木制品漆膜测干器具的结构改良设计

杨跃倩，徐 伟

(南京林业大学家居与工业设计学院，江苏 南京 210037)

目前市面上最常用的木制品漆膜干燥测量方法为指压法，通过手指按压的方式触碰漆膜表面，根据压痕深浅和触感经验判断干燥程度，测量时需要手指长期直接接触漆膜，对测评员健康造成一定的危害，因此会配套使用指套，但橡胶材质的指套隔绝了手指对漆膜的触感，降低了经验对测评员判断的辅助作用，只能依靠压痕深浅来判断，而按压过程中无法保持恒定的压力，即使同样干燥程度的漆面压痕也会深浅不一，导致测评过程产生误差[1]。吹棉球法和小玻璃球法也存在类似的误差问题，因此亟需一件可以提高测量精确度的仪器。提高测量精确度首先要做到控制变量，保证漆膜的干燥程度是测干过程中的唯一变量，且有唯一的程度结果与其相对应[2]，即在测干过程中对漆膜表面施加的力恒定不变，干燥程度不同对应不同的程度结果，且这种结果最好是表象易于观察的。本研究针对以上需求对现有图章工具进行改进，设计出测干过程漆膜表面受力恒定且程度结果易于观察的弹簧图章测干器具[3]。

1 涂料干燥及其测干方法

液体涂料作为一种常见的装饰保护材料，被运用到越来越多的木制品当中，涂料的测干技术也应运而生，但该技术在实际使用中存在很多不规范和不安全隐患，需要对操作装置进行结构上的改进，以达到标准化的目的[4]。

液体涂料涂在木制品表面，从流体层变成固体漆膜物理或化学的变化过程，通称为涂料的干燥。干燥过程一般分为表面干燥、实际干燥和完全干燥三个阶段[5]。从施工角度以漆膜干燥快为佳，但并非是越快越好，干燥越快，成膜效果不一定越好，涂料的干燥还得保证成膜后涂层的质量，所以要进行综合考虑，在保证成膜质量的前提下提高干燥速度。这就要求后期有一项测量标准来测量漆膜的干燥程度，由于涂料要求完全干燥的时间较长，故一般常测定表面干燥和实际干燥两项内容[6-7]。漆膜的干燥性能测定在涂料物性测定中属于非常简单的范畴，漆膜干燥性能常以干燥时间来表述。干燥时间是指在一定条件下，一定厚度的涂层(即漆膜)从液态达到规定干燥状态的时间，分为表干时间和实干时间。表干时间是指表层成膜的时间，实干时间是指全部形成固体涂膜的时间(也叫实际干燥时间)，都以小时(h)或分钟(min)表示[8-9]。现有常用于测定漆膜表面干燥的方法为吹棉球法、指触法GB 1728—79(1989年确认)和小玻璃球法GB 6753.2—86[10-11]，具体操作原理及其优缺点见表1。

表1 漆膜测干方法的比较分析

以上测量方法都需要依赖一定的主观判断，缺乏精准性，且在实际生产中为了节约时间，以及寻求便捷，大部分工人师傅会直接采用指触法，而指触法存在人体感知的误差且对人体健康具有一定的危害。该改良设计在保证漆膜测干精准度的同时，能避免皮肤与漆膜的直接接触，减小对人体的危害，达到漆膜测干的标准化[12-13]。

2 漆膜测干器具的结构改良设计

2.1 设计说明

针对传统漆膜测干方式存在精准度低、主观性强和对人体存在危害等不足进行整合调整，力求改良出适应工厂高效生产、快捷测量且安全隐患低的装置。现有的木制品漆膜测干装置都是通过判断漆膜表面软硬程度来推测漆膜的干燥程度，根据测干的理论依据，笔者将手指或指套接触改为恒定受力的硬物接触，由此联想到市面上常见的图章工具，通过改进常见图章工具的结构，使其按压接触漆面的受力恒定，再根据压痕就可以判断漆膜的干燥程度[14]。

由于漆膜的干燥分为三个阶段，为了测量更精确，该装置的章面上设置了三种不同的梯度，漆膜干燥程度越高表面越坚硬，在恒定受力下所能压出的压痕面积就越小。不同压痕面积对应的具体干燥程度要根据测量的漆膜种类来确定，该改良设计以榉木制品刷涂两遍水性漆的漆面为例。试验测得，当硬物按压漆面的力为3 N时，可在表面干燥的漆面上留下清晰的印痕，在完全干燥的漆面上留下浅浅的印痕[15-20]。根据该数据理论设计了如图1所示的弹簧章形结构，整体外形为一大一小两个圆柱形。

图1 弹簧章形结构1.按钮；2.弹簧A；3.外壳；4.板片；5.弹簧B；6.弹簧C；7.印章

弹簧A的规格为：簧线径d1=1 mm，直径D1=35 mm，h1=27 mm，K1=2。弹簧A和B、C与测干部件同时传递力。

印章(测干部件)凸出部分总高5 mm(每层台阶高仅为1 mm)。

弹簧B、C的规格相同：线径d2=0.5 mm，直径D2=0.4 mm，h2=24 mm，K2=1。

在整个装置按压过程中，只有弹簧收缩。依据弹簧的规格可知弹簧受力与收缩情况如下：F(A)=3 N，收缩量为15 mm；F(B)=F(C)=0.5 N，收缩量均为5 mm；故整个弹簧装置最大收缩量为20 mm，因此按钮凸出部分高20 mm[21-22]。

2.2 操作使用

无外力情况下，内部弹簧处于放松状态，按钮受到弹簧的支撑暴露于外壳上端，对按钮施力，内部弹簧开始收缩，当按钮被按压至与外壳顶部齐平时，恒定受力为3 N，上方按钮与板片连接按压弹簧，从而导致印章向下凸出，凸出部分与漆膜接触；接触后松开释放按压按钮的力，装置恢复初始状态；由于漆膜表面干燥程度不同硬度也有所不同，按压后表面留下的压痕面积也不同，所以观察印章台阶与漆膜接触在印章台阶上留下的痕迹面积，即可判断漆膜的干燥程度。使用过程中，图章内部弹簧的收缩变化情况如图2所示。

图2 操作图

2.3 性能优势

(1)与传统的漆膜测量方法相比，漆膜表面的硬度为测干时单一变量，降低了测干过程中多重变量的不确定性，具有创新性。

(2)与指触法相比，避免了测量人员直接接触器具漆膜存在的安全隐患，操作人员能够更加科学高效地进行测量，减少手指触摸时因为人体感知而产生误差。

(3)与吹棉球法和小玻璃球法相比，保证了在测干过程中漆膜的恒定受力，提高了测量的精准度。

(4)操作人员可根据不同的漆膜测干硬度需求不同，更换不同劲度系数的弹簧，做到一章多用，绿色环保。

3 结束语

设计的弹簧图章测干装置结构简单，使用方便，操作安全，成本低廉，应用到实际生产中可节省人力，并推动测干技术走向更标准化、人性化的未来[23-24]。