铝型材粉末静电喷涂生产工艺控制
刘宏,向寓华,刘碧雄
广 东 化 工
[摘 要]介绍粉末涂料静电喷涂的工艺原理,分析影响粉末喷涂的工艺影响因素,提出了较佳的工艺参数。
[关键词]铝型材;静电喷涂;控制；粉末
粉末涂料是一种新型的不含溶剂、100%固体粉末状环保型涂料,它具有涂装效率高、防护性和装饰性能好等优点,受到了全世界的广泛重视,从而获得持续快速发展。尤其在铝建材方面,它与阳极氧化、电泳涂装表面处理方法相比,水、大气的污染程度、能耗明显降低,涂膜的机械性能如硬度、耐磨性、耐酸性等指标却大幅提高,使用寿命比普通阳极氧化铝材高出一倍,且色彩丰富,更能体现建筑的多样化、个性化,因此,用粉末涂料喷涂的铝建材,以其优异的耐久性、装饰性和加工成形性,深受用户好评,目前粉末静电喷涂已成为国内铝型材表面处理中的热点。喷涂生产工艺控制,是保证静电喷涂彩色铝型材表面质量的关键之一,笔者就此问题进行探讨。
1 静电喷涂原理
1.1喷涂原理
粉末静电喷涂就是利用高压静电电晕电场的原理。在喷枪头部金属喷杯和极针接上高压负极,被喷涂工件接地形成正极,使喷枪和工件之间形成一个较强的静电电场。当作为运载气体的压缩空气,将粉末涂料从供粉桶经粉管送到喷枪的喷杯和极针时,由于它接上高压负极产生的电晕放电,在其附近产生了密集的负电荷,使粉末带上负电荷,进入了电场强度很高的静电场,在静电力和运载气体推动力的双重作用下,粉末均匀地飞向接地工件表面形成厚薄均匀的粉层,再加热固化转化为耐久的涂膜。
1.2工艺流程
2 喷涂工艺
2.1表面前处理
表面处理是铝型材喷涂必不可少的一道生产工序,表面处理的目的就是要去除铝型材表面油污、自然氧化膜,再通过化学氧化法获得0. 5~2μm的钝化膜,使粉末涂层的附着力大大增强。在预处理过程中,脱酯要干净,除油不彻底将引起钝化膜不完整,粉层附着不好,表面易产生缩孔、针孔等缺陷,型材腐蚀将从此开始而漫延;钝化是预处理的关键工序,钝化膜的好坏将直接影响粉末涂装的质量,要求钝化膜致密,结晶体均匀;型材表面需干燥,不能有水分进入喷涂工序,烘干时温度不宜超过130℃,以免钝化膜过多失去结晶水变得疏松,涂层的附着力下降。表1为我公司预处理工艺参数,多年生产检验表面处理效果较佳。
2.2喷涂
2.2.1粉末涂料要求
铝型材所用的粉末涂料是耐候性的纯聚酯粉末涂料,粉末粒径是粉末涂料极其重要的质量指标,它影响着铝型材产品的外观质量[1]及使用厂家所关心的粉末涂料的上粉率[2]及其稳定性等诸多问题。因此,控制粉末粒径,是各粉末生产厂家粉末涂料质量好坏关键问题。粉末的带电量与粉末颗粒粒径的平方成正比,粉末粒径<10μm超细粉不带电,粒径>90μm,涂膜的外观质量下降,橘皮严重,上粉率也降低。
图2为我公司生产的铝型材专用A9016SF75粉末涂料的粒径分布图,采用激光粒度分布仪检测,客户使用后反映效果很好。
从图中可以看出:适合静电喷涂的粉末涂料,其颗粒度控制在20~80μm较适宜。
2.2.2喷涂工艺参数
为保证型材的涂层质量,喷粉过程中要控制好粉层的厚度,粉层过薄(<40μm)会露底,表面产生粒子,粉层过厚,涂层产生橘皮、针孔、流痕等现象,型材的机械性能也下降。粉层控制在60~80μm较适宜。粉层厚度与粉末的上粉率有关,据报道[3],电场强度与粉末带电量成正比,与两极间距离成反比。当工件与电极距离不变时,输入电压越高,粉末吸附能力越强,电压太高增加不明显;当喷枪与工件间距离过短时,会产生火花放电,距离太远,粉末的上粉率将降低。因此,静电压控制在30 ~90kV时,静电喷涂距离在200 ~250mm之间较适宜。喷涂工艺参数如表2。
2.2.3固化
粉末固化成膜的工艺,是指使静电吸附在工件表面的粉层,通过固化处理而转变成符合质量要求的涂膜工艺。工件在固化过程中需经过升温、保温、冷却三个阶段,涂层的胶化(即树脂与固化剂间的交联反应)主要发生在保温段,为了获得较好流平效果及机械性能,熔融聚结应当尽可能快地完成,有较长时间来完成流平、固化,提高工件升温速率,保证粉层胶化时间,促使成膜反应完全,以提高产品质量和生产效率。如果烘烤时间不够、温度低,将造成涂膜交联反应不完全,影响涂膜的物理机械性能;反过来,若烘烤时间太长、温度过高,则易造成涂膜发黄等现象,所以在生产中需严格控制涂膜的烘烤时间与温度。图3为安塑材料有限公司(铝型材)的生产炉温控制曲线(采用Data炉温检测仪检测),使用我公司的纯聚酯A9016SF75铝型材专用粉末涂料,多年实践证明其铝型材产品外观效果、机械性能好。
从图3中可以看出:型材从进炉开始8min时间预热升温后达到固化温度(200℃),保持20min固化, 27min后出炉,整个加温过程30min,保证了预热及固化的温度和时间,确保铝型材涂膜外观及机械性能。
2.2.4悬挂链速率及湿度
悬挂链速率实际影响的是烘烤时间,悬挂链速率的不同将造成工件在固化炉内停留时间的不同,从而影响到固化成膜的效果。我公司喷涂线运行线速为4. 5~5. 5m /min,能满足涂层厚度及固化的工艺要求。
湿度也是影响粉末涂料受潮的一个重要的工艺参数,据报道[4],相对湿度每变化30%,就相当于粉末的电阻率下降两个数量级。在生产、喷涂现场空气的相对湿度要求不高于85%。我公司地处南方空气湿度较大,喷粉房安装除湿空调,防止粉末受潮,以免影响喷涂效果。
3 结束语
粉末喷涂是现阶段推动铝型材发展的一个重要趋势,在粉末喷涂生产中,要正确掌握好各个工艺参数,根据生产实际情况具体分析和判断,不断对现有工艺进行改造,提高铝型材表面处理水平,保证产品的喷涂效果,提高产品的档次和质量,满足消费者更高生活水准的要求,以推动铝型材行业向更新、更深、更高方向发展。
参考文献略
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