如何提高粉末涂料的易噴涂性？

       1、常用的涂裝方法介紹

       （1）流化床浸涂法：

       流化床浸涂法是將預(yù)熱的工件浸入已被流化的粉末容器中，使粉末熔融附著到工件上，然后再將工件置于烘箱或烤爐中烘烤。工件的預(yù)熱溫度要高于粉末的熔融溫度，但應(yīng)低于粉末的分解溫度，一次涂裝可達200um以上。該方法設(shè)備簡單，無需回收裝置，粉末利用率高，能100%加以利用，但涂層不太均勻，不能薄涂，難以涂裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型工件，工件須預(yù)熱，熱能損耗大。

       該涂裝方法適于小型工件，如馬達定子、異型管、閥門、冰箱貨架、鳥籠、自行車貨籃等的涂裝。也有部分較大型工件如金屬護欄和護網(wǎng)采用該法涂裝。

       （2）火焰噴涂法：

       粉末涂料通過高溫火焰氣體而熔融，并被噴涂到工件上，經(jīng)流平交聯(lián)固化而成涂膜。該方法不需要烤箱或烘道，可現(xiàn)場涂裝，可厚涂至500um以上。該方法適用的粉末品種較少，主要用來噴涂熱塑性粉末，如乙烯-乙酸乙烯共聚物(eva)、聚乙烯、聚酰胺等。

       （3）靜電粉末涂裝法：

       利用高壓電場效應(yīng)，使粉末和工件受感應(yīng)而分別帶上彼此相反的電荷，粉末吸附到工件上去。該方法是當(dāng)前最主要的粉末涂裝加工方法，能適應(yīng)幾乎所有品種粉末的涂裝。其帶電方式有兩種：高壓靜電和摩擦帶電。

       （4）靜電流化床浸涂法：

       這是一種將流化床浸涂法和靜電粉末噴涂法相結(jié)合的涂裝工藝。工件不用預(yù)熱，粉末利用率高，易實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

       （5）真空吸引涂裝法：

       該方法適用于噴涂小口徑管道。

       （6）電場云涂裝法：

       這是最新開發(fā)的一種涂裝工藝，也屬靜電噴涂，它用瞳定的噴嘴和平行排列的電極代替了通常的活動式噴槍。經(jīng)壓縮空氣吹出的粉末被送入電極空間，通過電暈針產(chǎn)生的離子而使之帶電，這就是電場云。接地工件進入電場云，在電暈針和工件之間形成電場，使帶電粉末吸附到工件上，然后通過加熱固化完成涂裝。該法最大的優(yōu)點是上粉率可達95%，比一般靜電噴涂法節(jié)省1/3-1/2粉末，涂層致密平整；現(xiàn)已型發(fā)用于pcm(預(yù)涂鋼板)的生產(chǎn)流水線涂裝。

       2、靜電噴涂原理和種類

       （1）高壓靜電噴涂：

       主要采用電暈放電式靜電粉末噴槍系統(tǒng)來完成粉末噴涂。該系統(tǒng)包括：1)高壓靜電發(fā)生器(由高頻變壓器和升壓回路組成)：2)電暈放電電極(由針狀電極和環(huán)狀電極組成)：3)噴束調(diào)節(jié)器：4)空氣和粉末輸送管路等。隨著噴涂技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，現(xiàn)已能將高壓靜電發(fā)生器裝在噴槍內(nèi)部。接通低壓電源，經(jīng)多段升壓器轉(zhuǎn)換成高壓電，施加到噴槍端部的電暈放電電極或環(huán)狀電極上，使電極周圍的空氣離子化，并與接地的工件(一般為陽極.帶正電)之間形成電場。粉末涂料由壓縮空氣輸送到噴槍前端.霧化噴出，粉末穿過電場時將帶上負(fù)電荷，在電場力(靜電引力)和壓縮空氣的作用下飛向工件表面，并吸附在工件上。

       （2）摩擦靜電噴涂：

       摩擦靜電噴涂的主要原理是兩種不同的非導(dǎo)體在相互摩擦?xí)r產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷，使導(dǎo)體帶上靜電荷。在粉末涂裝工藝中主要采用聚四氟乙烯(ptfe)作為摩擦材料，置于噴槍內(nèi)壁，當(dāng)粉末隨著壓縮空氣進入噴管后，由于快速運動而與ptfe劇烈摩擦，粉末與ptfe性能差別很大，從而使粉末粒子帶上正電荷，在氣流的推力下飛向工件(由于接地而作為陰極)，吸附在工件表面，然后經(jīng)烘烤固化。

       3、影響粉末噴涂效率的因素

       粉末噴涂的效率有賴于完善的噴涂設(shè)備，“工欲善其事，必先利其器”：先進的設(shè)備和良好的管理是完成噴涂的先決條件，這里我們先不做討論。

表1 影響粉末噴涂效率的各項因素

       曾經(jīng)一度很多專家都考察過國內(nèi)數(shù)十家中小型粉末生產(chǎn)廠，據(jù)專家描述：它們供應(yīng)的粉末產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，但都有一個突出的問題——即粉末流動性差，噴涂時粉末一次上粉率很低，回收量大，噴涂效率不易提高。與此相反，一些大企業(yè)如杜邦華佳、阿克蘇、諾貝爾、ppg等，它們提供的粉末流動性好，上粉率高，具有明顯的優(yōu)勢。
       那按照粉末生產(chǎn)工藝來分析，國內(nèi)小粉末廠主要在三個方面與這些大企業(yè)存在差距：1)設(shè)備：2)生產(chǎn)工藝：3)檢測手段。
       （2）什么是流動性好的粉末?
       流動性好的粉末涂料在使用過程中易于流化，粉體疏松，有流水般的效果，從供粉桶至噴槍的粉末傳送輕便，且粉末的霧化效果好，沒有結(jié)團或吐粉現(xiàn)象。我們曾經(jīng)用激光粒徑分析儀和電子顯微鏡對眾多廠家的粉末涂料進行檢測和觀察，從中發(fā)現(xiàn)了一些規(guī)律性的現(xiàn)象，簡單歸納如表2。

表2 粉末粒子分析比較表

       根據(jù)經(jīng)驗，生產(chǎn)流動性好的粉末必須注重三點：1)低溫粉碎：2)后混流動助劑：3)控制粉末粒徑分布：下面將逐一分析。
       （3）提高粉末流動性的措施
       ①低溫粉碎
       粉末涂料的主要成份是樹脂。粉末涂料用樹脂的分子量較低，一般只有幾千，軟化點平均低于120℃.環(huán)氧樹脂僅為95℃左右，而玻璃化溫度(tg)則更低，一般在60"c左右。
       現(xiàn)在粉碎粉末涂料絕大多數(shù)采用acm磨，粉末的粉碎與分級同時進行，因有大量空氣通過磨腔，所以物料和磨體升溫幅度小。但在實際使用過程中我們發(fā)現(xiàn)，設(shè)備長時間運轉(zhuǎn)或在炎熱的夏季，粉末的生產(chǎn)效率明顯下降，粉末從篩網(wǎng)出來的溫度偏高，立即包裝后會有松散的結(jié)塊產(chǎn)生，影響正常使用。這樣的粉在電子顯微鏡下觀察，就會出現(xiàn)表2所說的現(xiàn)象，如粉末形狀不規(guī)則，許多粒子呈鋸齒狀等。
       國產(chǎn)acm磨進風(fēng)口很短，空氣沒有經(jīng)過處理直接進入磨體，而國外acm磨的進風(fēng)口很長，且空氣進入磨體前經(jīng)過冷卻處理，一般在15℃以下，能保證磨出來的粉溫度不超過25℃，遠低于粉末的tg點。
       建議國內(nèi)制粉設(shè)備廠改進進風(fēng)管，加裝冷凍裝置。粉末廠則可在acm磨進風(fēng)口處加裝冷卻空調(diào)或?qū)Ｓ美滹L(fēng)機。有許多粉末廠已采用這種方法，效果很好。粉末廠在條件許可的情況下，應(yīng)讓擠出機出來的半成品盡量冷透，不要立即粉碎。
       ② 后混流動助劑
       粉末涂料本身很細，通常顆粒粒徑以微米(um)為單位來衡量。粒度分布呈正態(tài)分布的粉末，大都有一定的流動性。但粉末自身的流動性很弱，要提高其流動性應(yīng)在擠出和粉碎的同時加入氣相二氧化硅。
       加有一定量氣相二氧化硅的粉末涂料在電子顯微鏡下觀察，其粉末顆粒之間不粘連，顆粒感強。原因在于粉末粒子之間漂浮或者流動有粒徑更細，比重更小的膠體狀二氧化硅微粒。
       常用的氣相二氧化硅有美國卡博特(cabot)的m-5.eh-5和德國迪高莎(degussa)的aerosil200和aerosil972。這些產(chǎn)品的具體技術(shù)指標(biāo)見表3和表4。

       表3 卡博特氣相二氧化硅的特性參數(shù) 性能代號 m-5 h-5 hs-5 eh-5

       表4 迪高莎氣相二氧化硅的特性參數(shù) 性能代號 aerosil 200 aerosil 300 aer

       氣相二氧化硅是四氯化硅通過火焰水解法而得的極細的無定型二氧化硅，為球狀微粒，平均粒徑7～40nm。氣相二氧化硅按極性可分為親水性和疏水性兩類，其中疏水性二氧化硅對改善粉末涂料的工藝應(yīng)用性很有利，通常在粉碎時添加粉末總量0.1%～0.2%的氣相二氧化硅即有理想的效果。如此少的氣相二氧化硅對粉末涂料成膜和固化過程中的流動性幾乎沒有不利影響，有時候還能增加涂膜的邊緣包覆能力。但物極必反，過多加入氣相二氧化硅將產(chǎn)生不利的作用。從氣相二氧化硅的一些物理指標(biāo)看(可參見表3和表4)，膠體狀的氣相二氧化硅非常細微，以納米來衡量其直徑，具有極強的飛散性，比表面積特別大，很容易飄浮。所以如何準(zhǔn)確而定量地將氣相二氧化硅加入粉碎機，并與粉末一起粉碎過篩，是一件很困難的工作。
       針對國內(nèi)粉末廠的許多實際情況，這里列出3種使用方法供大家參考。
       (1)若僅生產(chǎn)少量的粉末(如幾十或一二百公斤)，可將預(yù)先計算并稱量的氣相二氧化硅和粉末半成品機械混合——手工或機器攪拌，然后再進行粉碎。
       (2)在粉碎機進料段加開進料口，用專門的氣相二氧化硅加料機定量地將二氧化硅加入，完成與擠出半成品的共同粉碎。
       (3)在acm磨的空氣進風(fēng)口罩上加開進料口，利用負(fù)壓，將從氣相二氧化硅供料機中輸出的二氧化硅吸進磨腔里，與擠出半成品一起粉碎。
       控制粉末粒徑分布
       粉末的粗細從宏觀角度考慮應(yīng)是一個統(tǒng)計學(xué)概念，因為成品粉末一定是由粗粉、細粉、以及介于粗粉和細粉之間的粉末構(gòu)成的。粉末粒徑以微米(um)為統(tǒng)計單位，早先采用篩分法進行測定。即稱取一定質(zhì)量的粉末，經(jīng)過疊加在一起的不同粒徑的篩網(wǎng)，統(tǒng)計通過各層篩網(wǎng)的粉末質(zhì)量，以此來表述該粉末的粒徑分布狀況。篩分法很費時，每次測試至少要耗時一刻鐘，重復(fù)性差，數(shù)據(jù)波動大，現(xiàn)在粉末行業(yè)已不再推薦使用。
       隨著技術(shù)的進步，激光衍射粒度分析法已日臻成熟，在國外很早即被用來測試粉末涂料的粒徑分布。激光衍射粒度分析法快速方便，可在線檢測，通常完整測試一個樣品粉僅需2～3min，并能在一個圖表中表述一組或幾組重要參數(shù)和粒徑分布曲線圖，非常直觀。
       粉末的粒徑分布理論上應(yīng)呈正態(tài)分布(即高斯曲線)，反映在圖上就是在某個中心點兩側(cè)粉末的粒徑均勻地減少或增大，在中心點處峰值明顯，而且必須是單峰分布。通俗地講，粉末的粒子大小應(yīng)盡量集中在平均粒徑周圍，過粗和過細的粉末粒子都應(yīng)很少。
       粉末的粒徑分布從測試圖表上來分析應(yīng)注重以下幾點。
       (1)平均粒徑一般以dv 50表示，這是一個統(tǒng)計概念.即將粉末都看成是一個個直徑相等的圓球，其直徑的數(shù)值以微米(um)為計量單位。
       (2)細粉含量也是一個統(tǒng)計數(shù)字，意思是小于某個粒徑的粉末的累計體積占整個粉末粒子體積的百分比，主要考慮小于10um粒子的百分含量。
       (3)粗粉含量同樣是統(tǒng)計數(shù)字，與細粉含量相對應(yīng)，主要考慮大于90um粒子的粉末含量
       (4)圖形分布狀況，須觀察是單峰還是雙峰，峰形高聳還是平坦等。
       根據(jù)實際經(jīng)驗，這里提供常規(guī)粉末的粒徑分布參數(shù)。
       (1)高壓靜電噴槍用粉末：dv50=35～38um。小于10um的細粉<8%，大于90um的粗粉<3%。
       (2)摩擦槍用粉末：dv50=40～45um，<10um的細粉含量<6%，<70 um的粗粉含量>90%。
       (3)流化床用粉末：dv50一般在50～60um。<10um的、細粉含量<4%，>170um的粗粉含量<3%。
       粉末涂料的噴涂性與細粉含量有很大的關(guān)系，細粉(尤其是<5um的超細粉)的帶電性能非常差，有時干脆就無法帶上電荷。所以這一部分粉末通常會進入回收系統(tǒng)而成為直接的損耗。
       曾經(jīng)測試過許多家小型粉廠的粉末.絕大多數(shù)粉末粒徑偏細。平均粒徑多在25～32um，<10um的細粉大多在15%左右，而>75um的粗粉又偏少。
       過細的粉末流動性很差，超細粉含量高則粉末帶電性弱，回收粉量高，粉末利用率降低，噴涂速度也不易提高。相對于高壓靜電粉末，摩擦槍用粉末更應(yīng)注重粒徑控制，這是因為在摩擦槍中，粉末要帶上足夠的正電荷，粉末粒子必須以一定的速度與槍管內(nèi)壁的聚四氟乙烯材料劇烈摩擦。如果粉末粒子太細，與管內(nèi)壁相摩擦的面積就過小，不足以產(chǎn)生和保持足夠的正電荷，摩擦帶電噴涂系統(tǒng)中，噴槍和工件之間沒有靜電場，粉末要沉積到工件上，主要依靠粉末摩擦所帶的電荷量，粉末帶電量小，靜電吸引力低，粉末不易吸附到工件上。經(jīng)實踐觀察，<5pm的粉末粒子通常在摩擦槍噴涂系統(tǒng)中無法使用。用于摩擦槍的粉末必須盡量干燥，濕度影響粉末的摩擦帶電性。
       在生產(chǎn)摩擦槍用粉末涂料時，流動助劑應(yīng)選用氣相法氧化鋁。它可增加摩擦帶電性。