淺談粉末靜電噴涂工藝及常見缺陷防治

 淺談粉末靜電噴涂工藝及常見缺陷防治
程為華 傅昌勇 陳星星 張倫周
（奇瑞汽車股份有限公司 安徽 蕪湖 241009）

0 引言
粉末涂料自20世紀(jì)60年代開始引入我國，當(dāng)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域非常少，僅在某些電絕緣零部件上應(yīng)用。隨著環(huán)保的要求越來越高，涂裝行業(yè)迫切需要選擇環(huán)保涂料（水性涂料與粉末涂料）及無公害涂裝工藝。由于粉末涂料幾乎不含VOC，而且粉末利用率高達(dá)95%左右，因此粉末涂料及粉末靜電涂裝技術(shù)在涂裝行業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。

1 粉末涂料的組成及特性
粉末涂料先由特制樹脂、顏填料、固化劑及其它助劑以一定的比例混合而成，然后再通過攪拌、熱擠壓、冷卻、粉碎和過篩等工藝配制而成。

1.1 粉末涂料組成的四大主體
粉末涂料組成的四大主體見表1。



1.2 粉末涂料的特點(diǎn)
涂料可分為熱固型和熱塑型兩大類，粉末涂料一般為熱固型，主要特性如下：
1） 粉末涂料無VOC排放，不含有機(jī)溶劑及其它有毒成份，相比溶劑型涂料安全性更高；
2） 粉末涂料屬100% 固體體系，噴溢的粉末涂料可回收再利用，利用率高達(dá)95% 以上；
3） 粉末涂料可一次性獲得60微米以上的高防腐性厚膜層，相當(dāng)于溶劑型涂料噴涂幾道的厚度，減少了施工的道數(shù)，既節(jié)能環(huán)保，又提高了生產(chǎn)效率；
4）涂料施工時(shí)，不需要按季節(jié)變化來對粘度進(jìn)行調(diào)整和控制，施工非常方便；
當(dāng)然，粉末涂料目前在工藝上也存在一些不足，例如粉末涂料不能像液態(tài)涂料那樣可以迅速換色；粉末涂料邊角上粉不均勻；粉末涂料無法象溶劑型涂料那樣隨意獲得超薄膜層；粉末涂料所需固化溫度高；粉末涂料施工現(xiàn)場的粉塵濃度含量過高時(shí)可能存在粉塵著火爆炸的危險(xiǎn)等。

2 粉末靜電噴涂原理
粉末靜電噴涂是利用高壓電暈放電產(chǎn)生靜電場，帶有負(fù)電荷的粉末在靜電力和運(yùn)載氣體的雙重作用下，涂料均勻地飛向接地工件，當(dāng)粉層達(dá)到一定的厚度時(shí)，粉層之間因?yàn)?ldquo;同性相斥”原理，阻止工件進(jìn)一步上粉，從而避免工件表面粉層過厚問題，見圖1。



3 粉末涂裝常規(guī)工藝及注意事項(xiàng)
為了提高粉末涂層與基體結(jié)合力，降低工件表面雜質(zhì)對涂層外觀的影響，涂裝前，需要對工件進(jìn)行表面處理，一般粉末涂裝工藝流程：前處理→粉末噴涂→烘干固化→冷卻檢驗(yàn)。

3.1 前處理工序
脫脂→水洗→除銹→水洗→表調(diào)→磷化→水洗→去離子水洗→烘干。
脫脂主要是利用含有表面活性劑的堿性物質(zhì)對工件表面進(jìn)行除油和去污，但有的小型加工廠可能會(huì)選擇有機(jī)溶劑除油，這種脫脂方式雖然簡便，但有機(jī)溶劑對環(huán)境及操作者的危害非常大。脫脂干凈后，需要對工件表面進(jìn)行徹底水洗，防止工件從前道工序帶過來的殘留槽液及雜質(zhì)對磷化膜完整性的影響。
除銹工序大多選用稀硫酸或稀磷酸的酸性液對工件進(jìn)行浸泡處理，對于表面銹蝕嚴(yán)重的工件，需要采用噴砂或拋丸等機(jī)械方法處理，但機(jī)械除銹后仍需對工件進(jìn)行酸液處理，直至銹跡處理徹底后才能進(jìn)入下道工序。除銹后的水洗主要是防止工件殘留酸性液過多而破壞表調(diào)液的酸堿平衡，同時(shí)也為表面調(diào)整工序提供更加新鮮光潔的基體表面。

表面調(diào)整工序主要是改變工件表面微觀狀態(tài)、細(xì)化磷化結(jié)晶、縮短磷化時(shí)間，同時(shí)也能消除鋼鐵表面狀態(tài)的差異對磷化膜質(zhì)量的影響，可以說表調(diào)工序質(zhì)量的好壞，將直接影響磷化膜的最終質(zhì)量，如下圖所示：



磷化是大幅度提高金屬表面涂層耐腐蝕性的一種簡單可靠、費(fèi)用低廉、操作方便的工藝方法。按磷化液的磷酸鹽分類，有磷酸鋅系、磷酸錳系、磷酸鐵系，此外，磷酸鋅鹽中還有加鈣的鈣系，加錳、鎳的“三元磷化”體系等。磷化成膜完整后，需要及時(shí)對工件進(jìn)行徹底的水洗，一般水洗兩次，建議最后一道水洗采用新鮮純水洗，以免殘留的酸性液對涂料成膜過程中的不良影響，水洗干凈后，需要對工件進(jìn)行切水干燥，一般烘干條件為150oC/10-30分鐘左右。注意烘干溫度不宜過高，以免磷化膜出現(xiàn)發(fā)白及粉化等缺陷。 

3.2 粉末噴涂
粉末靜電噴涂設(shè)備主要由靜電發(fā)生器、粉末噴槍、供粉裝置、供氣系統(tǒng)及回收裝置等五大部分組成。
噴涂準(zhǔn)備工作：首先開啟噴槍的電源開關(guān)和氣壓開關(guān)，然后根據(jù)工件規(guī)格大小對噴槍出粉量及霧化氣壓進(jìn)行調(diào)整，一般噴粉量控制在每分鐘300～600g，霧化氣壓設(shè)定在3～5 bar，粉桶流化氣壓0.5～0.8bar，靜電壓60～80KV，如果是漏底不良件返噴，靜電壓設(shè)定應(yīng)不大于40KV；
噴涂過程中，一般遵循自上而下、從左到右的操作原則，確保工件上粉均勻。由于粉末不良件返工時(shí)需要脫漆后再重新前處理，返工流程相當(dāng)復(fù)雜。因此在涂裝管理過程中，需要安排專人在噴房出口對工件表面粉層的外觀進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)工件表面噴涂不均或因換色不徹底造成的異色污染，應(yīng)立即取下該工件，并把工件表面的粉塵吹盡徹底后重新上線。如果是空氣中細(xì)小的纖維吸附在粉層表面，可用尖嘴氣槍利用微小氣壓從側(cè)面吹掉工件表面的纖維，避免纖維附著造成粉層固化后漆膜外觀不良。

3.3 烘干固化
固化過程分為熔融、流平、膠化和固化四個(gè)階段，溫度升高到熔點(diǎn)后，工件上的表層粉末開始融化，并逐漸與內(nèi)部粉末形成漩渦直到全部融化，粉末全部融化后，開始慢慢流動(dòng)，在工件表面形成薄而平整的一層，此階段稱為流平，溫度繼續(xù)升高到達(dá)膠點(diǎn)后，有幾分鐘短暫的膠化狀態(tài)（溫度保持不變），之后溫度繼續(xù)升高，粉末發(fā)生網(wǎng)狀膠鏈反應(yīng)而徹底固化。不同的粉末在烘烤溫度和時(shí)間上是各不相同的，一般固化爐溫度設(shè)定在190±10℃ ，烘烤時(shí)間為25±5min ，工件最底部距離烘爐底部及側(cè)壁100mm以上。 

3.4 冷卻檢驗(yàn)
由于粉末涂裝固化溫度高，剛出烘爐的工件表面涂層較軟，對后道包裝工序及涂層性能測驗(yàn)都存在一定的影響，因此，工件烘爐出口后，需要設(shè)置一定的冷卻段對涂膜進(jìn)行常溫冷卻，確保涂膜表面溫度近似于室溫狀態(tài)，然后才能安排質(zhì)檢人員對工件涂層外觀質(zhì)量進(jìn)行判定。

3.5 操作注意事項(xiàng)
3.5.1 靜電壓的設(shè)定
由于粉末涂料的帶電量與電場強(qiáng)度成正比，因此，合適地提高靜電壓與粉末的帶電量，會(huì)有利于粉末上粉率的提高，通過生產(chǎn)測驗(yàn)，靜電壓大小與粉末上粉率的關(guān)系。

3.5.2 噴槍與工件的距離
在靜電壓確定的情況下，電場強(qiáng)度與極間距離成反比。當(dāng)噴槍與工件距離過短時(shí)，會(huì)產(chǎn)生火花放電，距離太遠(yuǎn)，則粉末的上粉率將降低。噴槍距離與擊穿電壓的關(guān)系，從圖中可以看出，當(dāng)靜電壓控制在60～90kV時(shí)，噴涂距離應(yīng)保持在200～300mm之間。



4 粉末涂裝常見外觀缺陷防治
粉末涂裝常見缺陷分析及防治見表2。



5 結(jié)語
隨著汽車市場競爭日益激烈，提高整車質(zhì)量及降低制造成本是各大汽車制造業(yè)競爭最直接的途徑，粉末涂料作為無溶劑型涂料的代表之一，不僅工藝簡單，而且環(huán)保無公害，因此，未來汽車涂裝由粉末涂裝取代溶劑型涂裝呈必然發(fā)展趨勢。