铝型材静电粉末喷涂生产控制及常见缺陷分析

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。

从图4可知，粉末涂料平均粒度分布在30~50μm之同时喷涂上粉率最佳。

我厂根据生产情况调整粉末粒度分布，一般粉末粒度为过180目筛，回收粉用量加入到新粉中不超过五分之一，以保证喷涂粉末中超细粉的含量不超标。

如果粉末中粗粉含量多，涂膜平整性不好；粉末中超细粉含量多，粉末流化不佳或根本流化不起来，影响到喷涂供粉量。

粉末电阻率对喷涂上粉率也有一定影响，为使粉末粒子在相同情况下得到良好的带电性，不同电阻率的粉末粒子所使用的静电压是不一样的。

图5为粉末粒子电阻率与喷涂静电压的关系。

从图5可知，粉末电阻率越高，使粉末良好带电所需的静电压就越低，它在型材表面越不易失去电荷，停留时间也就越长，从而提高上粉率，粉末电阻率1010~1012Ω.m为最佳值。

调整工件与喷嘴间距应根据型材的上粉情况而定，间距不能太近，以免型材碰落静电喷枪产生电火花，引起粉尘爆炸。

图6为喷涂间距与一次上粉率的变化关系。

从图6可知，在其它喷浍条件不变时，喷涂距离增大，一次上粉率会下降。

我厂控制工件与喷嘴间距为200-250mm。

悬挂在传送链上的型材要注意间距，不能装挂太密，以免影响喷涂效果。

喷涂生产时工作温度保持在20-30℃，相对湿度小于85％，因为相对湿度影响到粉末电阻率，进而影响粉末上粉率。

图7为相对湿度与粉末电阻率的关系。

从图7可知，相对湿度增加会使粉末电阻率急剧下降，严重的吸湿还使粉末结块而造成报废。

为保证静电喷粉工序质量，必须保持喷涂型材表面干燥、清洁，传送粉末的压缩空气无油、无水、干净。

此外，型材的接地电阻也影响喷涂上粉率，如果接地不良，喷涂型材自身蓄积由喷枪来的离子而带电，产生电离排斥现象，使上粉率下降，造成不能完全涂着，甚至喷涂不上。

1.5烘烤固化喷粉型材进入固化炉，通过加热烘烤使吸附在型材表面上的粉末熔融，排出粉末间隙中气体，逐渐流平、胶化、固化成膜。

固化工序工艺参数：烘烤温度(炉温)200℃，加热时间(从进炉到出炉)30min。

固化工序是粉末喷涂的重要工艺过程，建筑铝型材采用的是热固性聚酯粉末涂料，所需固化温度为180℃，时间20min。

我厂通过正交试验法优选最佳固化条件，确定炉温200℃，整个加温时间为30min。

图8为炉温测试仪检测型材表面温度变化曲线。

从图8可知，型材从进炉开始7min时间预热升温后表面达到固化温度，保持加min固化，在27min后开始出炉，整个加温时间30mln。

各个厂家固化炉设计不一样，要根据测试的温度变化曲线确定整个加温时阃，以保证预热温度和时间以及固化温度和时间达到要求。

后表面达到固化温度，保持加20min固化，在27min后开始出炉，整个加温时间30min。

各个厂家固化炉设计不一样，要根据测试的温度变化曲线确定整个加温时阃，以保证预热温度和时间以及固化温度和时间达到要求。

固化温度和时间必须保证涂料熔化并实现交联固化。

温度过高、时问过长，将会引起涂层流挂、颜色变黄、光泽度有偏差，造成涂层抗蚀性、抗冲击性等物化特性差。

温度过低或时间不足，粉末涂料不能完全固化，将导致表面涂层发脆、不平、机械强度差，甚至附着不牢有脱落。

所以控制好固化温度和时间很关键，要根据生产实际情况确立一个最佳工艺范围。

预热升温速度对涂层质量有一定影响。

预热升温速度过快引起涂层流挂，升温速度过慢则引起涂层流平不佳有桔皮现象，而且涂层附着力、抗冲击性等物化特性差。

在生产周期内，需每月记录一次加热温度变化曲线，及时调整到最佳范围。

2、粉末喷涂铝型材表面涂层的质量要求2.1涂层性能根据国家标准GB／T5237.4--2000的要求，喷涂型材涂层性能应符合表2的要求。

2.2外观质量喷粉型材装饰面上的涂层应平请、均匀，不允许有皱纹、流痕、严重桔皮、凹腔、凸起、针孔、气泡、裂纹、发粘、露底等缺陷存在。

同一批次型材颜色和光泽要一致，不能有色差。

有色板封样规定的，要做到与合同规定标准色板一致。

3、常见缺陷分析及解决办法(1)粉末上粉率低产生的主要原因有：静电高压不正确，粉末输送速度过快产生反弹，耢末粒度分布不佳，型材接地不良。

解决办法：调整静电压最佳值，凋节供粉气压、雾化气压适当，调整粉末粒度分布，调整静电系统参数。

(2)对凹腔和空隙喷涂穿透力不够产生的原因有：粉末供粉速度过快产生粉末反弹，所用喷嘴类型不对产生静电屏蔽，型材接地不良。

解决办法：调整静电压适度，调小供粉气压以使送粉速度适当，调整喷嘴，用手动喷枪补粉，测量接地电阻，调整静电系统参数。

(3)粉仓内流化不佳产生的原因有：粉末过细或潮湿，流化气压不足，流化空气含有油和水。