塗層固化的方法及特點

木器傢具塗料常用的固化方法包括自然固化和人工固化（預熱固化、加熱固化和輻射固化）。一般是常溫固化型的。

一、自然固化

自然固化也稱自然乾燥。是指塗層在自然條件下無需採用任何人工措施而固化方法。這種固化方法是長期以來沿用的方法，多數情況是在塗飾場所就地放置等待固化。木製品生產中普遍使用的塗料（酚醛漆、

NC 、 PU ）均屬常溫固化型。

（一）自然固化法特點

1. 方法簡單

自然固化法既不需要任何設備也不需要複雜的技術，基本上不消耗能源。可充分利用下班后的時間和場地。

2. 應用廣泛

這種方法只適用於固化快速，且不致產生嚴重揮發有害氣體的塗料和其它材料。如水色、填孔劑、蟲膠漆等。無固化設備和其它條件時，醇酸漆、酚醛漆等固化較慢的漆，也可採用此法。但場地要潔凈。硝基漆、聚氨酯漆、丙烯酸漆等，在固化時會揮發大量的有害氣體，損害人體健康，並易引起火災，所以最好放置在專門場所進行固化。

3. 固化較慢

自然固化塗層時間長，生產效率低，佔用場地大。所以生產量較大或要求較高生產效率的企業不宜採用此法。

4. 適當控制固化條件

自然固化時，應適應控制固化場所的溫度、濕度和空氣流通情況，一般溫度在 10 ℃以上，相對濕度不能超過 70%

，空氣要保持流通。在北方冬季車間內應有採暖設備。

( 二 ) 固化方式

1. 塗飾現場固化

將塗飾一遍的製品就地放置在塗飾現場自然固化。製品之間就留有適當的距離，不能少於 0.5m

；零部件可以放在架子上，放置的方式應是使塗飾后的表面能與空氣充分接觸，物品間的距離不要小於 25mm 。

2. 自然乾燥室固化

一些揮發性漆，如硝基漆、醇溶性漆等，在塗層固化時，由於產生大量有害氣體，對操作者不利，並容易引起火災。如採用自然固化方式，宜放入專門的自然乾燥室固化，而不應在油漆放工現場直接乾燥。此種乾燥室應能保暖，以便冬季也能保證達到常溫條件（ 20 ～ 25 ℃）。同時應有通風裝置，以便及時排走揮發的有害氣體，以防火災。

二、預熱固化

預熱固化法就是在塗飾塗料之前，預先將被塗飾的木材表面加熱，當塗飾塗料之後，由木材蓄積的熱量傳遞給塗層，就會促進塗層內溶劑的揮發以及某些化學反應的進行，加速塗層的固化。

預熱法對塗層的固化十分有利，因為這時熱量的傳遞是自內向外的，也就是從木材傳到塗層與溶劑蒸汽揮發的方向一致。如圖 4 — 1 （ a ）

所示，圖中帶圓圈箭頭表示溶劑蒸汽移動方向，

十字箭頭表示熱量移動方向。由於塗層自內向外固化，因此，溶劑蒸汽可以毫無阻礙地從塗層中離開。從而縮短了固化時間。

預熱木材的方法有熱接觸法、熱輻射法或熱對流法。應用較多的是在熱輻射預熱室里加熱木材，這種熱輻射預熱室結構簡單，溫度容易控制，經濟實用。

採用預熱法固化塗層時，塗料的組成、塗料塗飾方法及木材表面溫度，對於塗料在木材表面上流平的情況和漆膜質量都有影響，預熱法用於快乾塗料效果顯著，對於慢干塗料，只能起輔助作用。

預熱法固化塗層具有明顯的優點，不僅能縮短固化時間，而且能改善漆膜質量，由於塗料一接觸熱的木材，粘度立即下降，這就有助於改善它在木材表面上的流平性，此外，由於經過預熱，木材表面管孔中的空氣膨脹，部分被排除，漆膜起泡的現象明顯減少，改善了成膜質量。

三、對流加熱固化

對流加熱固化法也稱熱空氣乾燥，即首先將空氣加熱，然後用熱空氣加熱塗層，使塗層固化。

（一）基本原理

對流固化是應用對流傳熱的原理對塗層進行加熱固化的方法，它利用空氣為載熱體，通過對流的方式將熱量傳遞給塗層，使塗層得到固化。

對流加熱固化塗層時，塗層上表面先開始接觸熱空氣，熱量從塗層的上表面開始向塗層下部傳導，塗層的固化首先從表面開始，逐漸擴及內部，塗料與木材的交界處最後被乾燥，此時，熱量的傳遞方向與溶劑的揮發方向相反。因此，固化初期在塗層表面形成硬膜，阻礙著塗層內部溶劑蒸汽的揮發，這就減慢了塗層的固化速度。當塗層內部溶劑蒸汽急劇揮發排出時，衝破表面的硬膜，就有可能使漆膜表面出現針眼或氣泡，這是對流加熱固化法的缺點。為克服上述缺點，可將塗飾好的塗層在進行對流固化之前，先在常溫下陳放一段時間，以便大部分溶劑揮發掉，然後再進一步固化。根據塗料中揮發成分的不同，陳放時間一般為

5 ～ 20min 。生產中為了得到優質的漆膜，採用分段固化的方法，例如，硝基漆塗層固化時，開始時溫度低些，為 20 ～ 25

℃，此時溶劑激烈揮發，然後加熱到 40 ～ 45 ℃，此時溶劑已不大量揮發，最後再降至 20 ～ 25

℃，直至塗層固化，至於每段時間的長短，需根據塗料的種類和塗層厚度來確定。

（二）特點

1. 應用廣泛 ， 適應性強

對流固化是木製品塗層固化應用比較廣泛的一種方法。它適用於各種尺寸、不同形式的工件表面塗層的固化，既適用於組裝好的整體木製品，也可用於零部件，特別適於形狀複雜的工件。當使用蒸汽作為熱源時，適合的固化溫度在

100 ℃以下的塗層固化；當使用天然氣、電能作為熱源時，適合各種固化溫度的塗料固化。

2. 塗層固化速度較快

對流固化的速度比自然固化能快許多倍。如，油性塗層固化時，當溫度由 20 ℃提高到 80 ℃，固化時間幾乎為 1/10

。因此，在國內外傢具與木材加工業企業等生產中得到廣泛應用。

3. 設備簡單 , 使用維修較為方便 , 運行費用較低。

對流固化法也有其不足，用熱空氣固化木材塗層時，木材同時也被加熱，隨著溫度的提高，木材中水分蒸發，木材將產生收縮、變形，甚至開裂；木材導管中的空氣受熱膨脹而逸出可能造成漆膜中產生氣泡、針孔等缺陷；有時還會因為加熱而使材色變深。所以，木材塗層加熱溫度不宜過高。另外，對流加熱固化，熱效率低，升溫時間長；設備龐大，佔地面積大。

（三）熱空氣乾燥室

熱空氣乾燥室類型很多。按作業方式分，有周期式和通過式兩種；按所用熱源可分為熱水、蒸汽、電及天然氣等多種；按熱空氣在室內的循環方式可分為強制循環和自然循環兩種形式。傢具工業塗層固化常用周期式或通過式強制循環的對流式乾燥室。

1. 周期式乾燥室

周期式乾燥室又稱盡頭式或死端式。一般為室式，可以作成單室式或多室式。周期式乾燥室周圍三面封閉，只在一端開門，被乾燥的製品或零部件定期從門送入，關起門來乾燥，乾燥后再從同一門取出。此類乾燥室裝卸時間較長，利用率低，主要用於單件或小批量生產企業。

周期式乾燥室按熱空氣循環方式可分兩種。

2. 連續式乾燥室

連續式乾燥室也稱通過式乾燥室。這種乾燥室兩端開門，被塗飾工件由運輸機帶動，從一端進入並向另一端移動，塗層在移動中固化。移動方式可分為連續和間歇兩種，後者每隔一定時間移動一段距離。通過式乾燥室內通常形成溫度、風速、換氣量不同的幾個區段，可按交變固化規程來固化塗層。常用的工件運輸裝置有移動式多層小車，帶式、板式、懸式和輥筒式運輸機等。

對流加熱固化方法的塗層固化速度，比自然固化法的速度快許多倍，是目前國內外木製品生產中應用較為普遍的一種塗層固化方法。

四、輻射固化

輻射固化就是用各種射線（紅外線、紫外線等）照射塗層，使其固化的方法。根據所採用的射線的不同，塗層固化的方式也不同。分為紅外線輻射、紫外線輻射固化等。

（一）紅外線輻射固化

1. 工作原理

利用紅外線輻射被塗飾的工件及塗層后，輻射的能量被吸收並被轉化為熱能，從而固化塗層。

紅外線是一種不可見射線，介於可見光和微波之間，波長在 0.72 ～ 1000 μ m

，人們按波長把紅外區又劃分為二或三部分，分別稱為「近」、「遠」，或者「近」、「中」、「遠」紅外線。

紅外線有兩個重要特性，一個是能穿過空間，稱透射能力，另一個是射到物體上，容易使物體變熱，稱熱效應。紅外線加熱，主要由紅外輻射和紅外吸收兩方面組成，而各種物體對紅外輻射的吸收能力是不一樣的，就是同一物體對不同波長的紅外線的吸收能力也不相同。對塗層固化過程來說，應選擇能最大限度地透過塗層而很少透過木材的某種波長範圍的紅外線，使其剛好在塗層與木材的交界處轉化為熱能，從而使塗層由內向外地固化。

2. 特點

（ 1 ）固化速度快，生產效率高 與熱空氣對流乾燥相比，固化時間可縮短 3 ～ 5 倍。特別適用於大面積表層的加熱乾燥。

（ 2 ）升溫迅速，熱效率高

輻射乾燥不需中間媒介，可直接由熱源傳遞到塗層，故升溫迅速。它沒有中間介質引起的熱消耗，減少了部分熱氣帶走的熱量。用遠紅外線加熱時，約 50%

左右的輻射能被塗層吸收， 45% 被基材吸收，只有 5%

被反射掉，所以其效率要高於近紅外線固化，同時，遠紅外線幾乎適用於所有塗料的固化（紫外線、電子束固化塗料除外）。因此熱效率高。

（ 3 ）固化質量好

紅外線能穿過塗層到達木材表面，使之變熱，這時塗層下面受熱首先開始固化，而表面的塗層仍然處於液體狀態，下層的溶劑蒸汽可以自由地向上散發，可避免在漆膜表面形成氣泡、針眼等缺陷。另外，紅外線乾燥不需要大量循環空氣流動，飛揚的灰塵少，漆膜表面清潔。

（ 4 ）設備緊湊，佔地面積小 紅外線乾燥設備結構上比熱空氣對流乾燥設備簡單、緊湊，故長度短，佔地面積小。同時使用靈活、操作簡單。

紅外線乾燥的缺點是由於紅外線是直接傳播，必須是直射被固化的塗層表面上才有效果，對於形狀比較複雜的曲面上的塗層，則很難均勻的固化。另外，電能消耗很大。

3. 紅外線乾燥設備

（ 1 ）乾燥室結構 紅外線乾燥室是由一定數量的紅外線輻射器組成通過式乾燥室。被塗飾的零部件或製品用傳送裝置運送，在乾燥室中通過時使塗層固化。

（ 2 ）輻射加熱器

輻射加熱器又稱輻射元件，是指能發射遠紅外線的元件。它是遠紅外乾燥室中的主要設備。遠紅外輻射元件由遠紅外塗層、熱源和基體（包括附件）組成，按輻射元件的形狀有燈式、管式和板式等型式。

板式輻射器正面為碳化硅板，把電阻線夾在碳化硅板的溝槽中，背面設有保溫盒，其內部填充保溫絕熱材料，外表塗一層遠紅外塗料。板式遠紅外輻射器適用於大面積的工件。裝卸維修簡便，不用反射板，如圖

4 — 5 所示。

管式輻射器，如圖 4 — 6 所示，內部有一電熱絲，外面是一根無縫鋼管，

空隙中填滿結晶態的氧化鎂粉，壓實后具有良好的導熱性和絕緣性，管壁外塗一層遠紅外輻射塗料，電熱絲通電加熱后，套管的表面就會輻射出一定波長範圍的遠紅外線。管式輻射器適合於加熱小型工件或形狀不複雜的平板工件。

燈式輻射器外形似紅外線燈泡，如圖 4 — 7

所示，配有反光罩，將發出的大部分遠紅外線經反射罩匯聚成平行線后輻射出去，適合於形狀複雜的工件的塗層固化。

（ 3 ）熱源 熱源的作用是給輻射元件提供足夠的熱量，使其輻射出遠紅外線。通常採用電、煤、蒸汽等作為熱源，但應用最多的是電阻絲加熱，即電熱遠紅外線。

4. 遠紅外線輻射固化工藝

影響紅外線固化的因素主要有輻射器表面溫度、輻射波長、輻射距離和輻射均勻性等。

（二）紫外線輻射固化

1. 固化原理

紫外線是一種波長在 10 ～ 400nm 之間的電磁波。用於光敏塗料固化的主要是波長為 300 ～ 400nm

的紫外線，在光敏塗料中加有少量的光敏劑，在紫外線的照射下，光敏劑吸收特定波長的紫外線，分解產生活性基團，引發成膜物質的聚合反應發生，形成網狀結構而使塗層固化。

現在應用的光敏塗料有兩大類，即不飽和聚酯樹脂和丙烯酸酸改性樹脂（丙烯酸酸環氧樹脂，丙烯酸酸聚氨酯），在它們的分子中有乙烯基不飽和鍵的結構。在塗料中加入光敏劑，在紫外線照射下，分解而產生活性基團，引發聚合作用，在塗料高分子之間進行交聯反應，形成網狀結構而使塗層固化。

2. 特點

（ 1 ）塗層固化快效率高

紫外線照射時間十分短，塗層在幾十秒甚至幾秒鐘內迅速固化。由於固化快，乾燥裝置長度短，被塗飾部件一經照射即可收集堆垛。節約車間的生產面積，生產周期短，是機械化連續塗飾流水線上最快的固化裝置。因而生產效率極高。

（ 2 ）漆膜質量好節省塗料 光敏漆是無溶劑型漆，塗料轉化率接近 100%

，固化后的漆膜收縮極少，沒有因漆膜收縮而產生的各種缺陷，漆膜平整光滑。另外，光固化時，當塗層已固化而基材未被加熱，基材含水率可保持穩定，避免或減小了因含水率變化而引起的變形、翹曲等。

（ 3 ）裝置簡單，投資少，維修費用低

紫外線輻射固化的缺點是只能固化平表面的零部件，某些形狀複雜的構件不能保證固化質量。紫外線對人的眼睛和皮膚有危害，操作時不能直接用肉眼向照射區內窺望。

3. 固化裝置

生產中用光敏漆組成一條光固化流水線，這種裝置塗料塗飾設備與紫外線輻射裝置兩個主要部分組成，用運輸機連接起來，安裝在密閉的隔離室內。紫外線輻射固化裝置主要由照射裝置、冷卻系統、傳送裝置、空氣凈化及排風系統等。

（ 1 ）照射裝置 照射裝置由光源、冷卻系統、照射器、漏磁變壓器等部分組成。其中最主要的是紫外光源。

常用的紫外光源主要是低壓汞燈和高壓汞燈，此外還有屬於近紫外光源的氙氣燈等。低壓汞燈的外殼是軟質玻璃，內壁塗有黑光粉，管內充有高純度水銀液和稀有氣體。其紫外線放射率較高，達

18%

，發熱量低，但輸出小；高壓汞燈的外殼是石英玻璃管，內有高純度水銀液和惰性氣體，啟動后，管壁溫度達數百度，水銀呈完全蒸髮狀態，達幾個大氣壓，放射效率低（

7% ～ 8% ），但輸出量大，有效的紫外線強度遠比低壓汞燈大。

（ 2 ）排氣通風及空氣凈化系統

排風通氣的目的是排除預固化區的熱量，排除部分溶劑所揮發出的有害氣體以及高壓汞燈所產生的臭氧。

空氣凈化的目的是為了保證漆膜的質量，整個淋塗裝置及照射裝置都安裝在密閉的隔離室內，進入隔離室的空氣必須凈化。在風機吸風口前設置布袋式粗過濾器，風口後設置泡沫過濾器以達到凈化要求。另外為了避免外界灰塵進入，須使隔離室內維持正壓，這就要求進風量大於排風量。

4. 紫外線輻射固化工藝條件

影響紫外線輻射固化的因素有紫外線波長、紫外線長度、塗層厚度及塗層溫度。

（三）電子線固化

電子線固化就是用電子線照射塗層，使塗膜高分子發生交聯固化。

電子線固化裝置由電子加速器、高壓發生器、控制台、運輸機和通風系統組成。主體為加速器，由電子槍和加速管組成，從電子槍發射出來的電子靠加速管內高壓的作用而獲得很高的能量。加速的電子流經過交變磁場，該磁場將電子流導向塗層，並從運輸帶的一邊移到另一邊。固化裝置的主要部分設在混凝土或鉛制的防護牆內，以防電子遇到金屬時產生的

X 光射到外面。

所有的不飽和化合物、不飽和聚合物等都可用電子線進行固化。

電子線固化的優點是：常溫固化、漆膜質量好、時間極短（幾鈔鍾即可），能固化不透明塗料。能量利用率高，但設備價格高。

五、固化規程

漆膜質量的好壞與固化工藝規程是否合理有很大關係，制定塗層固化規程的主要依據是塗料中成膜物質的種類，塗層厚度及其固化方法等。

油性塗料乾燥的快慢與溫度的高低有關，溫度高，漆膜乾燥快，但一般情況下，溫度宜在 80 ℃以下。用皮膠、骨膠膠合的拼板製作的製品，漆膜乾燥溫度不宜超過

60 ℃，否則會降低膠接強度。油性漆的塗層厚度對固化時間影響很大，隨著塗層厚度的增大，固化時間也大為延長，所以油性漆的塗層不宜過厚。

硝基塗層乾燥時最高溫度不能超過 50 ℃，乾燥初期，如溫度稍高，塗層就易起泡，所以，規定塗層進入乾燥固化裝置的最初 5 ～ 10s

鍾之內，溫度應逐漸地升高，或者使工件進入乾燥固化裝置之前，預先在室溫下陳放一段時間，固化后不磨光的塗層，在 40 ～ 50 ℃的溫度下，固化 15

～ 20min 就可以，需漆膜修整的塗層，則需在室溫下固化 48h 。如用對流方式固化塗層，在 50 ℃下固化 3 ～ 4h 。輻射方式固化塗層，在

50 ℃溫度下，需固化 2h 。

聚氨酯漆是一種反應性很強的塗料，對環境很敏感，漆膜性能與施工的關係密切，雙組分漆的配比對漆膜的性能影響很大，故須嚴格按照規定比例配漆，並充分攪拌均勻；放置

15 ～ 20min ，待氣泡消失后再使用。配好的漆應在 4h 用完，以免時間過長而膠化報廢。

配漆與塗漆過程中，忌與水、酸、鹼或醇類等物質接觸。木材含水率不宜過高，底層的水性材料（填孔劑、著色劑等）干透后再塗聚氨酯漆。

如需粘度 h ，可用工業無水二甲苯或工業無水環已酮按 1:1

混合后，對聚氨酯漆進行稀釋。經稀釋后的塗料只能作底漆用，不能作面漆，否則會影響漆的光澤度。

塗飾厚度一般以每層 15 μ m 為宜，塗層間隔乾燥 1h 左右，如乾的太過分，再塗下一道時，則層間交聯很差，影響層間的附著力。

聚酯漆的品種不同，固化規程也不一樣，蠟型不飽和聚酯漆，固化溫度 15 ～ 30 ℃，若高於 40 ℃時，形成的漆膜質量不好，若低於 15

℃，石蠟會在塗層內結晶，使漆膜模糊。塗層厚度應在 200 μ m 以上，如果小於 100 μ m

，則蠟膜不易形成，影響塗層的封閉隔氧。非蠟型的固化溫度與引發劑種類有關，如過氧化環已酮的最低引發溫度為 20 ～ 60 ℃，過氧化苯甲醯則為 60

～ 120 ℃。