静电粉末喷涂工艺.docx
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静电粉末喷涂工艺
静电粉末喷涂工艺
这是粉末涂装中目前发展最快的一种重要施工工艺。
1）基本原理
在喷枪与工件之间形成一个高压电晕放电电场，当粉末粒子由喷枪口喷出经过放电区时，便补集了大量的电子，成为带负电的微粒，在静电吸引的作用下，被吸附到带正电荷的工件上去。
当粉末附着到一定厚度时，则会发生“同性相斥”的作用，不能再吸附粉末，从而使各部分的粉层厚度均匀，然后经加温烘烤固化后粉层流平成为均匀的膜层。
2）粉末静电喷涂工艺流程
典型的粉末静电喷涂工艺流程如下：
上件→脱脂→清洗→去锈→清洗→磷化→清洗→钝化→粉末静电喷涂→固化→冷却→下件
3）影响粉末静电喷涂质量的主要因素
粉末静电喷涂中，影响喷涂质量因素除了工件表面前处理质量的好坏以外，还有喷涂时间、喷枪的形式、喷涂电压、喷粉量、粉末导电率、粉末粒度、粉末粒度、粉末和空气混合物的速度梯度等。
1、粉末的电阻率
粉末的电阻率在1010～1016欧姆/厘米较为理想，电阻率过低易产生粉末在分散，电阻率过高会影响涂层厚度。
2、喷粉量
在喷涂开始阶段，喷粉量的大小对膜厚有一定的影响，一般喷粉量小，沉积率高。
喷粉量一般控制在50克／分到1000克／分范围内。
3、粉末和空气混合物的速度和梯度
速度梯度是喷枪出口处的粉末空气混合物的速度与喷涂距离之比，在一定喷涂时间内，随着喷涂梯度的增大膜厚将减小。
4、喷涂距离
喷涂距离是拒制膜层厚的一个主要参数.一般控制在距工件10~25厘米,多由喷枪形式来决定.
5、喷涂时间
喷涂时间与喷涂电压、喷涂距离、喷涂量等几项参数是相互影响当喷涂时间增加及喷涂距离很大时，喷涂电压对膜厚极限值的影响减小。
随着喷粉时间的增加，喷粉量对膜厚的增长率的影响显着减小。
4）水分散粉末涂装
水分散粉末涂料是将粉末涂料稳定的分散与水介质中，它兼具水性涂料与粉末涂料的优点，在工艺上可以使用包括浸、刷、喷、静电涂装在内的一切常规手段。
5）粉末电泳涂装
它是综和粉末涂装与电流涂装的产物，兼具二者特点。
其基本原理是将粉末粒子（一般要求40μm以下），分散与含电泳树脂的水溶液之中，以水性电泳树脂为载体，以粉末粒子为成膜物质，使粉末粒子带上电荷，在直流电场中电泳沉积成膜。
它适用于形状复杂的工件施工。
（二）粉末静电喷涂设备的组成和结构
粉末静电喷涂设备主要包括：
喷粉室、高压静电发生器、静电喷涂枪、供粉器、粉末回收装置、工件旋转机构等。
1、喷粉室
喷粉室是粉末静电涂装的主要设备之一。
保持平稳的空气流动是粉房内的清洁，为操作人员提供一个洁净的工作环境。
控制喷房内的粉尘含量，使其低于爆炸极限（一般定为10g/m3）。
此外，喷粉室要利于清洗，使粉末不易在屋中沉积，以便于改变粉末的颜色，室内要有足够的光线，以利于涂覆工作进行。
2、静电喷枪
喷枪按其用途可分为手提式喷粉枪，固定式自动喷粉枪，圆盘式喷枪等；按带电形式分为内带电枪和外带电枪；按其扩散机构形式可分为冲突式枪、反弹式枪、二次进风式枪、离心旋杯式枪等。
喷粉枪的带电机构形式是提高喷涂效率来将是很关键的因素。
从总体上来讲喷粉设备的核心就是喷枪和充电系统。
就目前市场而言，电晕式喷枪所占的比例极大，这是应为采用高压电晕放电的方式对粉末进行充电所具有的最大的好处就是，能够喷涂现今所有种类的热固性粉末涂料，并且能获得非常好的效果。
其优点主要表现在优良的稳定性，上粉率和上粉速度等。
这类喷枪的发展历程是这样的：
电压控制、电流控制、总能量控制。
总能量控制是随着喷枪距离工件的元件，其电压、电流都在不断调整至理想状态，以达到最好的涂装效果。
3、供粉系统
1）供粉系统是把涂覆的粉末料，从盛粉容器连续均匀的输送到喷粉枪进行喷涂。
供粉系统由空气压缩机、油水分离器、空气干燥机、调节阀、压缩空气管道、电磁控制阀门、供粉器、输粉管道等组成。
2）供粉器的形式
在粉末静电喷涂供粉系统中，使用的供粉器种类较多，通常可分为：
压力容器式、螺杆或转盘的机械输送式、文氏里空气抽吸式。
3）粉末回收装置
粉末的回收可分为湿式法和干式法。
湿式法就是让带有粉末的气流通过液体的容器进行过滤，达到净化，带有液体的粉末经过干燥处理再重复利用。
干式法粉末回收是在喷粉室排出的粉末气流中将粉末颗粒收集下。
干式法粉末回收的种类有重力沉降式、惯性分离式、旋风分离式、烧结板分离式等，在实际生产中，往往采用多级回收装置，以达到更好得分离效果。
关于粉末的喷涂工艺及设备就简单介绍到这里，下面对油漆工艺及设备作一简介。
三、油漆工艺及设备简介
1、喷漆的目的
首先是防护性，以延长工件寿命，其次是装式性，达到美观宜人。
再次是特殊用途，以达到特殊性能。
如：
隔音、决热、防火等。
根据涂装的目的和要求的不同，涂装的涂层有好几层组成，其中包括底漆、腻子、面漆罩光等。
底层漆：
是与被涂工件机体直接接触的最下层涂层，底漆层的作用是强化涂层与机体之间的附着力，强化涂层的防护性能。
黑色金属在除装之前应磷化，有色金属涂装之前应氧化处理。
腻子层：
对于粗糙不平的机体，使用腻子层有很多缺点，诸如施工麻烦、降低涂层与机体的结合力等。
面漆层的主要目的是增加产品的光泽，用于涂层的最外层。
2、涂装方法
涂装的方法很多，主要有刷漆法、浸漆法、空气喷涂法、高压无气喷涂法、静电喷漆法和电泳涂装法等。
3、涂层的配装和对产品材料的要求在涂料施工中，很少采用单层涂层，因为这样的不到均匀无孔的涂层。
常采用底漆层加面漆层，根据需要还可以添加中间层、封闭面漆层外的罩光层。
底漆层对被涂工件要有良好的附着力，对面漆层要很好的结合力，并要具备防锈能力。
底漆层和面漆层的配套原则如下：
1）最好是烘干型底漆层与烘干性面漆配套；自干型底漆与自干型面漆配套；同基漆的底漆与面漆配套。
2）当选用强溶剂的面漆时，如：
硝基漆，过氯乙烯漆等，底漆层必须能耐强溶剂不被咬起，如醇酸漆、环氧漆等。
3）底漆和面漆要有大致相近的硬度、伸张程度。
4）发挥型漆料在固化型底漆上配套时，耐温热性差。
5）底漆的油度比面漆的油度要短一些，否则面漆的耐侯性差，并且底漆面漆干燥收缩的不同，易造成各层龟裂。
6）采用多层异类涂层时，往往采用中间层，使漆基过渡，达到底层和面层良好的结合。
有机涂膜的附着力与产品材质本性有关，按照附着力的大小，可将金属排列如下：
镍→钢→铜→黄铜→铝→锡→铅
黑色金属几乎对所有类型的底漆都适用，而镁铝件及它们的合金，通常采用以铬酸锌为机体的钝化底漆。
工件表面最好进行有效的前处理，使之生成一层磷化膜或氧化膜以提高机体与底漆的结合力。
再选用附着力强的底漆。
对于铝件及镀锌件绝不能使用红丹颜料的底漆，否则会引起电化学作用，使附着力下降。
静电粉末喷涂工艺流程
静电喷涂工艺原理：
用静电喷粉设备把粉末涂料喷涂到工件的表面，在静电作用下，粉末会均匀的吸附于工件表面，形成粉状的涂层；粉状涂层经过高温烘烤流平固化，变成效果各异的最终涂层；喷涂效果在机械强度、附着力、耐腐蚀、耐老化等方面优于喷漆工艺。
一．表面预处理。
前处理工艺质量好坏直接影响粉末涂膜质量，前处理不好，造成涂膜易脱落，鼓泡等现象。
因此，前处理工作必须予以重视。
为了清洗掉铝制品表面存在着的污垢和缺陷，如灰尘、金属氧化物、残留油污、手印、
轻微的划（擦）伤等，在表面处理之前，必须进行必要的表面预处理。
其一般工艺是：
脱脂→水洗→碱蚀洗→一次水洗→二次水洗→中和→水洗。
（1）脱脂脱脂处理通常也称为除油，其目的是除去铝材表面的工艺润滑油、防锈油和其他污物，以保证在碱腐蚀工序中铝材表面均匀腐蚀和槽液清洁。
（2）碱洗碱洗腐蚀一般采用35-100g/L的NaOH为处理液，其目的是除掉铝材表面的污物，并将铝材表面自然氧化膜下的基体金属裸露，以利于氧化的顺利进行。
此工序为整个表面处理过程中铝溶解量最多的工序，其腐蚀量约为20μm，处理每平方米铝材可溶铝50g。
当碱洗液中溶铝量达30g/L时则产生氢氧化铝沉淀，堆积于槽底形成坚硬固体物。
为防止沉淀，一般在生产中添加柠檬酸钠或葡萄糖酸钠（1.5g/L）。
（3）中和中和的目的主要是除掉碱腐蚀后残留在铝材表面的黑色腐蚀斑，以获得光亮的金属表面，同时也兼有中和碱液的作用。
常用的中和液为HNO3（相对密度1.42）100-400g/L或H2SO4（相对密度1.84）100-200g/L。
（4）水清洗在各道工序间采用流动水清洗，目的在于彻底除去制品表面的残留液和可溶于水的反应产物，防止下道工序槽液遭受污染，确保处理的效率和品质。
二．喷涂：
工件通过输送链进入喷粉房的喷枪位置准备喷涂作业。
静电发生器通过喷枪枪口的电极针向工件方向的空间释放高压静电（负极），该高压静电使从．喷枪口喷出的粉末和压缩空气的混合物以及电极周围空气电离（带负电荷）。
工件经过挂具通过输送链接地（接地极），这样就在喷枪和工件之间形成一个电场粉末在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达工件表面，依靠静电吸引在工件表面形成一层均匀的涂层。
三．烘烤固化：
喷涂后的工件通过输送链送入180～200℃的烘房内加热，并保温相应的时间，（15-20分钟）使之熔化、流平、固化，从而得到我们想要的工件表面效果。
（不同的粉末在烘烤温度和时间上是各不相同的）。
这是在固化工序上应注意的。
四.检查：
五．包装：
检查后的成品分类摆放在运输车、周转箱内，相互之间用发泡纸,气泡膜等软包装缓冲材料隔离，以防止划伤磨损（可根据客户要求包装）
1.1固化炉内杂质。
解决方法是用湿布和吸尘器彻底清洁固化炉的内壁，重点是悬挂链和风管缝隙处。
如果是黑色大颗粒杂质就需要检查送风管滤网是否有破损处，有则及时更换。
1.2喷粉室内杂质。
主要是灰尘、衣物纤维、设备磨粒和喷粉系统积垢。
解决方法是每天开工前使用压缩空气吹扫喷粉系统，用湿布和吸尘器彻底清洁喷粉设备和喷粉室。
1.3悬挂链杂质。
主要是悬挂链挡油板和一次吊具接水盘（材质为热镀锌板）被前处理酸、碱蒸气腐蚀后的产物。
解决方法是定期清理这些设施
1.4粉末杂质。
主要是粉末添加剂过多、颜料分散不均、粉末受挤压造成的粉点等。
解决方法是提高粉末质量，改进粉末储运方式。
1.5前处理杂质。
主要是磷化渣引起的大颗粒杂质和磷化膜黄锈引起的成片小杂质。
解决方法是及时清理磷化槽和喷淋管路内积渣，控制好磷化槽液浓度和比例。
1.6水质杂质。
主要是前处理所使用的水中含砂量、含盐量过大引起的杂质。
解决方法是增加水过滤器，使用纯水做为最后两级清洗水。
涂层缩孔
2.1前处理除油不净或者除油后水洗不净造成表面活性剂残留而引起的缩孔。
解决方法是控制好预脱脂槽、脱脂槽液的浓度和比例，减少工件带油量以及强化水洗效果。
2.2水质含油量过大而引起的缩孔。
解决方法是增加进水过滤器，防止供水泵漏油。
2.3压缩空气含水量过大而引起的缩孔。
解决方法是及时排放压缩空气冷凝水。
2.4粉末受潮而引起的缩孔。
解决方法是改善粉末储运条件，增加除湿机以保证回收粉末及时使用
2.5悬挂链上油污被空调风吹落到工件上而引起的缩孔。
解决方法是改变空调送风口位置和方向。
2.6混粉而引起的缩孔。
解决方法是换粉时彻底清理喷粉系统
涂层色差
3.1粉末颜料分布不均匀引起的色差。
解决的方法是提高粉末质量，保证粉末的L、a、b相差不大而且正负统一。
3.2固化温度不同引起的色差。
解决方法是控制好设定温度和输送链速度，以保持工件固化温度和时间的一致性和稳定性。
3.3涂层厚薄不均匀引起的色差。
解决方法是调整好喷粉工艺参数和保证喷粉设备运行良好以确保涂层厚度均匀一致
涂层附着力差
4.1前处理水洗不彻底造成工件上残留脱脂剂、铬化渣或者水洗槽被碱液污染而引起的附着力差。
解决方法是加强水洗，调整好脱脂工艺参数以及防止脱脂液进入磷化后的水洗槽。
4.2磷化膜发黄、发花或者局部无磷化膜而引起的附着力差。
解决方法是调整好磷化槽液浓度和比例，提高磷化温度。
4.3工件边角水分烘干不净而引起的附着力差。
解决方法是提高烘干温度
4.4固化温度不够而引起的涂层大面积附着力差。
解决方法是提高固化温度
4.5深井水含油量、含盐量过大而引起的附着力差。
解决方法是增加进水过滤器，使用纯水做为最后2道清洗水。
总之，粉末静电喷涂技术及其应用方法还有很多，在实践中需要灵活运用。
粉末涂层桔皮
5.1粉末涂料桔皮外观的判断方法：
（1）目测法
在此测试中，样板置于双管荧光灯下。
通过适当放置样板可获得样板的反射光源。
定性分析反射光的清晰度就可以从视觉上评估流动和流平性质。
在流动性差（桔皮）情况下，两个荧光灯管看起来模糊，不清晰，而高流动性产品则可获得清晰的反射。
（2）“外形测量法”
在此方法中，通过高灵敏探针的偏移来记录表面形状。
由此可快速区别由缩孔、针孔或脏污物引起的粗糙、桔皮以及流动不佳引起
5.2避免桔皮的发生
在新设备制造涂装中，涂层外观变得越来越重要。
因此，涂料工业的主要目标之一是根据用户的最终要求使涂料性能达到最佳，这其中也包括表面外观满意。
表面状况通过颜色、光泽、雾影度和表面结构等因素影响视觉效果。
光泽和映象清晰度常用于控制涂层的外观。
然而即使用对光泽度很高的涂膜，其表面的波动度也影响着整个涂膜的外观，同时认为光泽测量也控制不了波动的视觉效果，这种效应也被称为“桔皮”。
桔皮或微波动是尺寸大小在0.1mm～10mm之间的波纹状结构。
在高光泽的涂层表面，人们可看到波状、明暗相间的区域。
可以区分两种不同等级的波动：
长波动，也称为桔皮，这是间隔达2～3距离上能观察到的波动；另一种叫短波动或微波动，这是间距约50cm处观察到的波动。
要指出的是有时为了遮盖底材的表面缺陷或者获得特殊的涂层表面外观，而有目的的设计一定的波动度或波纹结构。
因此，“桔皮”可定义为“高光泽表面的波状结构”，其使漆层表面产生斑纹、未流平的视觉外观。
粉末涂料涂膜的视觉外观（光泽、雾影度、流平桔皮）的控制非常重要，特别是在不同埸合喷涂的部件组装时。
影响粉末涂料中涂膜流动和外观的因素：
在工业涂料中、粉末涂料在制备和成膜过程中的相变化是独特的。
由于缺乏溶剂来润湿和提高涂膜流动性,导致粉末涂料比液体涂料更难去除表面缺陷。
虽然两者的主要组份类似,但相比于液体涂料、热固性的粉末涂料立足于十分不同的机理.
粉末涂料是无溶剂的均一体系。
在制备过程中,颜料和其它组份通过熔融混合被分散和部分包裹于低分子固体树脂中。
粉末涂料使用是通过空气把粉末传送到底材上（粉末悬浮于空气中）,再通过电荷使之附着于底材上。
在预定的温度下加热,使粉末颗粒熔化、聚集在一起（聚结）,流动（成膜）,接着流平,这期间通过一个有粘性的液态阶段润湿表面）,最后化学交联形成高分子量的涂膜,这就是粉末涂料的成膜过程。
粉末涂料的桔皮问题
影响涂膜流动和外观的因素：
影响涂膜流动和流平的关键因素是树脂的熔融粘度、体系的表面张力和膜厚。
转而,熔融粘度尤其取决于固化温度、固化速度和升温速率。
以上提及的种种因素,连同粒径分布和膜厚,通常由所要求的涂膜性能、被涂物件和粉末施工条件等所决定。
粉末喷涂时流动和流平的动力来自体系的表面张力,这一点前面也曾经提到。
该作用力同施加到涂膜上的分子间引力相反,其结果导致如熔融粘度越高,则对抗流动和流平的阻力越大。
因此,表面张力和分子间引力之间的差值大小决定着涂膜流平的程度。
对于流动性很好的涂料，显然,该体系的表面张力应尽可能高,且熔融粘度尽可能低。
这些可通过加入能提高体系表面张力的助剂和使用低分子量低熔点的树脂来实现。
根据以上条件制备的涂料能具有极好的流动性,但是由于其高的表面张力会导致缩孔,同时由于较低的熔融粘度会产生流挂,且边角涂覆性差。
实际工作中,体系的表面张力和熔融粘度都控制在特定范围内,这样可得到合格的涂膜表面外观。
表面张力和熔融粘度对涂膜流动的影响见图2。
图中可以看到,太低的表面张力或太高的熔融粘度会阻止涂膜流动,导致涂膜流动性差,而表面张力太高时成膜过程中会出现缩孔。
熔融粘度太低会使粉末的物理贮存稳定性变差,施工时边角涂覆性差,且施工于立面时产生流挂。
综上所述,很明显,得到的粉末涂料涂膜最后的表面状况、缺陷和不足（如桔皮,流动性差,缩孔,针孔等）是相互密切关联的,同时也被在成膜过程中参与相变的流变力所控制。
粉末颗粒大小分布状况也影响着涂膜的表面外观。
颗粒越小,由于其热容较大颗粒的低,因此其熔化时间比大颗粒的短,聚结也较快,形成涂膜的表面外观较好。
而大的粉末颗粒熔化时间比小颗粒的长,形成的涂膜就可能会产生桔皮效应。
粉末静电施工方法（电晕放电或摩擦放电）也是导致桔皮形成的一个因素。
怎样减小或避免桔皮效应
促进流动和流平能减少或避免桔皮。
体系使用较低的熔融粘度、固化过程中延长流平时间以及较高的表面张力可提高流动和流平性。
控制表面张力梯度是减少桔皮的重要参数，同时还要控制涂膜表面的表面张力均匀,以获得最小的表面积。
实际工作中常使用流动促进剂或流平剂来改善涂膜外观,以消除桔皮、缩孔、针孔等表面缺陷。
性能好的流动促进剂能降低熔融粘度,从而有助于熔融混合和颜料分散,提高底材的润湿性，涂层的流动流平,有助于消除表面缺陷以及便于空气的释放。
应考察流动改性剂用量与效果的关系。
其用量不足会导致缩孔和桔皮,而用量过多又会导致失光、雾影,并产生对上层重涂附着力的问题。
通常,流动改性剂在预混时加入。
它们或做成树脂的母料（树脂和该添加剂的比为9/1～8/2）,或者以粉末状吸附在无机载体上。
粉末涂料中该添加剂的用量为0.5～1.5%（在以基料计算的有效聚合物中）,但是在浓度较低时可能效果也不错。
流动改性剂中聚丙烯酸酯系树脂应用最广,如聚丙烯酸丁酯（“Acronal4F”）、丙烯酸乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯共聚物等。
它们可在浓度很宽的范围内使用。
一般聚丙烯酸酯对表面张力影响很小,它们能有助于涂层形成比较恒定的均匀表面。
同那些使表面张力降低的添加剂（如硅氧烷等）相比,它们不会降低表面张力,因此可用来加速流平。
降低表面张力的添加剂包括表面活性剂、氟化烷基酯以及硅氧烷等。
它们对加入量的多少非常敏感。
安息香是一种脱气剂,也有降低表面张力的效果,被广泛用于改善粉末涂料涂膜的表面外观。
涂层中有气泡
原因:
粉末中含有挥发性的物质和水.,工件表面有水,压缩空气中有油或水
方法:
加强粉末的保管,防潮,烘干工件的表面水份.对压缩空气进行除油,除水
涂层出现针孔,凹膜,
涂层过厚,造成静电排斥,喷枪距工件太近,造成打火击穿,工件表面有油脂和水份,粉末含水量大,压缩空气中含有油或水,工件本身有针孔,
涂层厚度不均
粉末喷涂速度不均,压缩空气不稳定,供粉装置流化效果不好,输送链的速度不稳.粉末受潮结困而导致的流化效果好.
涂层流挂
涂层太厚,升温太快,固化温度太高,烘烤固化前涂层不均匀,
涂层光泽不良,变色
粉末耐耐热性能差,固化温度过高或时间过长,喷粉与固化工序时间间隔太长,前处理脱质不净,供粉和喷粉系统,回收系统等清理不净,混入其它品种或颜色的粉末。
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