料的延伸率應(yīng)大于丁腈橡膠導(dǎo)管在使用中的變形量。基于上述原因，提出同時具備可低溫固化、高延伸率的水基涂料技術(shù)條件(詳見表1)。

表1 水基彈性涂料技術(shù)條件

4.2.2 水基彈性涂料理化性能測試

組織研制與丁腈橡膠導(dǎo)管相匹配水基彈性涂料，分別對不同3個批次的水基性涂料進(jìn)行全面理化性能測試及批次穩(wěn)定性測試，測試結(jié)果均符合技術(shù)條件要求(詳見表2)。

表2 水基彈性涂料理化性能測試結(jié)果

4.3 涂裝工藝研究

4.3.1 丁腈橡膠管表面處理、涂漆工藝流程圖

丁腈橡膠管表面處理、涂漆工藝流程圖

4.3.2 丁腈橡膠表面涂裝預(yù)處理工藝研究

丁腈橡膠表面存在低表面能、表面光滑、無官能基團(tuán)、表面弱界面層等特殊的理化性能決定了丁腈橡膠制品進(jìn)行涂層保護(hù)前必須先進(jìn)行表面預(yù)處理。

丁腈橡膠表面處理方法通常選用化學(xué)處理法，該方法不受材料表面形貌復(fù)雜性的影響，能夠均勻地處理制品暴露在外面的任何部位，通常是甲苯、丁酮、丙酮，環(huán)己酮、二氯甲烷和甲醇等，根據(jù)材料表面性質(zhì)和溶劑揮發(fā)速度將上述溶劑按一定比例配制成混合溶劑。有機(jī)溶劑可以除去材料表面的老化產(chǎn)物和粉塵以及材料本體遷移出的各種有機(jī)助劑和單體、低分子產(chǎn)物，并產(chǎn)生溶蝕和溶脹作用，增大材料表面粗糙度，提高丁腈橡膠材料本身的附著性能。

該項(xiàng)目采用涂漆前預(yù)處理方法為化學(xué)處理方式中的溶劑清洗，清洗前對清洗劑進(jìn)行選型，選擇材料為常用清洗劑丙酮、丁酮以及對丁腈橡膠侵蝕性影響較低的脂肪烴類溶劑，通過對比丙酮、丁酮、脂肪烴溶劑對丁腈橡膠導(dǎo)管的質(zhì)量變化率、體積變化率試驗(yàn)，從而篩選出適合于橡膠導(dǎo)管的清洗劑。

試驗(yàn)方法：截取長度5cm左右的橡膠導(dǎo)管，稱重，將橡膠導(dǎo)管分別在丙酮、丁酮和浸潤脂肪烴類溶劑內(nèi)浸泡24h，待溶劑揮發(fā)后，再次稱量橡膠導(dǎo)管重量，計(jì)算膠管的質(zhì)量及體積變化率，以考核溶劑對丁腈橡膠的侵蝕性。

由表3可以看出，脂肪烴類清洗劑對丁腈膠管浸泡后的質(zhì)量變化率和體積變化率近為普通涂料的1/2，采用脂肪烴類溶劑清洗丁腈橡膠導(dǎo)管，大大降低清洗過程對膠管的侵蝕性。

表3 溶劑浸泡后丁腈橡膠導(dǎo)管的質(zhì)量及體積變化率

清洗方法：用干凈的擦布或脫脂棉浸潤脂肪烴溶劑，輕輕擦拭丁腈橡膠導(dǎo)管表面，去除表面污染物，待溶劑揮發(fā)后可進(jìn)行涂漆，必要時可采用壓縮空氣吹干。

4.3.3 水基彈性涂料涂覆、固化工藝研究

由于丁腈橡膠類制品的熱變形溫度較低，限制了熱固化涂料的選擇，本試驗(yàn)?zāi)康暮Y選出最佳固化條件，以便于生產(chǎn)及后續(xù)試驗(yàn)。涂覆方法采用噴涂法，可以避免產(chǎn)生流掛、刷痕等涂裝缺陷，涂覆前對不需涂覆的部位進(jìn)行保護(hù)。

試驗(yàn)過程：在溫度為10～35℃、相對濕度低于60%環(huán)境下，對水基聚氨酯彈性涂料按比例對其進(jìn)行調(diào)配，熟化30min，在橡膠導(dǎo)管涂覆多個長度5cm的色圈，按表4條件固化。

表4 水基聚氨酯彈性涂料干燥條件

結(jié)果表明，水基彈性涂料的調(diào)配、熟化、噴涂性良好，在室溫下7d可完全固化，并不影響橡膠使用性能。

4.3.4 涂料對丁腈橡膠導(dǎo)管的侵蝕試驗(yàn)

丙酮類有機(jī)溶劑會對丁腈橡膠導(dǎo)管產(chǎn)生侵蝕，而大多數(shù)含有有機(jī)溶劑的涂料在涂覆過程中，涂料中的溶劑在揮發(fā)的同時也會侵蝕橡膠導(dǎo)管，為驗(yàn)證水基彈性涂料可降低涂覆涂料對丁腈橡膠導(dǎo)管的侵蝕，開展水基彈性涂料、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆和TS70-60聚氨酯磁漆對丁腈橡膠導(dǎo)管的浸泡侵蝕對比試驗(yàn)。

試驗(yàn)方法：在燒杯中盛放水基彈性涂料、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆和TS70-60聚氨酯磁漆的A組分，將橡膠導(dǎo)管放入燒杯中，放置24h后，清洗丁腈橡膠導(dǎo)管，去除表面涂料，計(jì)算質(zhì)量及體積變化率。

由表5可以看出，水基彈性涂料對膠管浸泡后的質(zhì)量變化率低于普通聚氨酯磁漆1/20，體積變化率低于普通聚氨酯磁漆1/200，大大降低了涂料中的溶劑對丁腈橡膠導(dǎo)管的侵蝕。

表5 涂料浸泡后丁腈橡膠的質(zhì)量、體積變化率

4.3.5 有機(jī)揮發(fā)物對比試驗(yàn)

按GB18582要求對水基彈性涂料，按GB18581要求對TB06-9聚氨酯底漆+C04-2磁漆和TS70-60聚氨酯磁漆進(jìn)行VOC測試，測試結(jié)果見表6。

表6 有機(jī)揮發(fā)物測試結(jié)果

水基聚氨酯彈性涂料VOC含量為100g/L，低于普通聚氨酯磁漆1/4，大大降低了有機(jī)揮發(fā)物的污染。

4.3.6 延伸率試驗(yàn)結(jié)果

分別在10cm長的膠管上涂覆水基彈性涂料、TS70-60聚氨酯磁漆、TB06-9聚氨酯底漆+C04-2醇酸磁漆，待涂料完全干燥后，將橡膠管繞直徑為10mm的圓柱彎曲，膠管兩端接觸，如此正反兩個方向各彎曲10次，檢查橡膠管外表面涂層的附著力。結(jié)果對比如下：

由圖2～圖4可以看出，采用水基彈性涂料涂覆橡膠導(dǎo)管后，不開裂、不脫落，附著力明顯優(yōu)于TS70-60聚氨酯磁漆及TB06-9聚氨酯底漆+C04-2醇酸磁漆。

5·應(yīng)用前景

水基彈性涂料代替普通聚氨酯磁漆、醇酸磁漆在丁腈橡膠制品的應(yīng)用，避免了生產(chǎn)中因反復(fù)補(bǔ)修而造成生產(chǎn)周期拖延及原材料浪費(fèi)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及丁腈橡膠管使用的可靠性，涂料涂覆后附著力強(qiáng)，可以起到標(biāo)識作用。不僅一次性徹底解決了長期遺留的生產(chǎn)問題，也為丁腈橡膠等具有柔韌性能的非金屬制品表面的標(biāo)識涂覆生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

該方法選擇了與丁腈橡膠導(dǎo)管延伸率相匹配的涂料，提高了丁腈橡膠導(dǎo)管表面的涂覆質(zhì)量，減少了涂料及清洗工藝對丁腈橡膠導(dǎo)管的侵蝕，提高丁腈橡膠導(dǎo)管的使用壽命及涂料涂覆的可靠性，同時，減少有害有機(jī)揮發(fā)物的排放，對推動實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保的涂覆生產(chǎn)具有重大意義?？梢酝茝V應(yīng)用于同類橡膠制品的表面防護(hù)、裝飾及標(biāo)識生產(chǎn)，不僅適用于航空制造業(yè)，而且對國有大、中、小型民用橡膠加工企業(yè)橡膠制品的防護(hù)、裝飾以及標(biāo)識生產(chǎn)提供了有力的技術(shù)支持，對地方科技發(fā)展具有良好的推廣價值。

6·創(chuàng)新

6.1 針對丁腈橡膠導(dǎo)管標(biāo)識涂層易脫落難題，提出了丁腈橡膠導(dǎo)管標(biāo)識專用水基涂料技術(shù)條件，并聯(lián)合研發(fā)了該涂料，該涂料具有與丁腈橡膠相匹配的彈性、低揮發(fā)性和對丁腈橡膠的低侵蝕性。

6.2 制定了與丁腈橡膠導(dǎo)管標(biāo)識涂料相匹配的涂裝工藝流程，選擇了低氣味、低溶脹性的表面清洗劑，優(yōu)化了丁腈橡膠零件涂裝前清洗工藝，有利于減少溶劑清洗對橡膠的侵蝕。