木材科学与工程毕业论文

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1、本 科 生 毕 业 设 计（论文）（ 2013 届）工程学院题 目： MDF 粉末涂饰工艺研究 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 职称： 教授 职称： 讲师 2013 年 5 月 20 日本科生毕业设计（论文）诚信承诺书我谨在此承诺：本人所写的毕业设计（论文） MDF 粉末涂饰工艺研究均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了引用注释，如出现抄袭及侵犯他人知识产权的情况，后果由本人承担。承诺人（签名）： 年月日MDF 粉末涂饰工艺研究工程学院 木材科学与工程 092 陈悦霞 指导老师：张文标、方群摘要：本文研究了一种新型的中密度纤维板表面装饰方法：即先对中密

2、度纤维板进行预处理，然后对其表面进行粉末喷涂，从而获得更加环保的表面装饰性材料。采用单因素试验设计方法进行粉末喷涂固化工艺的试验，试样涂膜性能参照国家标准测试。结果表明：(1)达到最佳涂膜性能和装饰效果的工艺条件是:采用 320P 号砂纸对基材表面进行磨砂处理后将其放入 60恒温干燥箱中干燥 30min，再将喷涂的板块放在 155红外灯下加热固化 5min。(2)最优工艺条件下获得的饰面中密度纤维板的固化程度测试合格，附着力等级为 0 级，耐划痕性能合格，耐烟烫等级 4 级，耐污染程度基本合格。关键词：中密度纤维板；基材处理；粉末喷涂；固化工艺；性能检测Research on MDF Powd

3、er Coating Process School of Engineering Wood Science and Engineering 092 Chen Yuexiaadvisor: Zhang Wenbiao Fang QunAbstract: This paper deals with a new method of MDF decoration: Firstly, to do some pretreatments of MDF and powder coating its surface, resulting in more environmentally decorative su

4、rface materials. Through test we had determined an ideal method of disposition on the surface of MDF, adopting single factor experiments to design method for powder coating curing process test. The performance of the coating referenced to the national standards. The results of the experiment are as

5、follows : the process conditions for optimum coating performance and decorative effect is to use the 320P# sandpaper to frost the surface of MDF and then placed them in a constant temperature oven of 60 to drying about 30 min, and then put them under an infrared lamp to heating and curing, the tempe

6、rature of the infrared lamp is about 155 and the curing time is about 5 min; The finishes degree of cure under the optimal process conditions has meet the standard, the adhesion level is 0, the scratch resistance level is qualified, the smoke hot resistance level is 4, and the anti-pollution resista

7、nce level is basically qualified.Key words: MDF, surface disposition, powder spraying, curing process, performance detection 目录1 前言 .11.1 MDF 粉末涂料的研究现状 .11.2 研究目的意义 .22 实验方案 .32.1 实验材料与设备 .32.1.1 实验材料 .32.1.2 实验的设备 .32.2 实验内容 .32.3 实验方法 .42.3.1 前期处理 .42.3.2 固化工艺 .53 实验步骤 .63.1 中密度纤维板基材表面处理 .63.1.1 砂

8、光处理 .63.1.2 预热处理 .63.2 中密度纤维板粉末静电喷涂 .73.3 粉末涂层的固化 .74 涂膜性能测试 .85 实验结果与分析 .115.1 基材处理的确定 .115.1.1 砂光处理对上粉率的影响 .115.1.2 砂光处理对涂膜性能影响 .115.1.3 预热处理对上粉率的影响 .125.1.4 预热处理对涂膜性能影响 .135.2 固化工艺的确定 .145.2.1 固化时间对涂膜性能影响 .145.2.2 固化温度对涂膜性能影响 .145.3 产品展示 .156 结论和建议 .16参考文献 .17致谢 .1911 前言1.1 MDF 粉末涂料的研究现状粉末涂料是一种以空

9、气为分散介质，由成膜物质，颜填料以及各种助剂等三大部分构成的粉末状涂料 1，是以空气为分散介质、100%固体粉末形态涂装的涂料，生产和涂装时基本无 VOC 排放，涂装时喷逸的粉末可回收利用，是 20 世纪中期开发的一项新技术，新工艺，是省资源、省能源、无公害、高生产效率、便于实现自动化涂装、优良涂膜性能的环境友好型涂料，粉末涂料现已得到全球涂料和涂装行业的重视，成为涂料中发展最快的品种。粉末静电喷涂 4就是将粉末涂料通过静电作用涂覆在被涂物体上 , 并通过一定时间高温烘烤形成涂层的过程，自 60 年代诞生以来, 其几乎是全部应用于金属表面涂装，进入 90 年代末, 随着粉末涂料和喷涂设备的发展

10、, 使粉末静电喷涂工艺应用于非金属表面成为可能。目前，国内外对中密度纤维板表面化学、粉末涂料制备及在 MDF 表面粉末喷涂工艺等方面研究取得了一些成果，主要侧重于工艺和应用研究，没有很好解决中密度纤维板表面静电喷涂的关键理论和技术问题，尤其尚未从理论上阐明中密度纤维板表面粉末涂料熔融固化行为以及界面结合机理。我国的粉末涂料从 60 年代开始，年增长速度达到了 15%20% 左右。2010 年全球粉末涂料产量 137.8 万吨，我国粉末涂料产量 90 万吨，继续保持产量和销售量全球第一的粉末涂料生产大国位置 5。目前,国外最先进的表面处理技术是借鉴工业界广泛采用的金属表面粉末喷涂技术,所开发的中

11、密度纤维板粉末涂料的粉末静电喷涂(超低温固化) 工艺 7,将粉末涂料喷涂在中密度纤维板表面进行固化处理,其表面处理成本只占总成本的 15。二十世纪九十年代末，国内外许多科研院所和企业相继开展了低温固化和 UV 固化粉末涂料以及粉末涂料在热敏性材质(如木材,塑料) 上的研究应用 17-20。美国 Ferro 公司开发的超临界 VAMP 粉末涂料制造技术，为生产低温固化粉末涂料创造了条件。德国 SAUTER 公司开发了一种近红外粉末涂料的快速固化技术。这些都促使了低温快固化粉末涂料研制成功，使得粉末涂料在塑料产品上实现低温快速固化薄涂层成为可能 21。目前已开发的中密度纤维板用热固性的环氧树脂或聚

12、酯/ 环氧粉末涂料，热固性树脂在受热的情况下熔融，达到一定温度时与固化剂产生化学交联反应，成为具有一定物理机械强度和耐化学介质性能的涂膜。近年来，欧美发达国家一部分企业已成功地将粉末静电喷涂工艺应用于人造板表面装饰，Gema（Sweden ）等公司开发出产了红外线固化设备；Nutro （US）等公司生产了红外/热风熔融和紫外线固化结合的设备 23；英国公司研究开发了红外炉，解决了木基涂层固化的难题，而且由于其加热速度快基材不易过热，内部强度不受到损失，又节省时间和空间 24。目前常用的木基表面粉末喷涂工艺为紫外线（UV）固化型粉末喷涂工艺和超低温固化型粉末喷涂工艺。经近期考察调研，目前在欧洲等

13、国家紫外线（UV）固化型粉末涂料已经停产，不适应产业化生产 25,26。超低温固化型粉末喷涂工艺是现今欧美普遍采用的工艺，其在有色粉末涂料上的固化效果较好，设备投资比紫外固化少，涂层的温度在短时间内达到所需温度而基材温2度仍处在能承受的范围内。国内此项研究起步更晚，主要有些专利和论文报道，没有理论基础和实际的应用。由于它是一项新的界面结合理论技术，不同于传统的油漆、胶黏剂、液体涂料与中密度纤维板之间的结合。因此，要解决这些问题需对中密度纤维板、涂膜固化行为以及界面结合机理进行深入系统研究，才能从根本上解决中密度纤维板粉末涂饰应用基础理论问题，从而促进我国人造板表面装饰产业转型升级，实现我省乃至

14、全国的人造板、家具等中密度纤维板粉末涂饰产业化、规模化。1.2 研究目的意义中密度纤维板是由木纤维及粘合剂压制而成,具有高强度,易加工,经济实惠等特点,广泛应用于办公室家具行业。中密度纤维板的性能接近于天然木材,无天然木材的缺陷,结构均匀。它可以加工各种异型的边缘,可直接涂饰,还可以进行表面雕刻镂铣或加工成各种线条,能得到各种设计造型效果,国内外对中密度纤维板的需求将越来越大。但中密度纤维板表面粗糙纹理不美观，不能直接用来作为装饰材料和制作家具等，需要进行二次加工。查阅国内外大量资料表明，研究低温固化粉末涂料及固化工艺虽都有报道，但在木质人造板等非金属材料上的应用仍然是个崭新的课题和研究热点。

15、中密度纤维板静电喷涂工艺不仅能解决其他涂料带来的不利因素，而且对环境保护和能源合理利用做出了一定的贡献，是当今社会所需的绿色环保型工艺，符合可持续发展的社会发展体系，有利于涂料新时代的发展。粉末涂料涂装 MDF 的优点有: 1）与其他装饰膜和涂膜相比, 粉末涂膜不易被破坏, 涂装后的工件一般不需要补涂, 包装时不必非常细心, 工件返工率低, 节省包装成本;2）粉末涂料具有优异的附着力、硬度、耐冲击性、耐磨性和耐化学品性;3）粉末涂料为 MDF 形状的设计提供了更大的灵活性,粉末涂料非常适合于曲面等不规则形状的涂敷, 涂装的产品可实现边缘无缝;4 ）粉末涂料在喷涂和烘烤时都无溶剂产生, 降低对环

16、境的污染程度;5）过喷的粉末可以回收利用 , 工艺操作简单, 利用率高; 6）可以得到不同颜色、光泽、纹路的装饰效果; 7）涂装效率高 , 节约能源。当前，在中密度纤维板粉末喷涂的技术上主要难点有两点：第一是如何使中密度纤维板这种电绝缘体带电,以吸附粉末涂料;第二是粉末涂料喷涂后要经过 180左右的高温烘烤固化,这一较高的温度使得它难以适应于热敏性基材,如中密度纤维板及其他木材。因此粉末涂料虽然拥有诸多优点,但又由于上述两个难点,使得中密度纤维板粉末涂料的应用一直是一个难题。本课题旨在提出一种中密度纤维板表面粉末涂料装饰的新技术，克服传统中密度纤维板表面装饰的缺陷，形成中密度纤维板与粉末涂料界

17、面结合理论，为中密度纤维板粉末涂饰提供基础研究，该理论研究成功将进一步扩大了粉末涂料的应用范围，是中密度纤维板表面二次加工领域的一次飞跃，是中密度纤维板装饰的一项新理论、新工艺、新技术，具有广阔的应用发展前景，对保护我国生态环境的建设和改善人们生活质量都具有重要的现实意义。32 实验方案2.1 实验材料与设备2.1.1 实验材料（1）涂料：环氧-聚酯粉末涂料（白色，颗粒大小 200 目） ，奥地利老虎粉末涂料制造（太仓）有限公司，主要成分是环氧树脂、聚酯树脂、固化剂、颜料、填料、各种助剂（如流平剂、防潮剂、边角改性剂等） 。玻璃化温度 Tg50，粒度为 200 目，理论固化条件为 155下5m

18、in。（2）板材：中密度纤维板（长宽高=10010015mm ） ，南宁高林人造板有限责任公司；（3）性能测试用材：香烟，利群牌，市售；丙酮（分析纯） ；口红，美宝莲牌，市售；双面胶，市售等（4）其他：砂纸（180P#、240P#、320P# 、400P#和 1000P#） ，市售；2.1.2 实验的设备（1）HC-280T2 型高速多功能粉碎机（容量： 280g，粉碎程度：70-300 目，工作时间 8 分钟）黄城不锈钢中药粉碎机，永康市绿可食品机械有限公司；（2） 101-5A 电热恒温鼓风干燥箱，上海爱斯佩克环境设备有限公司；（3）标准筛（200 目） ，永康市绿可食品机械有限公司；（4

19、） Z512-2 台式钻床，中国杭州西湖台钻有限公司；（5） WJD-2000 型静电高压发生器，杭州万佳涂装设备有限公司；（6）QHZ 型人造板划痕实验机，浙江省木材加工产业科技创新服务平台；（7）JM-IV 型滚动磨损试验机，济南时代试金仪器有限公司；（8） SRM-1（ D）型表面粗糙度测量仪，宁波莱科计量仪器有限公司；（9） MJ6132B 型马氏锯机，晋江市神功机械制造有限公司；（10）JA5003 型电子天平，精确度: 千分之一；（11）旋转翼式粉体喷房，苏州固艺涂装设备有限公司 ；（12）AHD 红外灯固化装置，深圳市安宏达光电科技有限公司；（13）YF504 型指针式高阻计，北

20、京同德创业科技有限公司；（14）AR872A 型红外测温仪，北京华运安特科技有限责任公司；（15）美工刀、剪刀等。2.2 实验内容（1）探索中密度纤维板前期不同预处理方式对粉末上粉率及涂膜性能的影响，其内容主要包括：探索中密度纤维板的含水率与电阻率、温度与电阻率以及含水率、温度与电阻率之4间的协同作用；研究表面电阻率对上粉率的影响，表面粗糙度对上粉率的影响，并建立相关的数学模型，表征其之间关系。（2）中密度纤维板粉末涂饰固化工艺研究，其内容主要包括：研究其最优的固化温度和固化时间以及其固化的方式。（3）中密度纤维板涂膜性能的研究，主要包括表面固化、表面耐划痕、漆膜附着力、耐磨、耐污染强度、耐香

21、烟灼烧等性能的检测，以国家标准综合评价、优化中密度纤维板粉末喷涂的红外固化工艺。2.3 实验方法在前期中密度纤维板理化性能测试的基础上，通过控制中密度纤维板的表面粗糙度和预热温度，采用单因素试验法确定适合中密度纤维板涂饰的最佳粗糙度和最佳表面预热温度；采用红外固化的方式，通过控制固化温度和固化时间，采用单因素试验法研究中密度纤维板最佳的固化温度和固化时间；同时通过对表面涂层的性能检测分析来确定中密度纤维板基材的最佳处理方法。确定中密度纤维板板材粉末喷涂的工艺流程，制作样品，参照有关国家标准测试其表面涂膜的性能。2.3.1 前期处理前处理是涂料涂装的基础工序，它对整个涂层质量、使用寿命、外观均有

22、很大影响。涂装实践表明，采用同种涂料，而仅仅是涂装前处理方法不同，其涂装之后涂膜的耐冲击，耐划伤效果会相差数倍之多。一般地说，涂料的性能越好对涂装前处理质量的好坏程度也越敏感。总体来说，前处理一方面能提高涂膜的耐久性能，延长涂膜的使用寿命，另一方面能显著提高涂膜对被涂物的附着力。本实验主要研究前处理的两个方面：表面粗糙度和表面温度。由上粉率的值来判断基材处理的影响结果。上粉率的计算公式如下：，）（上 粉 率 201/gmcS其中， -上粉后质量， g；1m-上粉前质量, g；0S-基材表面积 , 。2c 表面粗糙度通过实验前期的查阅文可知，板材的表面粗糙度对粉末涂饰时的上粉效果和表面性能均存在

23、明显的作用，因此实验设计了 5 种不同粗糙度的板材共 10 块样板(未处理、240P#、320P#、400P# 和 1000P#砂纸砂光)进行粗糙度单因素试验。 表面温度由于本实验均采用粉末静电喷涂法将板材进行涂饰，较低的表面电阻率可以得到较高的上粉 30。众所周知，木材的含水率和温度对其电阻率起着重要的作用。由于最适合板材粉末静电喷涂的含水率在 6-8%11，因此控制含水率在此范围的基础上，为了寻找最低电阻率时的5板材温度，设计了常温（20） 、40 、60、80五组共 10 块样板进行单因素实验。2.3.2 固化工艺金属板材的粉末涂饰一般可以采用普通烘箱进行固化，而热敏性的中密度纤维板不能

24、长时间处在高温环境中。因此，实验选用低温快固化粉末涂料，利用红外固化设备快速加热板材表面的粉末涂层，在板材内部温度仍不高的情况下就使粉末熔融、固化。本实验使用的是热固性粉末涂料，它在一定温度和时间下达到固化效果之后便可以发挥最大的使用效果，因此本实验主要研究固化过程中的两个影响因素：固化温度和固化时间。 固化温度粉末如未达到固化温度就加热，时间再长也不会固化，冷却之后的涂膜性能将远不如固化后的效果。本实验粉末生产厂家所提供的粉末理论固化温度是 155左右。为了验证数据的可靠性，设计了 135、145、155、165和 175共 5 个组别共 10 个样板进行单因素实验。 固化时间在找到最佳的固

25、化温度之后，本实验依旧采用单因素试验法，选取3min、4min、5min、6min、7min 为固化时间，实验样板 10 块。根据评价指标，选择最优固化工艺。综合最佳的前期处理和固化工艺，再次经行验证实验。63 实验步骤工艺流程如下：MDF 试件准备 基材表面处理 静电喷涂粉末准备红外固化 涂膜性能测试合格产品不合格产品图 1 中密度纤维板粉末涂饰工艺路线图3.1 中密度纤维板基材表面处理3.1.1 砂光处理预选出四种砂纸型号：分别用 240P#、320P# 、400P#、1000P#四种型号的砂纸对试件进行手工先纵向后横向砂光 2 分钟，最后清理基材表面。砂光是目前人造板工业中提高板材表面质

26、量所采用的一种最基本方法。通过表面砂光处理，除去板材表面的预固化层，改善板面的平整度和光洁度，提高表面的粘接强度。从而提高粉末喷涂基材中密度纤维板的表面质量，增加粉末喷涂的效果。3.1.2 预热处理分别将中密度纤维板试件放入 40、60 、80的恒温干燥箱进行预热处理，预热时间为 30 分钟。通过对基材进行预热处理，使其表面温度提高，在改变基材的含水率的同时又加快了板材表面的分子热运动，从而使基材表面的电阻率发生变化，通过试验得出最佳的电阻率实现粉末的最优上粉效果，达到最理想的表面涂饰性能。在前期的基材处理试验中我们得到了关于基材预热的温度和时间对其含水率及电阻率的影响，根据基材处理的预热温度与基材含水率、表面电阻率之间的关系以及基材含水率与电阻率的关系的结果中我们得到：要获得一定的上粉率与其表面电阻率的大小有关，而电阻率越低，其表面上粉率越高，表面装饰效果越好，而要获得较低的表面电阻率，我们可以选择对基材进行 60的预热处理，预热时间在 30min 左右效果为佳。