高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備油漆缺陷分析及研究

顏晨光，王光明，劉宏斌

（1.西安西電開(kāi)關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710077；2.西安西電高壓開(kāi)關(guān)有限責(zé)任公司，陜西 西安710018）

0 引言

因GIS（氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備）具有運(yùn)行安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)，GIS需求量的不斷增加，電力系統(tǒng)對(duì)其設(shè)備安全可靠運(yùn)行的要求也日益增高。在GIS系統(tǒng)之中，其組成部件、配用的機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等大部分存在于由鋁制或鋼制殼體內(nèi)，這些殼體通常都會(huì)采用涂裝油漆于鋁或鋼殼體內(nèi)外兩面的方法進(jìn)行處理，即將一定厚度的涂料層涂裝于高壓開(kāi)關(guān)鋁或鋼殼體、柜體零部件表面，油漆能夠?qū)⑼饨绲乃趾脱鯕獾任镔|(zhì)有效地與鋁或鋼殼體隔絕開(kāi)來(lái)，從而防止鋁材或鋼材的的氧化，增加鋁或鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用壽命。

高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，時(shí)常會(huì)發(fā)生局部銹蝕、油漆起皮、脫落的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生的現(xiàn)象（見(jiàn)圖1），此時(shí)，產(chǎn)品外部缺陷銹蝕痕跡影響整體產(chǎn)品的表面質(zhì)量，如果銹蝕部位漆皮嚴(yán)重脫落，并逐漸向周邊延伸，致使缺陷面積迅速擴(kuò)大，不僅會(huì)影響到高壓開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的美觀(guān)程度，還會(huì)對(duì)其抗腐蝕性和產(chǎn)品使用壽命造成較大的影響，如出現(xiàn)油漆脫落的位置在開(kāi)關(guān)的內(nèi)表面，還有可能在帶電運(yùn)行的過(guò)程中對(duì)使用者造成嚴(yán)重的人身安全損害[1-7]。

圖1 油漆起皮、脫落照片

為了對(duì)出現(xiàn)掉漆現(xiàn)象的高壓開(kāi)關(guān)殼體等進(jìn)行原因分析，開(kāi)展了本文的研究。

1 油漆脫落現(xiàn)象分析

1.1 油漆成膜機(jī)理

油漆成膜機(jī)理：油漆A組分通常為高分子樹(shù)脂、添加劑及相關(guān)溶劑，油漆B組分通常為固化劑、促進(jìn)劑等，使用前按規(guī)定配比進(jìn)行混合，必要時(shí)添加特定溶劑，將混合油漆溶液調(diào)配至規(guī)定粘度，在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行噴涂或刷涂，之后按規(guī)定工藝參數(shù)，使油漆牢固浮著于鋼制或鋁制底材表面完全固化。因此附著力是油漆物理機(jī)械性能的重要指標(biāo)之一，盡可能提高油漆層與底材及各油漆涂層之間的附著力，方才能夠提高高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)外表面油漆質(zhì)量，提高油漆在嚴(yán)酷的室外腐蝕環(huán)境中的保護(hù)效果和使用壽命。

當(dāng)未固化的液態(tài)油漆與底材表面緊密接觸，達(dá)到分子級(jí)別相互作用的有效距離時(shí)（約0.5 nm），就有化學(xué)鍵的鍵合反應(yīng)（以油漆材料固化反應(yīng)形成油漆漆膜為主），或物理化學(xué)的范德華力和氫鍵的結(jié)合（以油漆漆膜與底材之間的附著力為主），在此情況下當(dāng)油漆以液態(tài)涂布于底材表面時(shí)，必須充分潤(rùn)濕底材（液體在與固體接觸時(shí)，沿固體表面擴(kuò)展的現(xiàn)象稱(chēng)為液體潤(rùn)濕固體），油漆在固化后才可以具備良好的附著力。

在油漆形成漆膜的固化反應(yīng)中，油漆與底材的結(jié)合是二者相互作用的結(jié)果，所以底材的表面狀態(tài)對(duì)漆膜的附著力有同樣重要的影響，底材表面處理是改善底材表面狀態(tài)，使得底材表面適宜于油漆潤(rùn)濕，形成適合于漆膜附著的表面，提高油漆潤(rùn)濕底材的程度，將對(duì)油漆附著力產(chǎn)生影響，因而底材的表面處理也是影響附著力的重要影響因素，對(duì)底材表面的處理工藝方法、工藝過(guò)程也需要進(jìn)行研究控制。

1.2 油漆脫落的影響因素

影響油漆脫落的因素有：零部件的表面處理工藝、油漆質(zhì)量、漆膜固化過(guò)程中溫度和時(shí)間、油漆漆膜外觀(guān)、油漆漆膜厚度、油漆漆膜附著力以及油漆漆膜自然老化等因素。

為控制油漆質(zhì)量因素影響，公司油漆原料要求采用具備資質(zhì)廠(chǎng)家的指定產(chǎn)品，即經(jīng)過(guò)工藝驗(yàn)證后，指定供貨廠(chǎng)家，指定油漆牌號(hào)，從而避免油漆原料產(chǎn)地廠(chǎng)家不同對(duì)油漆質(zhì)量的影響；漆膜固化參數(shù)規(guī)定為：在烘箱經(jīng)過(guò)80℃～100℃烘干60 min～120 min，并要求在油漆沒(méi)有實(shí)干前嚴(yán)禁搬運(yùn)、擠壓零部件；因而可排除原料及固化參數(shù)兩方面因素影響。

在確定油漆工藝過(guò)程相同條件下，本課題主要研究了零部件表面處理工藝對(duì)油漆質(zhì)量的影響，通過(guò)制作油漆樣板，研究分析不同樣板表面處理工藝對(duì)油漆漆膜的影響。

1.3 鋼制或鋁制底材表面處理的必要性

通常金屬表面有許多雜物、污物和在所處環(huán)境中形成的異物、銹蝕氧化表層，這些物質(zhì)隔離了油漆與底材的直接接觸，阻礙了漆膜的附著，所以必須處理清除。處理方法分為化學(xué)清洗法和物理（機(jī)械）清理法?；瘜W(xué)清洗一般根據(jù)材料可用堿性清洗法或酸性清洗法，其原理均通過(guò)化學(xué)侵蝕去除表面雜質(zhì)及氧化層；物理（機(jī)械）清理法，包括拋丸、噴砂、拋光等處理手段，這些方法處理后的底材表面可形成與涂料有較強(qiáng)相互作用的活性表面，使油漆同金屬表面緊密結(jié)合，增強(qiáng)漆膜附著力，提高金屬表面的防銹能力[8-9]。

2 油漆樣板制作方案、試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及表面處理工藝類(lèi)型

2.1 油漆樣板制作方案

油漆樣板材料確定選用Q235A鋼板，鋼板厚度5 mm，樣板規(guī)格100 mm×50 mm.

油漆樣板的油漆工藝按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用相同廠(chǎng)家油漆，噴涂，固化，得到油漆樣板。

2.2 試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

油漆漆膜厚度采用：漆膜厚度測(cè)試儀，分別測(cè)試油漆樣板左上、右上、左下、右下、中間五個(gè)部位的油漆漆膜厚度；油漆附著力檢驗(yàn)依據(jù)是《GB/T 9286—1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》；參照企業(yè)絕緣件標(biāo)準(zhǔn)，具體要求見(jiàn)表1，對(duì)油漆樣板進(jìn)行冷、熱循環(huán)試驗(yàn)，考核油漆在極限高、低溫下長(zhǎng)期使用的可靠性。

表1 冷、熱循環(huán)試驗(yàn)

2.3 表面處理及其它影響因素分析

樣板表面處理工藝分別考慮：樣板處理后灰塵影響、樣板處理后油污對(duì)油漆影響、樣板表面噴砂程度對(duì)油漆影響，另外對(duì)比油漆漆膜厚度對(duì)油漆質(zhì)量影響。對(duì)油漆質(zhì)量的影響通過(guò)制作油漆樣板，研究分析不同樣板表面處理工藝對(duì)油漆漆膜的影響，具體方案分類(lèi)見(jiàn)表2.

表2 油漆樣板制作分類(lèi)

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 底材表面處理后灰塵因素影響

樣板表面處理后灰塵影響圖片見(jiàn)圖2，漆膜厚度見(jiàn)圖3.

圖2 灰塵影響油漆樣板

圖3 灰塵影響油漆樣板漆膜厚度

目視圖2樣板，可見(jiàn)油漆1#樣板表面覆蓋油漆的大灰塵顆粒導(dǎo)致凸起，表面不光滑；油漆2#樣板表面存在細(xì)微麻點(diǎn)，表面不夠光滑；油漆3#樣板3#表面平整光滑，無(wú)不良缺陷。由圖3可見(jiàn)漆膜厚度基本處于50 μm-70 μm之間，由上述數(shù)據(jù)，分析底材表面灰塵，主要影響油漆表面質(zhì)量，使得油漆表面產(chǎn)生凸起、麻點(diǎn)等缺陷，相應(yīng)的對(duì)灰塵存在部位，也將影響油漆與底材的結(jié)合力。

3.2 底材表面處理后油污因素影響

樣板表面處理后油污影響圖片見(jiàn)圖2，漆膜厚度見(jiàn)圖3.

目視圖4樣板可見(jiàn)油漆4#樣板表面油漆覆蓋不均，部分母材裸露，油漆質(zhì)量差；油漆5#樣板表面存在覆蓋不均、麻點(diǎn)，表面不光滑；油漆6#樣板表面平整光滑，無(wú)不良缺陷。由圖5可見(jiàn)4#樣板重油污底材漆膜厚度無(wú)法測(cè)試，5#樣板輕微油污底材漆膜厚度偏差較大，表面完好無(wú)油污的漆膜厚度，相對(duì)較好。由上述圖片及數(shù)據(jù)，分析底材表面存在油污時(shí)，主要影響油漆潤(rùn)濕底材的程度，使得油漆不能完全分散潤(rùn)濕于底材，影響油漆與底材的結(jié)合力。

圖4 油污影響油漆樣板

圖5 油污影響油漆樣板漆膜厚度

3.3 底材表面噴砂處理邊角砂光處理影響

樣板表面處理后灰塵影響圖片見(jiàn)圖6，漆膜厚度見(jiàn)圖7.

圖6 油污影響油漆樣板

圖7 油污影響油漆樣板漆膜厚度

目視圖6樣板可見(jiàn)油漆7#樣板表面油漆邊角有麻點(diǎn)，不光滑；油漆8#樣板表面油漆邊角有少量麻點(diǎn)；油漆9#樣板表面平整光滑，無(wú)不良缺陷。由圖7可見(jiàn)7#、8#樣板漆膜厚度分散較大，9#樣板經(jīng)噴砂，再砂光邊角后漆膜厚度偏差較小，相對(duì)較好。由上述圖片及數(shù)據(jù)，分析底材材部件經(jīng)噴砂處理后，其邊角等部位，由于噴槍角度及操作原因，經(jīng)常不易處理完好，需要進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)噴砂不完全時(shí)，使用砂紙或電動(dòng)拋光砂輪進(jìn)行處理。

3.4 漆膜厚度不同，耐開(kāi)裂影響

為研究漆膜厚度不同時(shí)，其耐開(kāi)裂性，對(duì)不同厚度油漆樣板9件，按表1要求進(jìn)行了-40℃-+105℃共10個(gè)循環(huán)的熱性能試驗(yàn)，在完成熱性能試驗(yàn)后，對(duì)樣板試品進(jìn)行漆膜附著力試驗(yàn)，依據(jù)《GB/T 9286—1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗(yàn)》進(jìn)行了劃格測(cè)試，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖8、圖9及表3.

圖810 #油漆樣板漆膜厚度

圖911 #油漆樣板漆膜厚度

表3 油漆樣板漆膜厚度及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果

因漆膜厚度的不同，是通過(guò)控制噴涂或刷涂油漆的層數(shù)來(lái)達(dá)到控制，具體為經(jīng)過(guò)工藝試驗(yàn)，控制油漆溶液的粘度在規(guī)定范圍內(nèi)，噴涂一層底漆，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，噴涂第二層底漆，之后為規(guī)定層數(shù)的面漆噴涂或刷涂，在嚴(yán)格工藝參數(shù)控制情況下，可能提高油漆層與底材及各油漆涂層之間的附著力，使之達(dá)到最佳效果。由表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，公司的油漆工藝參數(shù)設(shè)置，達(dá)到上述效果。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的冷熱循環(huán)后，油漆層與底材及各油漆涂層之間的附著力，均可保持優(yōu)異附著力，達(dá)到保護(hù)底材的作用。

4 結(jié)論

（1）底材處理后，表面灰塵存在，主要影響油漆漆膜表面質(zhì)量，使得油漆表面產(chǎn)生凸起、麻點(diǎn)等缺陷。

（2）底材處理后，表面存在油污時(shí)，主要影響油漆潤(rùn)濕底材的程度，使得油漆不能完全分散潤(rùn)濕于底材，形成連續(xù)光滑漆膜。

（3）底材經(jīng)噴砂處理后，其邊角等部位，需要進(jìn)一步檢查，必要時(shí)再拋光、砂處理，避免形成油漆缺陷。

（4）必須具備經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的良好工藝過(guò)程控制，使得油漆層與底材及各油漆涂層之間的附著力達(dá)到保證。

（5）本文研究的僅為單一因素影響，實(shí)際生產(chǎn)中，常常為多種因素的復(fù)合作用，比如經(jīng)?；覊m伴隨油污等浮著于底材表面，噴砂后未及時(shí)油漆，長(zhǎng)期存放，造成底材表面重新氧化等，對(duì)油漆附著力影響更嚴(yán)重。