在过去，三维部件上的紫外线固化对配方师和最终用户都是一个挑战。同样的情况也适用于高涂膜的着色不透明涂料。当金属基材加入到混合物中时，会遇到另一种程度的复杂性。如何克服这些挑战?

配方和应用是齐头并进的。涂层的最终要求——附着力、光泽、不透明度和耐候性——是决定哪些原材料可以成功使用的关键。188金宝搏bet官网应用方法也会影响原材料的选择。例如，喷涂涂料不会使用与辊涂涂料相同的原材料，仅仅是因为两者所需的粘度不同。188金宝搏bet官网有这么多的可能性，配方师从哪里开始呢?从最后开始，然后往回走。本文重点介绍了一种不透明的白色涂层，喷涂在100%非挥发性材料(NVM)上，能够粘附不锈钢，具有高光泽(60°时bbb85)和最小风化(6至9个月)。188金宝搏bet官网

应用程序的方法

在基材上应用UV固化涂层的方法有很多，包括喷涂、辊涂、浸涂、流涂、凹印和真空涂。零件几何形状、生产占地面积和涂层的固体含量只是影响应用方法的几个参数。由于感兴趣的涂层将喷涂，因此将不讨论其他应用方法。

粘度和流变性是喷涂成功的关键因素。涂层必须具有足够低的粘度，以便在接触基材之前能够适当地雾化，但它还必须具有流变性，使其能够快速恢复，而不会损坏部件或凹陷。这种平衡既可以在配方中实现，也可以在应用过程中通过物理手段操纵涂层来实现。降低涂层粘度的最快方法是用有机溶剂将其切割。但是，如果使用溶剂，则必须添加一个单独的处理步骤，以确保在UV固化之前将其去除。这一步骤将占用生产空间，需要额外的资本投资，并通过增加整体工艺时间来降低吞吐量。所讨论的涂层不含溶剂，因此将使用其他方法来确保其处于适当的喷涂粘度。

可以通过在施用前加热涂层来修改高粘性涂层以进行喷涂。加热是降低粘度的有效方法;然而，它必须均匀应用，不能过度，以保持涂层的完整性。每种配方会有所不同，但一般来说，紫外光固化涂层不应在120至140°F(49至60°C)以上加热较长时间。没有绝对粘度可以提供最佳性能;最佳性能将根据涂层的触变性、零件几何形状和其他加工变量而变化。然而，粘度会影响使用哪种喷雾方法。传统的喷枪，高容量低压(HVLP)喷枪，空气辅助无气喷枪和旋转雾化装置都可以成功使用，但有些配方更适合特定的应用类型。

传统喷枪
传统喷枪使用最简单，使用时间也最长。简单地说，涂层是通过喷枪喷嘴绘制的。压缩空气被引入并包围涂层，将其分解成细小的液滴。然后这些液滴被推向基底。一旦它们接触到基材，它们就会一起流动，形成光滑、连续的涂层。低粘度涂层(22秒Zahn 1到25秒Zahn 2)应该可以很好地与传统喷枪一起工作。

HVLP枪支
HVLP喷枪与传统喷枪相似，不同之处在于它们的雾化压力较低。由于减少了过度喷涂量，较低的压力提供了比传统喷枪更高的传递效率，并且还将大大减少传统喷枪看到的涂层“云”。在某些情况下，与传统喷枪相比，HVLP喷枪可以增加橘皮。常规喷枪的粘度范围也适用于此。

空气辅助无气枪
与传统和高压高压喷枪相比，空气辅助无气喷枪可以实现更好的雾化。雾化空气压力较低，但流体压力较高(200至1200 psi)。空气辅助无气喷枪的传输效率也更高，这将使涂层比传统喷枪和HVLP喷枪更快地在部分上形成。如果需要更高的胶片构建，空气辅助无气枪可能是更好的选择。具有28秒粘度的涂层Zahn 3可以很好地喷涂。

旋转雾化
旋转雾化装置的工作原理不同:不是使用空气雾化涂层，而是使用离心力。转速越快，雾化效果越好。旋转雾化可以将涂层分解成更细的颗粒，从而可以在较低的膜构建中更平滑地铺设。旋转雾化也适用于高粘度涂层。在Zahn 3上，粘度高达45秒的涂层已在商业环境中使用旋转雾化器成功喷涂。

静电学
对于金属部件，静电喷涂是一个自然的选择。在喷雾剂中加入静电将提高传递效率。然而，根据零件的几何形状，静电可能会带来更多的问题。如果零件有深凹区，带电的涂层颗粒将不会转移到凹区，而是由于法拉第笼而积聚在侧壁上。这种积聚将导致零件上的薄膜不均匀，并在最厚的区域产生潜在的磨损。

表1列出了每种喷雾方法的一些典型转移效率。这些都是指导方针，不应被视为绝对价值。实际的传输效率将根据零件风格、喷涂设置、绘画风格和其他因素而有所不同。

本文讨论的涂层可以使用这些技术中的任何一种进行喷涂。粘度足够低，可以用常规或HVLP喷枪喷射;然而，干膜厚度(DFT)将在2.2至2.6密耳左右，以获得光滑，连续的薄膜。如果使用空气辅助无气雾化或旋转雾化，则最小湿膜构建范围可以降低到1.6至2.0密耳。在涂层被涂到基材上后，它将保持液态，直到它暴露在紫外线能量下。这个过程的阶段被称为固化。

固化

UV固化是一种视线过程——如果涂层不接受UV能量，它就不会固化。为了成功地固化3d部件，必须放置UV灯以允许能量照射涂层。在某些情况下，灯的放置必须非常有创意，以确保没有阴影区域暴露不足。

请记住，灯与零件的距离可以使固化效率产生巨大差异;距离灯泡越远，紫外线强度就会下降得越多。灯可以调焦或调焦(见图1，第24页)。如果灯与部件的距离大于灯的焦点，则最好将灯移出焦点，以确保涂层表面的最佳紫外线强度。应进行适当的辐射测量，以确保达到最佳的紫外线能量。

用于固化UV涂层的两种主要类型的灯是电弧灯和微波灯。这些术语指的是灯泡供电的方式。电弧系统依靠电流来激发灯泡内的气体分子。微波灯泡是由微波能量激发气体分子来驱动的。微波系统被认为是“即时启动”，而电弧系统最初需要几分钟才能达到最佳操作条件。两种技术之间的其他区别是灯泡尺寸，灯泡寿命和产生的热量。然而，一旦系统开始运行，每个系统发出的紫外线能量几乎没有差别。

球的大小
微波系统中的灯泡通常是6英寸长，但可以达到10英寸，而弧光灯可以使用更长的灯泡。如果更大的部件需要用微波系统固化，多个灯泡可以交错放置，以创建与弧光灯系统相同的固化区域。

热产生
一般来说，弧灯将产生更多的红外(IR)能量比微波系统，但空气或水冷外套可以用来消散从电弧系统发出的热量。如果正在运行的部件是热敏感的，微波系统可能是更好的选择。但是，对于金属基板，除了在固化后必须立即处理的部件或部件含有易燃材料时，热不是主要问题。

灯泡寿命
电弧灯泡通常需要在1500到3000小时后更换。记住，这些灯泡会从末端到中心烧坏。微波灯泡寿命较长，通常在8000小时左右才需要更换。这两个系统都需要定期维护(反射镜和灯泡清洁和旋转)，以确保适当的紫外线输出。

掺杂的灯泡
紫外线光谱分为四个区域:UVA(320至390纳米)、UVB(280至320纳米)、UVC(250至280纳米)和UVV(395至445纳米)。对于大多数透明的uv固化涂层，UVA和UVB是关键的能量区域。普通的汞蒸汽灯泡将充分覆盖这些区域，并且与大多数紫外线固化涂层一起工作良好(见图2)。然而，添加颜料或增加薄膜构建的涂层可能需要掺杂灯泡，其中除了灯泡中的汞外还含有另一种金属(通常是铁或镓)。这些金属的存在使灯泡的寿命减少了15%至20%，但会使紫外线能谱发生变化，从而增加了固化强度(见图3和图4)。铁掺杂灯泡在UVA区域的强度更大，而镓掺杂灯泡在UVV区域的强度更大。微波灯和弧光灯都可以使用掺杂灯泡

对于厚度大于2密耳的白色涂层，一个掺镓的球泡和一个常规的汞球泡可以提供最佳的固化深度和良好的表面固化平衡。黑色和深蓝色涂层可能受益于铁掺杂灯泡组合。由于掺杂灯泡提供深度固化，它应该在水银灯泡之前使用。含有不同光引发剂和颜料的配方可能需要不同的灯布置。

配方

一旦制定了处理的基本规则，就可以开始制定了。根据所讨论的样品涂层的要求——高光泽度、100% NVM和有限的耐候性——几种原材料的选择将被取消。

低聚物
在配方中首先要选择的是低聚物。紫外光固化涂料可以通过自由基或阳离子机理进行固化。许多金属涂层使用阳离子机制，因为遇到的收缩率较低，这通常提供更好的附着力金属。由于阳离子固化涂料没有很好的耐候特性，我们将重点关注自由基配方。

自由基配方是基于丙烯酸酯化学。低聚物可以是聚氨酯丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯或丙烯酸酯。每一组都有积极的属性:聚氨酯耐候性好，环氧树脂固化快，聚酯湿颜料好，丙烯酸树脂提高附着力。基于这些一般描述，这些家族中的任何一个都可以用来配制金属应用的涂层。必须进行广泛的筛选，以找到应用的最佳低聚物。在大多数配方中，混合化学物质可以优化性能特征。

活性稀释剂
一旦获得了基本的附着力，就必须解决其余的性能问题。由于不能使用溶剂来降低该涂层的喷涂粘度，因此必须使用活性稀释剂。反应性稀释剂最好被描述为低分子量的低聚物。正是由于这种较低的分子量，一些反应性稀释剂会引起皮肤刺激。不是所有的反应性稀释剂都被认为是刺激性的，但每个人对每种稀释剂的反应不同，就像蜜蜂叮咬过敏一样。任何时候都应遵循正确的处理程序。

添加剂
为了增强对金属的附着力，可以使用酸性的附着力促进剂。虽然这些添加剂可以改善附着力，但必须注意确保它们与配方的其余部分兼容。

流动添加剂用于改善涂层的流平性和外观。这些添加剂降低了固化涂层的表面能，因此，如果在第一层上直接施加另一层涂层，则液体涂层将呈网状，而不是形成均匀的涂层。

颜料
必须添加颜料才能获得着色，但颜料涂料又增加了固化UV涂料的难度。与热固化系统不同，颜料会干扰固化过程。当灯泡的紫外线能量输出与白色颜料的吸光度进行比较时，这种效应就变得明显了(见图5)。在400 nm以下，二氧化钛的吸收非常强，以至于它可以干扰汞灯泡的大部分能量输出。解决这个问题的一个简单方法是切换到一个掺镓灯泡(见图6)。掺镓灯泡在更长的波长(大于400 nm)中发出更多的能量，与色素的干扰就会减少。

黑色涂料很难固化，因为它们吸收紫外线和红外线能量。热形式的红外吸收可能是热敏基板的一个问题;紫外线能量的吸收是治疗的一个问题。颜料将与光引发剂竞争紫外线能量，这可能导致较慢的线速度，以获得充分的固化。线速度越慢，基板吸收的热量就越多。

虽然黄色不吸收紫外线能量，但它们很难固化，因为它们会过滤紫外线能量。这种过滤导致光引发剂效率较低，导致线速度较慢。

不透明度所需的大量二氧化钛在固化白色涂层方面存在困难。颜料的数量将根据所需的涂层DFT和所需的不透明度而变化。对于需要低胶片构建(10到20微米)的应用，配方中含有高达45%的二氧化钛并不罕见。更少的颜料需要更高的胶片构建。

虽然这些颜色更难固化，但也不是不可能。通过正确的灯泡和光引发剂选择，所有颜色都可以在UV系统中成功固化。

的光
在低聚物选择之后，最关键的配方选择可能是光引发剂(PI)。正是这一成分使UV固化成为可能。光引发剂可用于表面固化或透固化。那些吸收较长波长的能量(>340 nm)更适合于颜料涂层的透固化，因为对颜料和光引发剂的干扰较少(见图7)。

对于白色配方，光引发剂必须在不引起发黄的情况下吸收较长的波长。有效的光引发剂是可用的，但它们只能在较深的颜色中使用，因为它们会对白色涂层的颜色产生负面影响。

平衡透固化和表面固化总是很重要的。如前所述，UV涂料通过视线固化。这意味着它们将从涂层表面固化到基材界面。通常，使用一个光引发剂包(两个或更多pi)，它将在表面和基材界面进行固化。如果表面固化太快，它将抑制紫外线能量的数量，允许渗透到基材，造成皱纹或“捏”的外观。在严重的情况下，表面可能完全不粘，但下面的涂层将没有机会固化，将保持湿润。这种影响是更常见的胶卷增加到4毫米或更大的范围。

选择合适的灯泡可以方便加工。如果首先使用在波长较长的区域发射的掺镓灯泡，紫外线能量将被允许穿透更深的涂层。如果在掺镓灯泡之后再加上一个标准的汞灯泡，波长较短的紫外线能量就可以在表面完成固化。这是配方和应用共同优化固化过程的一个主要例子。

相反，如果使用的表面固化光引发剂量不足，涂层表面会变粘(甚至变湿)，光泽度会降低，但基材界面会固化。回到灯泡的选择，随着胶片的增加，使用两种类型的灯泡变得更加重要。涂层越厚，紫外线能量穿透越深，就能一直固化到基材。在大于3mil的白色涂层中，仅使用掺镓的灯泡很难在表面固化无粘着剂。

表2显示了灯泡组合和薄膜构建之间的一些比较，以及对白色涂层的固化和外观的影响。紫外能量用Power Puck辐射计测量。虽然所有的灯泡组合在DFT为2 mil时都有足够的治愈反应，但仅用标准汞球或掺铁球治愈的灯泡的外观是不可接受的。

当涂层以5密耳DFT喷射时，差异更大。根据治愈反应和外观，镓掺杂灯泡和标准汞灯泡是唯一能给出可接受结果的组合。镓掺杂灯泡本身不能提供足够的表面固化，而其他灯泡组合也不能将涂层一直固化到衬底。

在涂覆3d零件时，在不同的薄膜结构下进行固化的能力至关重要。喷涂凹陷或阴影区域可能会在整个部件上保持一致的薄膜构建方面存在困难。在平坦、开阔的区域，涂层比在这些有问题的区域建立得更快。

确保成功

在三维金属部件上UV固化不透明涂层的困难是很多的。然而，只要在应用、固化和配方方面取得适当的平衡，就可以成功地进行紫外光固化。虽然涂层要求将决定配方的大部分内容，但涂层的加工也不容忽视。通过优化这三个方面，最终的结果将是商业上的成功。