铝型材静电粉末喷涂生产控制及常见缺陷分析
2015年02月05日10:42 来源：景成化工T|T 慧聪表面处理网讯：摘要：介绍了静电粉末喷涂原理。对喷粉工艺及控制、固化条件、涂层质量要求和常见缺陷进行了分析，提出了对策。
关键词：铝型材；静电喷涂；上粉率；固化
近年来，随着建筑的多样化、个性化，建筑铝型材表面朝着颜色多样化方向发展。静电粉末喷涂工艺采用绿色环保技术，具有节能、安全、污染小的特点，生产的彩色铝型材表面涂层具有颜色多样、色泽均匀、耐腐蚀、抗冲击、附着力强、耐候性好的优点，寿命比普通阳极氧化铝型材高出一倍。在铝型材静电喷涂处理过程中，型材表面涂层出现许多质量问题，加强生产工艺控制及找出产生问题的原因并解决，是保证静电喷涂彩色铝型材表面质量的关键。
1、静电粉末喷涂生产工艺
1.1粉末喷涂原理
铝合金建筑型材静电粉末喷涂主要采用高压静电法，由于建筑型材主要用于户外，粉末一般采用综合性能好的热固性聚酯粉末涂料。其基本原理是喷枪枪体上电极和高压发生器相联，产生高压静电场，使喷枪周围空气发生电晕电离，由于电晕电场的作用，当粉末从喷枪喷出时，粉末粒子与电离空气粒子碰撞形成带负电荷粒子，然后随气流被送到接地工件上而被吸附。再通过烘烤使粉末涂料固化，从而达到涂装目的。
1.2粉末喷涂工艺流程
具体工艺流程如图1。
1.3表面预处理
表面预处理主要目的是去除铝型材表面油污、轻微挤压痕及自然氧化膜，实现型材表面平整，再通过化学氧化法而获得0.5-2m的转化膜。以前转化液多为以铬酸盐为主的添加剂，由于铬金属离子污染重，我公司采取环保措施，采用无铬化学处理新工艺，不仅消除了铬化物，而且减少了清洗用水的耗量，废水处理简单，转化膜质量同时也得到了提高，使用效果良好。我公司预处理工艺参数见表1。
型材在预处理过程中脱脂要干净，除油不净将引起转化膜不全，粉层附着不好，表面容易产生凹腔、针孔等缺陷，水、氧气和离子会穿透涂层进入金属表面，造成底材腐蚀。转化是预处理的关键工序，转化膜的好坏直接影响到后面工序的粉末涂装质量。转化膜含有大量极性基因，与型材以化学形式相结合，在粉末加热烘烤固化时，型材、转化膜、粉末三者产生化学链交联，使涂层附着力大大加强。因此，在前处理中，转化膜一定要致密、薄、结晶细、无挂灰，以免导致涂层粉化龟裂甚至脱落、鼓泡等缺陷。脱脂、中和、转化后都要进行彻底的水洗，一般每道工序后都要水洗两次，转化后水洗最好采用纯水，通过水洗去掉表面残留物，以免造成喷涂涂层起泡、沾污，与金属的界面被破坏，加速金属在涂层下的腐蚀。型材预处理完后应立即进行干操，使表面不残留水分，如果型树表面留有水分进A喷粉工序，涂层将产生气泡。注意干燥温度不要超过130℃，温度过高将使转化膜过多失去结晶水而发生转型，变得疏松而使涂层附着力下降。
1.4静电喷粉
型材悬挂在传送链上进入喷粉房，带负电荷的粉末涂料粒子在静电电场作用下，借助压缩空气的欧动吸附在型材表面上，由于白限效应的作用，粉末均匀地涂覆在型材表面，很快达到技术标准规定膜层厚度的要求。喷粉工艺参数为：静电压，30-90kV；供粉气压，
0.2~0.4MPa；雾化气压，0.01-0.1MPa；流化气压，0.01~0.1MPa；粉末粒度，过180目筛；粉末电阻率，1010~1014Ω.m；工件与喷嘴间距，150-300mm；工作温度、湿度，温度0~40℃，相对湿度小于85％。
为保证型材涂层质量，喷粉过程中要重点控制粉层厚度，粉层过薄，小于45μm不能覆盖粉末涂料的颗粒，使表面粒子增多，导致涂层的均匀性差。粉层过厚，影响粉末熔融流平，涂层产生流痕和桔皮状。此外膜厚也影响涂层的光泽、耐冲击强度、耐候性等。这些都取决于粉
末的上粉率，即型材表面实际沉积粉量占喷出的粉末总量的比率，它是反映静电喷涂效果的最重要指标之一，铝型材静电喷涂一次上粉率可达到75％以上。静电压、供粉气压、粉末自身性质工作环境、型材接地电阻以及涂装方式，都会影响喷涂粉末的上粉率。
粉末涂料粒子是靠静电引力吸附到型材表面的，静电引力与涂料粒子所带电量成正比有公式（1）。
式中，Q为电量，εo为真空介电常数，r为涂料粒子半径，E为静电电场强度，s为涂料粒子介电常数。
从(1)式可知，涂料粒子所带电量与静电电场强度成正比，即静电引力与静电压成正比。一般在低静电压条件下，增加静电压可提高静电引力，这样提高了粉末的上粉率，但静电压有一个饱和值。超过饱和值，因为产生电离排斥现象使粉末上粉率反而下降。图2为静电压与一次上粉率的关系。
从图2可知，静电压达到饱和后，再增加静电压，上粉率不但不能提高，反而下降。我厂在正常生产情况下控制静电压为70-80kV，在生产返喷料时为50-60kV。由于静电粉末喷涂是靠带电的粉末粒子在静电引力作用下吸附到型材表面上去的，而不是靠粉末气流的动能冲上型材表面的，因此，在喷涂时应尽可能把气压和粉末输送空气量保持在所需的最小需求量，进行最柔和的喷涂——精细喷涂。图3为粉末输送空气量与一攻上粉率的关系。
从图3可知，随粉末输送空气量增大，上粉率下降。这是粉末反弹引起的。因此，提高供粉和雾化气压，使粉末输送空气量增大，未必可以实现快速喷涂或良好的穿透，结果可能适得其反．而且降低涂层质量。
我厂根据生产实际情况控制流化气压为0.05MPa左右，雾化气压为0.05MPa左右，供粉气压为0.25-0.3MPa。当调节流化气压时，应注意打开流化床供粉仓仓盖，观察粉面流化状态，正常情况是粉层表面缓慢地沸腾冒泡，如果粉层产生剧烈的沸腾，甚至粉末扬起来是不正常的，需要调小流化气压。
对于粉末喷涂形状复杂或有深孔、死角的型材，可适当调高雾化气压，再诃节相应的供粉气压，以使喷出的粉末气流速度提高，从而加强对凹腔和空隙的喷涂穿透力，对于自动喷枪不容易喷到的表面，需用手动喷枪补粉。
粉末自身性质对喷涂上粉率有直接影响。从(1)式可知，粉末粒子带电量与粒子半径成正比．即静电引力与粉末粒径成正比。当粉末粒径小，粒子带电量少，静电引力也就小，涂料粒子容易甩出静电场外或在静电场中悬浮，喷涂上粉率低。当粉末涂料粒径大，带电量也大，但由于粒子本身重力大，对被涂物吸引力太差，喷浍上粉率降低。图4为粉末平均粒径与一次上粉率的关系。
