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简析粉耗在铝型材喷涂中的影响与处理

2017-08-02

  【要点释义】静电粉末涂装法是运用高压电场的感应效应,使粉末涂料和被涂物受到感应而分别带上彼此相反电荷,从而把带电荷的粉末涂料吸附到带相反电荷的被涂物上面,然后粉末涂料经过熔融流平、烘烤固化得到涂膜的涂装方法。未经表面处理铝合金挤压型材外观单一,并在潮湿的大气中容易腐蚀,因而铝型材一般都要进行表面处理,而粉末喷涂就是现阶段铝型材发展的一个主要趋势。

  随着国家节能减排方针的实施,以及铝型材企业对成本控制意识的提高,如何降低粉末在铝型材喷涂中的粉耗,是摆在铝型材企业面前的一个重要问题之一。本文主要从粉末涂料的技术角度分析,总结出几个可供参考的解决思路。

  影响粉末在铝型材喷涂中的粉耗的因素很多,大的方面主要有两个。一方面,与粉末涂料本身的性质有关,另一方面,和粉末的喷涂过程密切相关,例如喷涂的工艺条件、工件间距、设备的使用状态、员工的操作水平等等。对于粉末喷涂过程的影响,本文不做介绍,而是主要从粉末涂料的技术角度分析,总结出几个可供参考的解决思路。

  一、粉末粒径和粒径分布的影响

  粒径及粒径分布是指粉末粒子中不同尺寸的粒子占颗粒总数的比例。在实际工作中人们常用累积粒度分布表示,即粒度从无限小到某代表粒径之间所有颗粒重量占总重量的百分比。

  在静电喷涂中,粉末颗粒越大带电性越好,但是颗粒的重力和惯性力随粒径加大的增长速度大于库仑力的增长速度。也就是说颗粒大到一定程度后,重力会远大于库仑力,导致上粉率和涂覆效果会变差。

  较粗的粉末涂料,特别是大于60微米的颗粒,往往流动性好,喷涂工艺容易控制。但由于其重力惯性力大于库仑力,也不易吸附到工件上,使得一次上粉率降低。同时颗粒较粗也使得涂层偏厚,降低了单位重量涂料能够喷涂的面积。

  另外,这种较粗的颗粒在固化过程中熔融时间较长,甚至不能完全熔融,导致固化涂膜产生颗粒缺陷,成膜时易产生桔皮,影响涂膜的平整性和光泽,涂膜的外观质量下降。

  粉末涂料使用净化压缩空气作为分散介质,在喷涂时呈分散状态。对于粒度小于10um的超细粉来说,在分散状态中很容易随气流带走,使得粉末难于吸附在型材表面,导致上粉率低。

  另外,细粉偏多时,带电量低,高压静电喷枪受法拉第屏蔽效应特别大,细颗粒不易涂覆在工件上,很多颗粒在引风系统中循环,使得上粉率和回收率降低。

  所以,为保证颗粒基本的带电能力以及涂膜的表面效果,将涂料颗粒粒度分布控制在科学的范围内变得意义重要。因为这样可以在降低生产成本的同时保证较好的产品性能。

  理想状态下的铝型材用粉末涂料颗粒粒径应该尽量控制在D50=30-38um,小于10um的细粉5%,大于90um的粗粉3%。粉末粒径的控制可以通过调整磨粉机副磨运行频率以及磨粉机引风量的大小而达到,所以粉末磨粉的过程中要利用激光粒度分布仪进行测试,一旦粒径分布偏离理想的状态,可以调整以上两个参数进行生产,使粒径分布尽量往理想的分布上靠拢。

  二、粉末的干燥程度的影响

  在粉末涂装过程中,粉末本身的干燥度和适宜的喷涂环境条件是喷涂质量的基本保证。粉末受潮或环境湿度过大,会影响粉末导电性,而且将不可避免地出现粉末结块,粒度低于10um的细粉在粉管中结块现象尤为严重,潮湿的粉末涂料使上粉率大大降低,产生的废粉增多,经多次循环回收后粉末会越来越细,形成恶性循环。[4]

  例如在出现“回南天”现象时,对于粉末的储藏的影响会更大。“回南天”是天气返潮现象,一般出现在春季的二三月份,主要是因为冷空气走后,暖湿气流迅速反攻,致使气温回升,空气湿度加大,一些冰冷的物体表面遇到暖湿气流后,容易产生水珠。回南天现象在南方特别是两广一带比较严重,这与南方靠海,空气湿润有关。“回南天”出现时,空气湿度接近饱和,墙壁甚至地面都会“冒水”,到处是湿漉漉的景象,空气似乎都能拧出水来。这无疑会加大粉末受潮的可能,粉末一旦受潮,其电阻率将急剧下降,从而使粉末达不到好的带电效果,降低沉积效率。

  所以,在粉末涂料制造的过程中,可以以外加的方式添加气相二氧化硅、氧化铝等助剂,使粉末涂料粒子之间形成隔离层,减少粉末涂料粒子碰撞和凝聚的机会,使粉末涂料不容易吸潮。储藏粉末的仓库必须保持空气流通,防止仓库积水或滴水,粉末涂料包装箱需放在货架或者隔离地面的木板上,堆放高度最好不要超过4层。

  三、粉末流动性的影响

  在夏季高温季节,一方面刚刚磨完的粉末本身的温度已经很高,在夏季的高温环境下难以散热;另一方面由于粉末涂料组成中树脂的玻璃化温度低,或者固化剂或其他助剂的影响,使粉末涂料玻璃化温度较低等原因,引起粉末涂料在制造、储存、运输和使用过程中容易结团。粉末一旦结团,在喷涂前未经过处理的情况下,其干粉流动性将会下降,上粉率随之下降。

  粉末涂料的贮存稳定性主要决定于树脂的玻璃化温度,因此在设计粉末涂料配方时,在保证涂膜外观的情况下,尽量选择玻璃化温度比较高的品种来匹配。而颜填量对粉末涂料的贮存稳定性也有明显的影响。在不影响涂膜各种性能的情况下,适当提高颜料量可以改善粉末涂料的贮存稳定性。

  对于影响粉末涂料玻璃化温度、干粉流动性和贮存稳定性的助剂,尽量不加或少加。而在粉末涂料制造的过程中,可以以外加的方式添加气相二氧化硅、氧化铝等助剂,使粉末涂料粒子之间形成隔离层,减少粉末涂料粒子碰撞和凝聚的机会,使粉末涂料不容易因温度过高而结团;同时控制好粒径不能过细,过细的粉末更容易结团;粉末磨完之后,等容器中的粉末冷却之后再包装或者在车间通冷气防止粉末温度过高。

  四、粉末中树脂含量的影响

  随着技术的不断发展,粉末涂料颜基比在不断提高,树脂含量已经降到55%左右,个别产品甚至在45%左右。粉末涂料中树脂的含量对耗粉量影响很大,一方面,树脂含量的降低直接削弱了粉体的带电能力,这样就会降低一次喷涂上粉率,粉耗必然会增加;另一方面,树脂含量的降低,反过来粉末涂料的颜基比会提高,从而粉末涂料的密度会增大,单位重量的粉末所喷涂的面积将会减少;再者,树脂含量降低,平面粉的流平会稍微变差,为了更好的表面效果,膜厚要适当喷厚,耗粉量自然会提高。

  所以,在设计粉末涂料配方时,要适当提高粉末中的树脂含量,这样不仅可以提高粉体的带电能力,还能降低粉末的密度同时提高粉末的流平性能,最终有利于降低粉末喷涂中的粉耗。

  五、涂膜遮盖力的影响

  如果涂膜的遮盖力不好,同等膜厚的基础上,这种遮盖不好的涂膜容易透底;或者说遮盖不好的粉末涂料需要更厚的涂膜,才能达到一样的遮盖效果或满足遮盖要求。因此,遮盖不好的涂料喷涂时的粉耗必然会比遮盖好的要高。

  要想生产遮盖力强的粉末涂料,必须选择遮盖力强的颜料,而且颜料在配方中有足够的质量百分含量(或体积百分浓度)。一般有机颜料吸油量大,着色力强,但遮盖力不好,对于平面粉颜料量多了会影响涂膜流平性,因此与遮盖力好的无机颜料匹配使用效果更好。对于砂纹粉,颜料量对涂膜表面效果无明显影响,而且砂纹粉的膜厚一般要比平面粉薄,所以对于砂纹粉,颜料量可以适当比平面粉要高。

  六、流平性能的影响

  对于平面粉,膜厚稍薄的情况下,流平一般都会稍差,为了达到更好的流平效果,涂膜膜厚要适当喷厚,从而尽量去掩盖流平差的弊病,喷涂的耗粉量不可避免的要增加。

  因此,提高平面粉的流平性能可以降低粉末喷涂的耗粉量。在粉末涂料配方的设计上,可以选择流平性好的树脂、吸油量小的颜填料以及设计有利于提高流平性的配方。当平面粉末涂料的涂膜流平性好时,涂膜厚度可以适当喷得薄一些,从而降低单位面积粉末涂料的使用量。

  七、粉末的带电性能

  从提高粉末涂料一次上粉喷涂面积考虑,选择带电性能好的树脂和颜填料品种,或者粉末中添加有利于上粉的助剂,可以提高粉末涂料的带电性能,从而提高一次喷涂上粉率,从而降低粉末在喷涂中的粉耗。

  结语

  综上所述,对于降低粉末喷涂中的粉耗,可参考如下思路:控制好粉末粒径及分布;在“回南天”,粉末生产及储存过程做好防潮措施并在粉末中添加防潮助剂;在夏季,选择玻璃化温度高的树脂和适当外加松散剂;适当调整粉末中树脂含量;提高粉末涂膜的遮盖力,提高平面粉流平性能,提高粉末的带电性能。在上述众多思路中,有些思路之间存在相互制约的矛盾性,具体运用时,要考虑实际情况和具体环境进行配方设计和调整。


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