高壓開關設備油漆缺陷分析及研究

顏晨光，王光明，劉宏斌

（1.西安西電開關電氣有限公司，陜西 西安 710077；2.西安西電高壓開關有限責任公司，陜西 西安710018）

0 引言

因GIS（氣體絕緣金屬封閉開關設備）具有運行安全可靠、維護簡單方便等優點，GIS需求量的不斷增加，電力系統對其設備安全可靠運行的要求也日益增高。在GIS系統之中，其組成部件、配用的機構、控制系統等大部分存在于由鋁制或鋼制殼體內，這些殼體通常都會采用涂裝油漆于鋁或鋼殼體內外兩面的方法進行處理，即將一定厚度的涂料層涂裝于高壓開關鋁或鋼殼體、柜體零部件表面，油漆能夠將外界的水分和氧氣等物質有效地與鋁或鋼殼體隔絕開來，從而防止鋁材或鋼材的的氧化，增加鋁或鋼結構的設計使用壽命。

高壓開關設備在現場運行一段時間后，時常會發生局部銹蝕、油漆起皮、脫落的現象時有發生的現象（見圖1），此時，產品外部缺陷銹蝕痕跡影響整體產品的表面質量，如果銹蝕部位漆皮嚴重脫落，并逐漸向周邊延伸，致使缺陷面積迅速擴大，不僅會影響到高壓開關產品的美觀程度，還會對其抗腐蝕性和產品使用壽命造成較大的影響，如出現油漆脫落的位置在開關的內表面，還有可能在帶電運行的過程中對使用者造成嚴重的人身安全損害[1-7]。

圖1 油漆起皮、脫落照片

為了對出現掉漆現象的高壓開關殼體等進行原因分析，開展了本文的研究。

1 油漆脫落現象分析

1.1 油漆成膜機理

油漆成膜機理：油漆A組分通常為高分子樹脂、添加劑及相關溶劑，油漆B組分通常為固化劑、促進劑等，使用前按規定配比進行混合，必要時添加特定溶劑，將混合油漆溶液調配至規定粘度，在一定時間內進行噴涂或刷涂，之后按規定工藝參數，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械性能的重要指標之一，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關設備內外表面油漆質量，提高油漆在嚴酷的室外腐蝕環境中的保護效果和使用壽命。

當未固化的液態油漆與底材表面緊密接觸，達到分子級別相互作用的有效距離時（約0.5 nm），就有化學鍵的鍵合反應（以油漆材料固化反應形成油漆漆膜為主），或物理化學的范德華力和氫鍵的結合（以油漆漆膜與底材之間的附著力為主），在此情況下當油漆以液態涂布于底材表面時，必須充分潤濕底材（液體在與固體接觸時，沿固體表面擴展的現象稱為液體潤濕固體），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中，油漆與底材的結合是二者相互作用的結果，所以底材的表面狀態對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，使得底材表面適宜于油漆潤濕，形成適合于漆膜附著的表面，提高油漆潤濕底材的程度，將對油漆附著力產生影響，因而底材的表面處理也是影響附著力的重要影響因素，對底材表面的處理工藝方法、工藝過程也需要進行研究控制。

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、油漆質量、漆膜固化過程中溫度和時間、油漆漆膜外觀、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。

為控制油漆質量因素影響，公司油漆原料要求采用具備資質廠家的指定產品，即經過工藝驗證后，指定供貨廠家，指定油漆牌號，從而避免油漆原料產地廠家不同對油漆質量的影響；漆膜固化參數規定為：在烘箱經過80℃～100℃烘干60 min～120 min，并要求在油漆沒有實干前嚴禁搬運、擠壓零部件；因而可排除原料及固化參數兩方面因素影響。

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

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、污物和在所處環境中形成的異物、銹蝕氧化表層，這些物質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。處理方法分為化學清洗法和物理（機械）清理法。化學清洗一般根據材料可用堿性清洗法或酸性清洗法，其原理均通過化學侵蝕去除表面雜質及氧化層；物理（機械）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相互作用的活性表面，使油漆同金屬表面緊密結合，增強漆膜附著力，提高金屬表面的防銹能力[8-9]。

2 油漆樣板制作方案、試驗檢測標準及表面處理工藝類型

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，樣板規格100 mm×50 mm.

油漆樣板的油漆工藝按企業標準，采用相同廠家油漆，噴涂，固化，得到油漆樣板。

2.2 試驗檢測標準

油漆漆膜厚度采用：漆膜厚度測試儀，分別測試油漆樣板左上、右上、左下、右下、中間五個部位的油漆漆膜厚度；油漆附著力檢驗依據是《GB/T 9286—1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗》；參照企業絕緣件標準，具體要求見表1，對油漆樣板進行冷、熱循環試驗，考核油漆在極限高、低溫下長期使用的可靠性。

表1 冷、熱循環試驗

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、樣板處理后油污對油漆影響、樣板表面噴砂程度對油漆影響，另外對比油漆漆膜厚度對油漆質量影響。對油漆質量的影響通過制作油漆樣板，研究分析不同樣板表面處理工藝對油漆漆膜的影響，具體方案分類見表2.

表2 油漆樣板制作分類

3 試驗結果及分析

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圖2，漆膜厚度見圖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，可見油漆1#樣板表面覆蓋油漆的大灰塵顆粒導致凸起，表面不光滑；油漆2#樣板表面存在細微麻點，表面不夠光滑；油漆3#樣板3#表面平整光滑，無不良缺陷。由圖3可見漆膜厚度基本處于50 μm-70 μm之間，由上述數據，分析底材表面灰塵，主要影響油漆表面質量，使得油漆表面產生凸起、麻點等缺陷，相應的對灰塵存在部位，也將影響油漆與底材的結合力。

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圖2，漆膜厚度見圖3.

目視圖4樣板可見油漆4#樣板表面油漆覆蓋不均，部分母材裸露，油漆質量差；油漆5#樣板表面存在覆蓋不均、麻點，表面不光滑；油漆6#樣板表面平整光滑，無不良缺陷。由圖5可見4#樣板重油污底材漆膜厚度無法測試，5#樣板輕微油污底材漆膜厚度偏差較大，表面完好無油污的漆膜厚度，相對較好。由上述圖片及數據，分析底材表面存在油污時，主要影響油漆潤濕底材的程度，使得油漆不能完全分散潤濕于底材，影響油漆與底材的結合力。

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圖6，漆膜厚度見圖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樣板可見油漆7#樣板表面油漆邊角有麻點，不光滑；油漆8#樣板表面油漆邊角有少量麻點；油漆9#樣板表面平整光滑，無不良缺陷。由圖7可見7#、8#樣板漆膜厚度分散較大，9#樣板經噴砂，再砂光邊角后漆膜厚度偏差較小，相對較好。由上述圖片及數據，分析底材材部件經噴砂處理后，其邊角等部位，由于噴槍角度及操作原因，經常不易處理完好，需要進一步檢查，發現噴砂不完全時，使用砂紙或電動拋光砂輪進行處理。

3.4 漆膜厚度不同，耐開裂影響

為研究漆膜厚度不同時，其耐開裂性，對不同厚度油漆樣板9件，按表1要求進行了-40℃-+105℃共10個循環的熱性能試驗，在完成熱性能試驗后，對樣板試品進行漆膜附著力試驗，依據《GB/T 9286—1998色漆和清漆漆膜的劃格試驗》進行了劃格測試，相關數據見圖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試驗結果

因漆膜厚度的不同，是通過控制噴涂或刷涂油漆的層數來達到控制，具體為經過工藝試驗，控制油漆溶液的粘度在規定范圍內，噴涂一層底漆，在規定時間內，噴涂第二層底漆，之后為規定層數的面漆噴涂或刷涂，在嚴格工藝參數控制情況下，可能提高油漆層與底材及各油漆涂層之間的附著力，使之達到最佳效果。由表3試驗數據可見，公司的油漆工藝參數設置，達到上述效果。經過嚴格的冷熱循環后，油漆層與底材及各油漆涂層之間的附著力，均可保持優異附著力，達到保護底材的作用。

4 結論

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

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

（3）底材經噴砂處理后，其邊角等部位，需要進一步檢查，必要時再拋光、砂處理，避免形成油漆缺陷。

（4）必須具備經過實踐驗證的良好工藝過程控制，使得油漆層與底材及各油漆涂層之間的附著力達到保證。

（5）本文研究的僅為單一因素影響，實際生產中，常常為多種因素的復合作用，比如經常灰塵伴隨油污等浮著于底材表面，噴砂后未及時油漆，長期存放，造成底材表面重新氧化等，對油漆附著力影響更嚴重。