不流平原理：液体润湿基材时的最小要求

1.问题描述

在对工件表面进行喷涂之后，湿膜未能流平形成平面，对于基材缺陷处也未能填充，呈现出工件表面空隙处漏涂，如图4—10（a）所示，涂膜呈现出表面的橘皮［如图4—10（b）所示］。如果施工方式为滚涂、刷涂，则会出现滚印、刷痕等不良状况。

图4—10　施工后涂料不能流平

2.原因分析

在针对工件进行涂料施工之后，一方面由于表面张力的作用，涂料会在工件表面有铺展/收缩和流平的趋向；另一方面施工后涂料的流动性对其铺展和流平性能也有极大影响。针对涂料流平性，对这两个方面因素的具体分析如下所示。

（1）涂膜的流平力学原理。这种关系液滴（涂料）与固体（涂装基材表面）接触的某一瞬间，固液气三态交点处的力学分析来解释，在这一瞬间液滴是继续铺展流平，还是回缩最终决定于该点的合力F。液滴与固体接触瞬间模拟图如图4—11所示，我们假设F的方向与γSG方向一致，则合力F = γSG— （γLG cos θC + γSL）= γSG — γLG cos θC — γSL。式中，γSG为基材的表面张力；γLG为基材的界面张力；γSL为液体的表面张力；θC为液滴与固体表面的接触角。

图4—11　液体润湿基材原理示意图

很显然只有F为正值时液体才能继续在基材上铺展润湿，对于涂料来讲称为流平。

当F = 0时，cos θC =（γSG — γSL）/ γLG，此瞬间液滴受力平衡，不铺展也不回缩。

当F＜0时，cos θC ＞（γSG — γSL）/ γLG，液滴在该瞬间所受合力为向内收缩，液滴回缩将使得θC不断变大，使得cosθC变小直到cos θC =（γSG — γSL）/ γLG，也就是F = 0时，液滴再一次达到受力平衡为止。(www.xing528.com)

当 F＞0时，cos θC ＜（γSG — γSL）/ γLG，这液滴在该瞬间将继续铺展，使得cos θC值变大，直到cos θC =（γSG — γSL）/ γLG，也就是F = 0，液滴再一次达到受力平衡为止。

要改善涂料在工件上的流平性，一方面可以通过溶剂和助剂来降低涂料自身的表面张力，让γLG变小，涂料就会有流平趋向，以使得θC变小，cos θC值变大来平衡等式。另外在涂料当中添加基材润湿剂，让基材润湿剂能够在固/液界面定向排布，降低固/液界面张力γSL，当γSL变小时，受力等式又出现不平衡，涂料必须继续流平降低θC值，使得cos θC增大以能够平衡受力 等式。

（2）涂料自身的流动性问题。液体通常分为牛顿流体、非牛顿流体，而涂料基本属于非牛顿流体。而在涂料当中常见的流体类型为假塑性流体，假塑性也称为触变性，也就是流体在剪切力的作用下，黏度降低，而没有剪切力的作用下，黏度很高，直观表现为涂料呈现为果冻状。在涂料施工过程中，涂料的触变性越强，流平性就越差，因为在涂装施工后，在工件表面的液滴几乎没有任何剪切力的作用，触变性强的涂料此时的黏度极高不具备流动性，容易造成涂装的橘皮状态。

（3）涂料不能流平还与涂料喷涂黏度、干燥速度有关，如施工黏度太高，可能导致涂料施工后不能流平；而涂料干燥速度极快，涂装之后能够迅速表干，使得涂料施工后来不及流平，也可能最终导致涂料不能流平的问题。

3.解决方案

对于涂料不流平的问题，在涂装施工的过程中，首先确认涂料自身的触变性，随后还需要仔细观察看涂料液滴在工件表面的状态以及静置流平之后的状态变化，确定涂料涂装之后不能流平的根本原因。

然而在涂装现场无论是涂料表面张力太大或者太小，还是触变性太强，都很难在现场进行有效的调节，只有通过涂料生产厂家进行配方的调整来解决。由于涂装工件表面性状是相对固定的，通常将涂料的表面张力调节到略低于工件的表面张力有利于铺展流平。对表面流平效果要求较高的应用领域，通常选择触变性较低的涂料。

如果是因为涂料施工黏度过高而导致不流平，只需要加入适量的稀料将涂料黏度调节到较为合适的施工黏度即可解决。

如果是因为涂料干燥速度太快，导致施工之后来不及流平，则需要用一些慢干溶剂调节涂料的干燥速度。