中密度纖維板表面噴涂工藝性研究

馮 琛，童宏拓，王豪清，劉昌杰，錢 俊,2

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 國(guó)家木質(zhì)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，浙江 臨安311300）

中密度纖維板表面噴涂工藝性研究

馮 琛1，童宏拓1，王豪清1，劉昌杰1，錢 俊1,2

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 工程學(xué)院，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 國(guó)家木質(zhì)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，浙江 臨安311300）

為探究噴涂過(guò)程中噴頭的狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)涂層厚度性能的影響，自制了自動(dòng)噴漆試驗(yàn)裝置（噴漆槍型號(hào):WA-101-082P），采用聚氨酯（PU）木器漆，通過(guò)調(diào)節(jié)噴頭與工件之間的噴涂距離、噴頭噴射方向與工件表面的角度及噴頭相對(duì)工件的運(yùn)行速度（3因素3水平正交試驗(yàn)）對(duì)36塊尺寸大小為800 mm×200 mm×15 mm中密度纖維板（MDF）試件表面進(jìn)行試驗(yàn)噴涂工藝處理，對(duì)漆膜厚度、漆膜表面粗糙度和性能進(jìn)行了分析。得出以下結(jié)論：當(dāng)空氣壓力為0.28 MPa時(shí)，在噴涂距離為250 mm，噴頭角度為30°，運(yùn)行速度為55 mm·s－1條件下，可得到漆膜厚度較薄、均勻性較好且具備較好性能的涂層。圖6表5參8

木材科學(xué)與技術(shù)；噴涂距離；噴頭角度；運(yùn)行速度；漆膜厚度

Abstract:To determine the state of spray nozzle and operational parameters for optimization of coating thickness,a homemade automatic spray paint test device （type of spray gun:WA-101-082P） was used,using polyurethane （PU）wood coatings,with the spraying distance between nozzle and workpiece altered.Also,the nozzle jet direction and angle to the surface of the workpiece were varied along with nozzle operation relative to workpiece speed （Orthogonal experiment L9（34））to 36 block size is 800 mm × 200 mm × 15 mm medium density fiberboard （MDF） test specimen surface spraying process.Then,the surface coating film was measured for film thickness,film surface roughness and performance comparison and a comparative analysis was conducted.Results showed that when the air pressure was 0.28 MPa,the spraying distance was 250 mm,the nozzle angle was 30°,and the running speed was 55 mm·s－1were optimal conditions for obtaining a thin film thickness and favorable uniformity.With these performance characteristics the coating would perform well.［Ch,6 fig.5 tab.8 ref.］

Key words:wood science and technology;spraying distance;nozzle angle;running speed;film thickness

中密度纖維板（MDF）具有結(jié)構(gòu)均勻、密度適中、表面平整光滑、變形量小、尺寸穩(wěn)定性好和機(jī)械加工性良好等優(yōu)點(diǎn)，加工技術(shù)的提升使得中密度纖維板應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。與貼面人造板的制作工藝相比，涂飾加工工藝更簡(jiǎn)單方便、容易進(jìn)行，各種油質(zhì)、膠質(zhì)的漆類均可涂飾在中密度密度板上，對(duì)中密度密度板形成保護(hù)，延長(zhǎng)使用壽命，也使中密度板更加美觀。因此，對(duì)中密度纖維板的噴涂工藝進(jìn)行研究有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境保護(hù)意義［1-2］。現(xiàn)有的噴漆技術(shù)主要有人工噴涂、機(jī)器人噴涂和機(jī)械設(shè)備自動(dòng)噴涂等3種方式［3-4］。對(duì)中密度纖維板的靜電粉末噴涂研究較多，但因其表面需特殊預(yù)處理、預(yù)加熱等［5］，與機(jī)械噴涂無(wú)可比性。自動(dòng)噴漆在木制品用得很少，主要應(yīng)用在汽車等產(chǎn)品規(guī)格一致的大批量生產(chǎn)上。噴涂效果對(duì)產(chǎn)品的外觀和性能起決定性作用，漆膜厚度、均勻性和漆膜性能是衡量噴漆效果的重要指標(biāo)，若漆膜過(guò)厚，將造成涂料浪費(fèi)、增加成本、易結(jié)塊脫落、形成的漆膜附著力不足；若漆膜過(guò)薄，則不足以遮蓋產(chǎn)品的表面，無(wú)法形成良好的產(chǎn)品外觀［6］；良好的漆膜均勻性可以降低漆膜應(yīng)力，提高表面質(zhì)量。漆膜厚度及其性能主要取決于噴漆過(guò)程中噴頭與工件的距離、噴頭噴射方向與工件的夾角以及噴頭運(yùn)行的速度等因素。因此，本研究在設(shè)定常用因素的情況下，研究上述3個(gè)因素對(duì)中密度纖維板表面自動(dòng)一次噴涂后漆膜厚度及其性能的影響，以獲得涂層的漆膜質(zhì)量較好、成本較低時(shí)油漆噴頭所需的噴涂狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。

1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 中密度纖維板（MDF） 取自浙江麗人木業(yè)集團(tuán)有限公司，幅面為2 440 mm×1 220 mm×15 mm的板材若干張，鋸割成尺寸為800 mm×200 mm×15 mm的噴涂試件36塊。板材含水率為12.8%，密度為 780 kg·m－3，制造原料為雜木。

1.1.2 聚氨酯（PU）木器漆與聚氨酯木器漆稀釋劑 木器漆包括木器底漆（無(wú)色）與面漆（白色），固含量均在90%以上，均取自廣東華潤(rùn)涂料有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

自制的自動(dòng)噴涂設(shè)備：包括噴頭運(yùn)行裝置、供漆系統(tǒng)與送料系統(tǒng)；MJ6132B型馬氏鋸機(jī)：晉江市神功機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)；AB204型電子天平：梅特勒-托利多（METTLER TOLEDO）公司生產(chǎn)，精確度千分之一；101-5A生產(chǎn)型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海愛(ài)斯佩克環(huán)境設(shè)備公司生產(chǎn)；QDX型漆膜多用檢測(cè)儀：天津市精科材料試驗(yàn)機(jī)廠生產(chǎn)；JB-5C表面粗糙度測(cè)定儀：上海泰明光學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；光澤度儀：廣州市東儒電子科技有限公司生產(chǎn)。

2 試驗(yàn)方法與內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)方法

目前，對(duì)噴涂參數(shù)的選擇多數(shù)為工人憑借實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)獲得，參考這些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)并經(jīng)過(guò)多次預(yù)實(shí)驗(yàn)，確定試件的橫向進(jìn)給量為每次10 cm，涂料霧化的空氣壓力設(shè)定為0.28 MPa。本次實(shí)驗(yàn)選擇對(duì)噴涂效果和漆膜性能影響較大的3個(gè)因素作為實(shí)驗(yàn)變量因子：①噴頭與MDF噴涂面的距離（噴涂距離）；②噴頭噴射方向與MDF表面的夾角（噴頭角度）；③噴頭運(yùn)行的速度（運(yùn)行速度）。各取3個(gè)水平根據(jù)L9（34）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)（表1），每組進(jìn)行4次（總計(jì)36次）重復(fù)試驗(yàn)。主要研究噴涂距離、噴頭角度和運(yùn)行速度對(duì)噴涂后漆膜厚度的影響。

表1 正交實(shí)驗(yàn)方案Table 1 Orthogonal experiment plan

2.2 試驗(yàn)流程

參考主流工藝［7］，確定實(shí)驗(yàn)流程為：板材砂光→噴底漆→干燥→砂光→二次噴底漆→干燥→砂光→噴面漆→漆膜干燥→測(cè)試，其中砂光采用240目砂紙人工砂光，砂光后板材的粗糙度約18 μm。本試驗(yàn)研究的重點(diǎn)流程是 “噴面漆→漆膜干燥（干燥于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱模擬大氣環(huán)境）→測(cè)試”。漆膜最后干燥時(shí)間為5 d，即漆膜在大氣環(huán)境中放置5 d，使得漆膜的性能穩(wěn)定以便于測(cè)量的準(zhǔn)確性［8］。

圖1 砂光后的試件Figure 1 The specimen after sanding

圖2 試件與試驗(yàn)Figure 2 Specimen and test

2.3 漆膜的性能測(cè)試

根據(jù)漆膜性能的相關(guān)情況，參考GB/T 17657-2013《人造板及飾面人造板理化性能試驗(yàn)方法》對(duì)漆膜的漆膜厚度進(jìn)行了測(cè)試。4次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，取其平均值。取樣點(diǎn)6個(gè)·試件-1（圖3），以試件噴涂面幾何中心為中心兩兩成中心對(duì)稱分布（同一水平上3個(gè)點(diǎn)，相鄰2個(gè)點(diǎn)間隔200 mm；豎直方向上2個(gè)點(diǎn)，間隔60 mm），測(cè)試試件大小為98 mm×80 mm×15 mm。

圖3 取值點(diǎn)分布示意圖Figure 3 Distribution chart of the value

3 結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2為不同噴涂距離、噴頭角度和運(yùn)行速度下噴涂后試件表面的漆膜厚度。

3.2 方差分析

3.2.1 漆膜厚度的方差分析 如表3所示：運(yùn)行速度對(duì)噴涂后板材表面漆膜的漆膜厚度的F=18.441大于F0.01=18.00，噴涂距離和噴頭角度對(duì)噴涂后板材表面漆膜的漆膜厚度的F值分別為F=1.141和F=1.438，小于F0.1=3.1。由此可見(jiàn)，運(yùn)行速度對(duì)噴涂后板材表面的漆膜厚度影響極顯著，在本研究范圍內(nèi)噴涂距離和噴頭角度對(duì)噴涂板材表面的漆膜厚度影響不顯著。

3.2.2 漆膜表面粗糙度的方差分析 經(jīng)方差分析表明（表4）：噴涂角度對(duì)噴涂后板材表面漆膜的表面粗糙度的F=14.425，大于F0.05=6.9，小于F0.01=18.00；噴頭距離對(duì)噴涂后板材表面漆膜的表面粗糙度的F=188.160，介于F0.01和F0.05之間；運(yùn)行速度對(duì)噴涂后板材表面漆膜的表面粗糙度的F=1.53，小于F0.01。由此可見(jiàn)，噴涂距離對(duì)噴涂后板材表面漆膜的表面粗糙度影響極顯著，噴涂角度對(duì)噴涂后板材表面漆膜的表面粗糙度影響顯著，運(yùn)行速度對(duì)噴涂后板材表面漆膜的表面粗糙度影響不顯著。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment with the selected parameters

表3 漆膜厚度方差分析Table 3 Variance analysis of film thickness

表4 漆膜表面粗糙度方差分析Table 4 Variance analysis of surface roughness of paint film

3.3 各因素對(duì)漆膜厚度的影響及較優(yōu)參數(shù)的確定

3.3.1 噴涂距離對(duì)漆膜厚度的影響 漆膜厚度隨著噴涂距離的增大開(kāi)始呈較為明顯的下降趨勢(shì)，變化近似線型曲線，如圖4所示。當(dāng)噴涂距離為150 mm時(shí)，距離過(guò)近，油漆微粒霧化不完全，噴涂到MDF表面時(shí)，顆粒較大的油漆滲透至板內(nèi)的量較少，干燥后形成的漆膜較厚；而當(dāng)噴涂的距離為250 mm時(shí)，距離適當(dāng)遠(yuǎn)，涂料微粒霧化后比表面積較大，一方面可能滲透至板內(nèi)的量較多，另一方面細(xì)微的漆霧易飛散于空氣中，許多未附著于試件表面，故形成的漆膜會(huì)較薄。而本實(shí)驗(yàn)是以漆膜的厚度為主要約束因素，漆膜厚度隨著噴涂距離的的增大開(kāi)始呈較為明顯的下降趨勢(shì)，因此，采用噴頭距離為250 mm較為合理。

3.3.2 噴頭角度對(duì)漆膜厚度的影響 漆膜厚度隨著噴頭角度的增大呈先減少后增加的變化趨勢(shì)，如圖5所示。當(dāng)噴頭角度為30°時(shí)，漆膜的厚度最薄。一方面，噴頭角度增大時(shí)，實(shí)際油漆顆粒噴涂到板面的路線越長(zhǎng)，而較近的噴涂距離將會(huì)產(chǎn)生較厚的漆膜厚度；另一方面，噴頭與試件的角度增大時(shí)，其噴涂的面呈現(xiàn)橢圓形，逸散的程度隨著噴頭角度的增大而增加，這可能是由于噴頭角度較小是油漆顆粒對(duì)板面沖擊后產(chǎn)生反彈，影響了漆膜厚度的均勻性。本實(shí)驗(yàn)是以漆膜厚度為主要約束因素，為了得到較薄的漆膜厚度，宜采用的噴頭角度為30°。

3.3.3 運(yùn)行速度對(duì)漆膜厚度的影響 不同噴頭運(yùn)行速度形成漆膜厚度從大到小依次為25，40，55 mm·s－1（圖6）。當(dāng)噴頭運(yùn)行速度為25 mm·s－1時(shí)，漆膜的厚度最大，這是因?yàn)閲婎^移動(dòng)速度越小，單位時(shí)間內(nèi)噴涂到板面單位面積上油漆顆粒就越多。理論上它們之間應(yīng)是線型關(guān)系，但圖6中顯示并非如此，這是因?yàn)橛幸徊糠钟推釢B透到試件的內(nèi)部，且滲透的量是一樣的，當(dāng)總量減少時(shí)，剩余量就不是線形關(guān)系了。當(dāng)噴頭移動(dòng)速度達(dá)到55 mm·s－1時(shí)，表面形成的漆膜更薄了。為了得到較薄的漆膜，宜采用的運(yùn)行速度為 55 mm·s－1。

3.4 漆膜性能分析

油漆附著力是指油漆膜與被涂物表面之間或涂層之間相互結(jié)合的能力，是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)，是漆膜具備一系列性能的前提。附著力好的漆膜經(jīng)久耐用，附著力差的漆膜容易開(kāi)裂、脫落，無(wú)法使用。附著力、光澤度、鉛筆劃痕硬度和耐磨性度的檢測(cè)見(jiàn)表5。在噴涂距離為250 mm和噴頭角度為30°的情況下，漆膜的附著力等級(jí)為2，說(shuō)明在該條件下油漆與中密度纖維板表面的結(jié)合較好。光澤度、漆膜表面的平整和粗糙程度大體一致，漆膜的外觀質(zhì)量良好。本實(shí)驗(yàn)的漆膜各性能指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1031-2009《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（GPS）表面結(jié)構(gòu)輪廓法表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》和GB/T 4893.8-2013《家具表面漆膜性能理化性能試驗(yàn)》對(duì)漆膜表面涂飾的要求。

圖4 漆膜厚度隨噴涂距離變化情況Figure 4 The variation of film thickness with spray distance

圖5 漆膜厚度隨噴頭角度變化情況Figure 5 The variation of film thickness with Spray angle

圖6 漆膜厚度隨運(yùn)行速度變化情況Figure 6 The variation of film thickness with the running speed

表5 其余漆膜性能Table 5 Other film properties

4 小結(jié)

用自制的自動(dòng)噴涂設(shè)備（自動(dòng)噴漆槍型號(hào)為WA-101-082P），采用聚氨酯（PU）木器漆，霧化空壓為0.28 MPa，橫向進(jìn)給為10 cm·次-1，通過(guò)對(duì)中密度纖維板的噴涂后漆膜性能的研究，得到以下結(jié)論：運(yùn)行速度對(duì)噴涂后板材表面漆膜厚度影響極顯著，在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)噴涂距離和噴頭角度對(duì)噴涂后板材表面漆膜厚度影響不顯著；噴涂距離對(duì)噴涂后板材漆膜的表面粗糙度影響極顯著，噴頭角度對(duì)噴涂后板材漆膜的表面粗糙度影響顯著，運(yùn)行速度對(duì)噴涂后板材漆膜的表面粗糙度影響不顯著。以漆膜厚度為主要約束因素，中密度纖維板自動(dòng)噴涂較佳的工藝參數(shù)為噴涂距離為250 mm，噴頭角度為30°，運(yùn)行速度為55 mm·s－1，在以中密度纖維板為基材，利用自動(dòng)噴涂設(shè)備進(jìn)行噴涂實(shí)驗(yàn)，得到較好的漆膜。

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Surface coating technology for medium density fiberboard

FENG Chen1,TONG Hongtuo1,WANG Haoqing1,LIU Changjie1,QIAN Jun1,2
（1.College of Engineering,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.National Engineering and Technology Research Center of Wood-based Resources Comprehensive Utilization,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China）

TS653.6；S781.5

A

2095-0756（2017）05-0915-06

2016-10-24；

2016-11-20

浙江省省院合作重大林業(yè)科技項(xiàng)目（2014SY02）；浙江省工程技術(shù)研究中心建設(shè)項(xiàng)目（2013E1032）

馮琛，從事木材噴涂加工研究。E-mail：173219815@qq.com。通信作者：錢俊，教授，從事木材科學(xué)與技術(shù)研究。E-mail：965038593@qq.com