影響粉末涂料上粉率因素的探討

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    劉宏(湖南化工職業技術學院)

    劉正堯(北京佳榮邦德化工新材料有限公司)

    【摘要】介紹了粉末涂料靜電噴涂原理,分析了影響粉末上粉率的因素,并提出提高上粉率的工藝條件。

    【關鍵詞】粉末涂料;上粉率;工藝參數;靜電噴涂;因素

    粉末涂料具有較高的生產效率、優異的涂膜性能、良好的生態環保性和突出的經濟性等特點,受到世界廣泛重視。粉末涂料每年以10%以上的速度增長,尤其是我國20世紀90年代后期,涌現了許多的粉末涂料生產廠家。粉末涂料的使用廠家在確保粉末涂膜的外觀、機械性能等前提下,最關心的問題是單位型材耗費粉末涂料的量,也就是生產成本問題,因而粉末涂料的上粉率成了生產廠家和使用廠家共同關心的問題。

    1、粉末涂料靜電噴涂原理

    粉末涂料靜電噴涂就是利用高壓靜電電暈電場的原理,在噴槍頭部金屬噴杯和極針接上高壓負極(一般為60~100kV),被噴涂工件接地形成正極,使噴槍和工件之間形成一個較強的靜電場。作為運載氣體的壓縮空氣,將粉末涂料從供粉桶經粉管送到噴槍的噴杯和極針時,由于它接上高壓負極產生電暈放電,在其附近產生了密集的負電荷,使粉末帶上負電荷進入了電場強度很高的靜電場,在靜電力和運載氣體推動力的雙重作用下,粉末均勻地飛向接地工件表面形成厚薄均勻的粉層,再加熱固化轉化為涂膜。

    粉末涂料的上粉率,一般是指粉末噴涂覆蓋效率,從噴涂機理可知,靜電噴涂的主要吸附力是靜電力,粉末上粉率的高低,主要取決于粉末顆粒帶電的多少。根據庫侖定律,在一定時間里,粉末涂料顆粒的帶電量有如下關系：

    因此,提高粉末微粒的帶電能力,可以提高粉末涂料的上粉率。

    2、影響粉末涂料上粉率因素

    2.1粉末粒徑

    從(1)式可知粉末的帶電量與粉末粒徑的平方成正比增大粉末的粒徑粉末的帶電量增加，上粉率提高，反之,減小粉末粒徑,降低粉末的帶電量,粉末的上粉率下降。因此,在粉末涂料生產過程中,應盡可能減少小粒徑粉末涂料(10μm);但是,粉末的粒徑也不能太大,粒徑太大,涂膜的外觀質量下降,桔皮嚴重,還有可能因為大顆粒粉末的重力超過空氣動力和靜電力,粉末涂料在飛行過程中由于重力作用未達到工件表面就已經落下,反而使上粉率降低。因此,控制粉末粒徑,是控制粉末涂料質量的關鍵問題之一。圖1為環氧-聚酯混合型CH-08粉末涂料的粒徑分布圖,采用激光粒徑分布儀檢測,噴涂效果很好,上粉率高。

    從圖1中可以看出:適合靜電噴涂的粉末涂料,其粒徑控制在20~90μm較適宜。

2.2介電常數

    從(1)式可以看出:粉末的帶電量與粉末的介電常數成正比。選擇介電常數較高的涂料組分,能增加粉末粒子的帶電量,使粉末吸附力大大提高,上粉率增加。

    2.2.1涂料配方

    粉末涂料主要是由環氧粉末、聚酯粉末等高分子化合物組成,這些高分子化合物均有較高的介電常數,因而其庫侖力(靜電力)較大,上粉率較高。但是由于其價格較貴,有些粉末生產廠家為了市場競爭的需要,降低原材料成本,過多添加填料,降低顏基比,使粉末的上粉率大大降低。表1為CH-08粉末涂料的配方,經過幾年的生產檢驗,使用效果好,上粉率高。

    2.2.2粉末涂料的使用、貯藏條件

    粉末涂料與溶劑型涂料相比,涂膜容易出現輕微桔皮。因而,許多粉末涂料生產廠家為了追求工件表面的光滑平整,在允許的粉末粒徑范圍內,盡量降低粉末涂料的粒徑,使其流平性增加,達到較好的涂膜效果。但是粉末越細,越容易吸潮。粉末涂料的吸濕性(含水量)直接影響粉末的介電常數。輕微吸濕將影響其帶電性能,降低粉末的上粉率,影響粉末的流動性、成膜性能等,從而使涂膜不平滑,甚至難以在工件上吸附,涂膜會產生氣泡和針孔及噴槍堵槍等弊病;粉末嚴重吸濕則將結團,無法進行靜電噴涂。因此,為提高粉末的上粉率,可以采取如下措施:(1)壓縮空氣凈化系統,經過二級過濾吸濕裝置,使壓縮空氣的含水量盡可能降低才能使用;(2)注意粉末噴涂現場的空氣相對濕度,相對濕度每變化30%,就相當于粉末的電阻率變化2個數量級。尤其在南方相對濕度較大的地區,有條件的廠家建議在噴粉房裝上除濕空調;(3)庫房保持空氣流通,粉末涂料包裝箱需放在隔離地面的木板上,堆放高度不超過4層。

    2.3噴涂工藝條件

    2.3.1靜電壓

    由式(1)可知:粉末涂料的帶電量與電場強度E成正比,因此增加靜電壓,增加粉末的帶電量,有利于粉末上粉率的提高。通過生產測試,靜電壓與粉末的附著力的關系見圖2。

    從圖2中可以看出,粉末的附著力隨靜電壓的增加迅速升高,當達到90kV后附著力變化不明顯,因此生產中噴粉電壓控制在60~90kV較適宜。

    2.3.2噴槍與工件的距離

    在靜電壓確定的情況下,電場強度與極間距離成反比。當噴槍與工件間距離過短時,會產生火花放電;距離太遠,則粉末的上粉率將降低。噴槍距離與擊穿電壓的關系如圖3,從圖中可以看出:當靜電壓控制在60~90kV時,靜電噴涂距離在250~350mm之間較適宜。

    3、結語

    粉末上粉率是由多種因素決定的一個技術指標,粉末噴涂過程中不只是一個固定參數,各個廠家都有各自的企業標準。除上面所討論的幾個主要因素外,還有一些其它因素,如噴涂工件表面形狀、噴槍的類型、回收系統性能等,都將影響粉末的上粉率,需要在生產中不斷探索與研究。（來源：全球涂料網）（更多資訊請登錄：全球涂料網 http://www.soutuliao.com/）