板式家具紫外光固化涂料漆膜附着力的影响.pdf

Furniture017应用技术第44卷第3期家具2023年第44卷第3期Furniture2023Vol.44No.3板式家具紫外光固化涂料漆膜附着力的影响尹继超1，陈刚?,朱梦男？,郭晓磊2*（1.江苏益圆居品制造有限公司，徐州2 2 132 1;2.南京林业大学材料科学与工程学院，南京2 10 0 37）摘要：由于紫外光（UV光）固化涂料具有环保、干燥效率高、涂饰质量好等优势，在板式家具涂饰中的应用越来越广泛，具有广阔的发展前景。为了研究UV光固化涂料在板式家具表面的漆膜附着力，选取白橡、红橡和樱桃木这3种木皮贴面工件和中密度纤维板（MDF)素板工件，利用扫描电子显微镜（SEM)探究了漆膜与基材的结合机理，并研究了基材表面特征和漆膜厚度对漆膜附着力的影响。结果表明，工件的表面粗糙度影响着UV涂料涂饰后的表面平整度，并且漆膜厚度的大小对附着力具有一定影响，随着漆膜厚度变大，附着力提高，当漆膜厚度到达临界值时，即9 0 m，漆膜附着力可达到最优0 级，然后开始下降。关键词：紫外光漆；辊涂工艺；板式家具；漆膜附着力中图分类号：TS664文献标识码：A文章编号：10 0 0-46 2 9(2 0 2 3)0 3-0 0 17-0 7DI0:10.16610/ki.jiaju.2023.03.004EffectFacters ofanelFurnitureFUVYIN Jichao,CHEN Gang,ZHU Mengnan 2,GUO Xiaolei 2(1.Yiyuan Product Manufacturing(Jiangsu)Co.,Ltd.,Xuzhou 221321,China;2.College of Materials Science and Engineering,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China)Abstract:Due to the advantages of environmental friendly,high drying efficiency and good finishing quality,the ultravi-olet light(UV)curing coating is more and more widely used in panel furniture finishing and has broad development pros-pects.In order to study the film adhesion of UV lacquer coating on the surface of panel furniture,three kinds of veneerworkpiece and Medium Density Fiberboard(MDF)plate workpiece were selected,and the bonding mechanism betweenpaint film and substrate was explored by scanning electron microscopy.The influence of surface characteristics of sub-strate and film thickness on film adhesion was studied.The results show that the surface roughness of the workpiece af-fects the surface flatness after UV coating,and the size of the paint film thickness has a certain influence on the adhe-sion,with the increases in thickness of the paint film,the adhesion increases,when the thickness of the paint film reachesthe critical value of 90 m,the film adhesion can reach the optimal level O0 and start declining.Key words:UV lacquer;roller coating technology;panel furniture;film adhesion板式家具是以刨花板和中密度纤维板（Medi-umDensityFiberboard,MDF）等人造板为基材，并采用贴面或涂料对其表面进行涂饰的家具。为了改善基材导致的涂料涂饰质量差的问题，首先在基材表面进行木皮贴面处理，随后进行油漆涂饰，这在一定程度上解决了基材表面平整度的问题，并且涂饰后也可以保留并凸显出木纹的美感。涂饰工艺按涂饰方法可分为辊涂、喷涂和淋涂，分别应用于不同尺寸和不同外形的板式家具-2。采用辊涂涂饰工艺，可一次性完成砂光、辊涂、干燥、除尘等工序，具有涂饰效率高、环保等优势3-5。板式家具部件的紫外光(UltravioletLight,UV)面漆辊涂工艺采用的是自动化程度较高的先进设备，工件依次通过上料、静电除尘、色漆辊涂、紫外线干燥、面漆辊涂、紫外线干燥、下料等流程完成色漆和面漆的涂装6-8。UV漆膜性能主要包括漆膜附着力、硬度、耐磨性、光泽度、漆膜厚度等，而基材种类、贴面薄木种类、工艺参数、涂饰环境等均会影响最后的UV漆膜性能9-1。漆膜附着力是评价漆膜性能的首要指标，表征底漆漆膜与板式家具部件的结合强度。当漆膜附着力好时，成品耐用，相反板式家具部件会出现开裂等缺陷2。不同的基材表面特征、表面孔隙和表面平整度均会对涂层与基材的结合产生影响13-14 基金项目：国家林业和草原局林业科学技术推广项目（2 0 19 2 0 号）。作者简介：尹继超（19 8 2 一），男，本科生，研究方向为木材加工装备工程。E-mail：16 0 9 540 18 1 q q.c o m。通信作者：郭晓磊（19 8 1），男，教授，研究方向为木材加工装备工程。E-mail：y o u n g l e i g u o h o t ma i l.c o m。引文格式：尹继超，陈刚，朱梦男，等.板式家具UV涂料漆膜附着力的影响J.家具，2 0 2 3，44(3）：17-2 1.018FurnitureNo.3Furniture2023Vol.44应用技术家具2023年第44卷第3期选取3种木皮贴面工件和MDF素板工件，研究UV光固化涂料在板式家具表面的漆膜附着力，并利用SEM探究漆膜与基材的结合机理，研究基材表面特征和漆膜厚度对漆膜附着力的影响，旨在为板式家具的UV涂饰工艺提供理论指导。1材料与方法1.1材料与设备试件所选取的板式家具，其基材为刨花板和MDF两种，基材经3种木皮贴面后进行UV涂饰，木皮贴面分别为樱桃木、白橡和红橡，木皮厚度为0.5mm,设置的对照组为直接进行涂饰的无贴面素板，规格尺寸为30 0 mm300mm18mm，密度为0.8g/cm，含水率为9%11%。选用UV光固化涂料的板式家具成品由浙江杭州圣奥家居有限公司提供。试验所使用的仪器：铅笔划痕实验机(PPH-I)，显微镜（ZW-H1600），环境扫描电镜（Quanta200），表面粗糙度检测仪（SurfcomNEX001SD-12）。以上试验仪器均由南京林业大学提供。1.2试验方法1.2.1涂饰工艺板式家具的UV辊涂工艺流程：砂光一腻子一砂光一底漆一干燥一面漆一干燥。首先素板通过宽带式砂光机进行砂光，砂纸选用18 0#。辊涂单元由橡胶辊、钢棍、油漆喷管和刮刀等组成，UV透明腻子辊涂量为32 g/m，干燥能量为150 MJ/cm。砂光除去多余腻子，砂纸选用18 0#。辊涂3道UV底漆，每道底漆辊涂后均需干燥，涂布量为25g/m，干燥能量为18 0 MJ/cm。通过宽带式砂光机对底漆漆膜砂光，砂纸选用32 0#；辊涂2 道UV面漆，每道面漆辊涂后均需干燥，涂布量：2 8 g/m，干燥能量为30 0 MJ/cm；对成品的外观和漆膜性能进行检测，重新涂饰修补有漆膜缺陷的成品，最后将合格成品放人仓库。1.2.2漆膜性能测试根据GB/T13452.22008色漆和清漆漆膜厚度的测定，首先通过刀具切割，使工件露出漆膜，然后在显微镜下观测工件漆膜与基材的结合情况，并测量漆膜厚度。根据GB/T4893.4一2 0 13家具表面漆膜理化性能试验第4部分：附着力交叉切割测定法，用刀片在板件上划6 6 根横竖交叉的线，组成一个10 mm10mm的方形网格，然后贴上胶带后用力撕下，在显微镜下观察漆膜脱落面积，参照国家标准对漆膜附着力进行等级评价，并通过放大倍数为50 0 倍的环境扫描电镜（ScanningElectronMicroscopy，SEM)对工件表面孔隙和漆膜进行微观形貌分析。2结果与分析2.1板式家具基材对漆膜附着力的影响如图1a所示，以刨花板为基材、白橡木皮为贴面，既体现了基材木纹纹理特征，涂料涂饰后也凸显了美观的木纹纹理；如图1b、图1c所示，以MDF为基材、红橡木皮和樱桃木皮为贴面进行涂料涂饰，在凸显木纹效果的同时，也提高了表面光泽度；如图1d所示，以MDF为基材的无贴面处理素板直接进行涂料涂饰，满足封闭实色的涂饰效果，镜面效果显著。基材表面木皮种类以及纹理特征的不同使其经UV辊涂工艺涂饰后可实现不同的涂饰效果a.白橡贴面b.红橡贴面c.樱桃木贴面d.无木皮贴面图1UV漆涂饰后的4种木皮贴面板式家具Fig.1Four types of veneer veneer panel furniture after UV paint finish基材的不同表面特征，例如纤维孔隙、纤维排列等均会影响表面平整度，通过SEM分析了基材分别为刨花板和MDF的UV涂料涂饰前后的微观形貌，并比较了白橡、红橡和樱桃木3种木皮贴面工件以及MDF素板工件涂饰前后的表面粗糙度变化。如图2 a、图2 b所示是刨花板和MDF涂饰前的微观形貌特征。从图中可见，刨花板的纤维分布不Furniture019No.3应用技术第44卷第3期家具2023年第44卷Furniture2023Vol.44均，且纤维孔隙较大，不适宜直接涂饰；而MDF表面纤维较为紧密，且孔隙较小，可实现直接涂饰。如图2 c所示，经UV涂饰后的工件由基材、木皮和漆膜组成，层与层之间结合紧密，木皮经贴面后增加了基材表面的微小孔隙，利于涂料渗人孔隙，提高涂层与工件间的结合，涂饰UV漆后对基材表面的孔隙起到了很好的填充作用，使得表面平整光滑。纤维刨花木皮MDF纤维漆膜表面200um200um200Luma.刨花板涂饰前b.MDF涂饰前c.工件涂饰后图2 刨花板与MDF涂饰前后微观形貌特征Fig.2Micromorphological characteristics of particleboard and MDF before and after finishing如表1所示为4种不同木皮贴面的工件经UV涂料涂饰前后的表面粗糙度，将工件根据涂饰后的表面平整度进行排序，依次为白橡贴面、红橡贴面、素板和樱桃木贴面。涂饰后的工件表面光滑程度得到了很大的提高，且涂饰前的Ra对涂饰后的Ra影响较大。表14种工件UV涂料涂饰前后的表面粗糙度Table1 Surface roughness of four workpieces before andafterUV coating表面粗糙度Ra/m工件类型涂饰前涂饰后白橡贴面4.260.41红橡贴面3.850.38樱桃木贴面2.850.34素板无贴面2.960.35工件在涂饰前，需对木皮表面进行砂光处理，裸露出孔隙断面,形成沟槽结构，来增强与涂层的结合力。涂饰前不同木皮贴面工件的Ra存在一定差异，使用SEM得到涂料涂饰后漆膜与基材结合的微观形貌特征，如图3所示从图3中可以看出，红橡木皮砂光后漏出的纤维孔隙断面最为明显，涂层与木皮之间结合也最为紧密；其次为樱桃木木皮漏出的孔隙断面较小，涂层与木皮之间时存在缝隙；最后是白橡木皮的孔隙断面漏出最少，对应的涂层与木皮之间的缝隙最大；如图3d所示，MDF基材直接进行涂饰，表面存在的微小孔隙，促进了涂料与基材的结合，得到的漆膜质量较好。由此可见，在工件进行砂光时，表面孔隙断面的形貌对漆膜附着力会产生重要的影响，故针对不同类型的工件，需要合理地调整砂光参数。界面养面养面樱桃木木皮漆膜基材漆顺基材漆膜基材100um100Lm100um1004ma.白橡木皮b.红橡木皮c.樱桃木木皮d.无贴面图34种木皮贴面工件UV涂饰后漆膜表面微观特征Fig.3Microscopic characteristics of paint film surface after UV coating of four veneer veneer workpieces4种类型工件的漆膜性能测试结果如表2 所示，其中以白橡木皮和樱桃木皮为贴面的工件漆膜附着力达到了最优0 级，漆膜厚度为0.0 8 mm；以樱桃木木皮为贴面和素板无贴面的工件漆膜附着力为1级，漆膜厚度分别为0.10 和0.12 mm。结合以上工件SEM的微观形貌，发现4种工件之间的漆膜厚度也存在差异性，这是由于涂料涂饰时，渗入纤维孔隙的涂布量不同，导致干燥后漆膜涂层厚度不均。经比较发现，漆膜厚度的大小对附着力也存在一定程度的影响，工件的漆膜厚度越厚，其附着力等级相对较低2.2漆膜厚度对漆膜附着力的影响020FurnitureFurniture2023Vol.44No.3应用技术家具2023年第44卷第3期漆膜厚度是指涂层与基材之间的距离，代表了UV涂料在基材上固化成膜后的厚度，漆膜厚度过薄、过厚或达不到要求，均会影响漆膜附着力。在显微镜下测试漆膜厚度的结果如图4所示，可以看出有木皮贴面的工件主要由漆膜涂层、木皮和基材3部分组成；如图4d所示，直接进行涂料涂饰的MDF素板仅由漆膜涂层和基材两部分组成。为了更大程度地凸显表面木纹效果，涂料涂层颜色与木皮颜色应相匹配，其中白橡木皮贴面的工件涂层颜色为黄棕色，红橡木皮贴面的工件涂层颜色为棕色，樱桃木木皮贴面的工件涂层颜色为红色，素板无贴面的工件涂层颜色为灰黑色。表2 4种类型工件的漆膜性能测试结果Table 2 Paint film performance test results for four typesofworkpieces工件类型漆膜厚度/mm漆膜附着力/级白橡贴面0.080红橡贴面0.101樱桃木贴面0.080素板无贴面0.121漆膜漆膜木皮木皮基材基材a.白橡贴面b.红橡贴面漆膜漆膜木皮基材基材c.樱桃木贴面d.无木皮贴面图44种木皮贴面工件的漆膜厚度显微镜图Fig.4 Microscopic pictures of paint film thickness of four veneer veneer workpieces为了研究漆膜厚度对漆膜附着力的影响，试验选取以白橡、红橡和樱桃木这3种木皮为贴面的工件以及MDF素板工件，每种工件选取7 0、8 0、9 0、100和110 m这5种漆膜厚度，比较其之间的漆膜附着力大小。同种木皮贴面的工件，漆膜附着力均随着漆膜厚度的增大而提高，到达最优值后，漆膜附着力开始下降。故漆膜厚度对漆膜附着力存在一定的影响，影响着漆膜附着力。4种木皮贴面工件的漆膜厚度对漆膜附着力的影响如图5所示，当4种不同木皮贴面的工件漆膜厚度为9 0 um左右时，均可达到较优的漆膜附着力0级。漆膜厚度过薄和过厚，均会降低漆膜附着力。当漆膜厚度较薄时，漆膜涂层无法与基材形成强力的结合；当漆膜厚度较厚时，工件干燥时会产生收缩应力，导致漆膜的内聚力增大，抵消反方向的漆膜附着力。3结论通过探究板式家具表面的UV涂饰效果以及基材材料和漆膜厚度对漆膜附着力的影响，得到以下结论：(1工件经UV涂料辊涂涂饰后，对4种不同类型工件的表面孔隙均起到了很好的填充作用，提高了工件表面的平整度。按照涂饰后工件的表面平整度进行排序，依次为白橡贴面、红橡贴面、素板和樱桃木贴面。(2)通过SEM对漆膜涂层和基材的微观形貌分析，发现基材、木皮和漆膜这3部分均形成了紧密的结合。为了更大程度地凸显表面木纹效果，涂料涂层颜色应与木皮颜色相匹配。(3)除了基材表面特征对附着力的影响较大，漆膜厚度的大小也影响着漆膜附着力的大小，随着Furniture021阅欢迎利登信为）吴吴智慧（责任编辑No.3应用技术家具2023年第44卷Furniture2023Vol.44第44卷第3期漆膜厚度的增加，漆膜附着力呈现出先升高后降低的趋势。4种不同木皮贴面的工件，当漆膜厚度为90m左右时，均可达到较优的漆膜附着力0 级。试验数据对基材材料和漆膜厚度对漆膜附着力影响的研究有重要意义，但为了UV光固化涂料能适应更多基材，仍需对更多基材和漆膜厚度做进一步探究。2.02.01.5白橡木皮贴面1.5红橡木皮贴面1.01.00.50.50.00.0708090100110708090100110漆膜厚度/um漆膜厚度/ma.白橡木皮b.红橡木皮2.02.01.51.5樱桃木皮贴面无木皮贴面1.01.00.50.50.00.0708090100110708090100110漆膜厚度/um漆膜厚度/umc.樱桃木木皮d.无贴面图54种木皮贴面工件的漆膜厚度对漆膜附着力的影响Fig.5Effect of paint film thickness of four veneer veneer workpieces on paint film adhesion参考文献：1江应.中密度纤维板实色UV辊涂工艺研究D.南京：南京林业大学,2 0 14.2】周学良.拼装实木复合门的水性漆涂饰工艺.木材工业，2018,32(1):25-27.3】李文，王昭君，王文峰.干燥工艺对木质家具用水性聚氨酯漆膜附着力的影响J.林产工业，2 0 19,56(12)：6 2-6 4.【4】包文斯，闫小星，常意娟.变色粉含量对杉木表面水性底漆漆膜性能的影响J.家具，2 0 19,40(4)：5.5张家祖，徐康，袁少飞，等.水性聚氨酯漆料干燥速率及漆膜性能影响规律研究J.中南林业科技大学学报，2 0 19,39(1)：134-140.6高迪，徐伟，吴智慧，等.欧式古典家具胡桃色漆面涂饰工艺家具,2 0 17,38(1)：11-16.7龙彩凤,宋小川.板木家具底着色涂饰工艺的技术控制J.林产工业,2 0 16,43(12):35-37.【8 吴智慧，张海桥.家居木制品用水性紫外光固化涂料及其应用研究进展.林业工程学报，2 0 2 3,8(1)：1-12.9蒋利群，沈隽，赵政，等.纳米TiO,和ZnO改性水性漆的漆膜性能及其VOC研究J.林业工程学报，2 0 19,4(4)：148-155.10彭晓瑞，张占宽，陈明贵.紫外光辐射能量对木器紫外光固化涂料漆膜硬度和附着力的影响J.林产工业，2 0 17,44（12：20-22,32.11凌凯莉，冯启明，黄艳辉，等.改性丙烯酸水性漆对漆膜性能的影响J.光谱学与光谱分析，2 0 2 0,40(7)：2 133-2 137.12龙如月，傅桂涛.浅析板式部件在现代板式家具设计中应用研究.家具,2 0 16,37(4)：30-33.13黄艳辉，赵畅冯启明，等.丙烯酸水性漆的涂饰工艺及其对漆膜性能的影响J.林产工业,2 0 18,45(1)：2 4-2 6,34.14】彭晓瑞，张占宽，陈明贵.紫外光辐射能量对木器紫外光固化涂料漆膜硬度和附着力的影响J.林产工业，2 0 17,44(12）：20-22,32.