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涂层起皱的其产生的原理和研究进展概述

引言
 
虽然涂层表面起皱在涂料及其他涉及表面的工业生产中为常见的现象,并且极为重要,但针对产生涂层起皱的原因分析和理论研究却较少,相关文献主要来自国外。当涂料干燥凝固或反应固化以后,涂层表面可能起皱,并呈现出特殊的织纹结构,这样的涂料称为皱纹涂料。在汽车车身涂装以及在微电子电路的涂装中,需要一个光滑的表面,这时涂层表层起皱就是缺陷,而在另外一些用途如仪器仪表外壳的涂装中,涂膜上形成的美丽均匀的皱纹,涂层反光度弱,从而能够有效地掩饰物体表面不太显著的凹凸不平的缺陷,增加美观,而应用于把手以及包装物上也能够提供一个适于抓紧的防滑表面[1],因此皱纹涂料在家具、科学仪器、电子设备等多方面得到广泛应用[2],每年有几百亿元的市场规模。当需要皱纹表面的时候,能够制备出来,并能控制纹理的尺寸和图案,而当需要一个光滑表面的时候又能够消除掉它的影响,所以,了解皱纹产生的机理,并能随意控制皱纹尺寸就显得至关重要。
1固化型涂料的起皱
 
早在20世纪20年代,通过固化使涂层产生皱纹的方法已经开始在商业上出现,它是一种空气固化的桐油基涂料,从此,研究者就开始对产生皱纹的机理开展研究并对其形成原因作出了各种解释。早期,大家通常把这种固化生成表面图案的现象归于起雾和成膜时产生的废气。Marcusson[3]认为木器漆膜的表面起皱是由于在光的作用下甘油三酸酯β异构体晶体的生成,而Eibner,等[4]利用显微镜对同一体系进行实时观察,没有找到晶体结构生成的证据,他们认为体系的折叠和起皱是由于涂膜形成过程中快速吸收氧气,导致体积的不均衡改变而引起的,而结晶性的改变不能引起皱纹的产生,因为β异构体的结晶要比涂层的干燥慢得多。Schmidt[5]认为起皱是由于涂层吸收湿气所造成的,他利用装有无水氯化钙的干燥器排除水的干扰得到了光滑平整的无皱纹涂膜。但Auer[6]发现光滑平整的无起皱膜可以在湿度使硫酸铜变蓝的气氛中实现,他和其他的合作者观察到,只有当把样品从干燥器中移出后起皱才能发生,而且该过程还必须在阳光下才能进行,这一现象使他们相信紫外光导致涂层表面起皱,干燥器内的样品没有起皱很可能是器壁隔绝了紫外线的缘故。Merz[7]实验发现紫外光不是涂层起皱的必要条件。在暗室里和阳光下都实现了涂层起皱,他认为作为氧气载体的氮氧化物使得涂层对氧气的吸收速度大大提高,而吸收氧气引起的体积变化导致表面皱纹的产生。

2非固化型涂料的起皱
当上层受到压缩弯曲并发生面外形变时,皱纹图案出现。在以往的报道中,表层所受到的压缩主要由以下几种方法产生:一是通过机械应力压缩涂层;二是通过升高或降低涂层温度,使处于平衡的、无应力态涂层产生膨胀或收缩[28-33],由于不同层之间的热膨胀系数的差异,当涂层温度降低或升高时,每一层收缩或膨胀的程度都会存在差别,从而在每一层都会产生不同的内张力。依体系的不同,通过升高和降低温度都可以使上层受到压缩,例如当金属在高温下沉积在厚的弹性体上面形成薄层时,体系被冷冻时上层受到压缩。这时,金属上层和弹性体底层之间的热膨胀系数的差异就至关重要[28-30]。另外,对于在室温下把金属沉积成膜于附着在刚性底材的弹性体上面形成的多层结构而言,体系受到加热时顶层受到压缩,这时金属顶层和底材的热膨胀系数的差异最为重要[31-32]。在所有报道的起皱体系里,聚合物底层要么是易于变形的橡胶弹性体,要么是在起皱出现前,把温度升高到涂层树脂的玻璃化温度以上,从玻璃态转变成橡胶态
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