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粉末静电喷涂工艺技术介绍及操作流程

来源: 时间:2016/8/9 17:13:29

粉末涂料是一种粉状不含液态溶剂及稀释剂的新型涂装材料。由于其高装饰、重防腐性、粉末可回收利用,无有机溶剂对环境的污染等特点决定了其广泛的应用空间。

一、粉末涂料的优越性

    粉末涂料是一种粉状不含液态溶剂及稀释剂的新型涂装材料。由于其高装饰、重防腐性、粉末可回收利用,无有机溶剂对环境的污染等特点决定了其广泛的应用空间。
    粉末涂料施工与传统的油漆施工相比较,有如下优点:
1、粉末涂料是一种不含溶剂的涂料,这就决定了不需要把主要成膜物质及辅助成膜的物质、添充料及颜料都溶于有机溶剂中,解决了某些有机溶剂无法溶解的高分子成膜物质均可作为涂料使用的难题。而许多难被溶剂溶解的高分子物质却是防腐及装饰性涂料必可少的中坚力量。
2、粉末涂料因不含易挥发的有机溶剂,不易燃烧爆炸,只要防止粉尘积聚过多就可解决着火爆炸的隐患,这一点油漆等易燃的溶剂性涂料却无法克服。
3、由于粉末涂料本身不含有机溶剂,施工操作及制粉过程中无刺激性气味,不但可防止环境被污染和破坏,而且对操作者本人的身心健康大为有益。
4、油漆类液态涂料施工过程中的利用率仅达到50%—60%。而粉末涂料一次上粉率约为70%—80%(受工件形状等因素影响),其余粉末可二次回收利用,利用率在90%—98%
5、油漆类液态涂料施工过程中必须加入30%—50%的稀释剂,而这些稀释剂的作用只是调整粘稠度,并不是固化成膜的必须成份,回化过程中又挥发掉了。不但污染环境,而且做了大量无用功,浪费了原料,提高了生产成本;粉末涂料施工过程中则根本不需要这类稀释剂。
6、油漆类液态涂料的厚度一般为15—30μm,而粉末涂料一次涂装便可达到60—150μm之间,可一次涂装达到要求厚度,减少劳动强度,适合自动化流水线生产操作。
7、粉末涂料固化后的外观丰满度高,色泽柔和,令油漆类液态涂料经固化后的外观效果望尘莫及。
8、粉末涂料由于不含溶剂,固化过程中不易形成针孔和气泡,而液态涂料由于存在挥发性溶剂和稀释剂,固化过程中易生成针孔和气泡。
9、粉末涂料便于运输,不会渗漏和挥发,而液态涂料运输则很不方便,易渗漏和挥发,甚至可能燃烧爆炸。
10、粉末涂料的防腐装饰性好,生产综合成本低,油漆类液态涂料则无法与之相媲美。
    正是由于上述诸多液态涂料所不具备的优点,粉末涂料在近二十年来在中国大地呈现欣欣向荣、蒸蒸日上的局面。但从科学的角度去分析,任何事物都有优点也有不足之处。粉末涂料在使用过程中仍存在换色困难、生产设备复杂、必须高温固化等缺点。这正是从事涂装行业的广大同仁需通过不断努力攻克的难题。
    粉末涂料真正应用到工业和生产中在我国只有二十几年的历史,目前在生产工艺和施工应用方面均已趋于成熟。进入八十年代后期,在国内和国外掀起了一股粉末热,尤其在我国,近几年的粉末涂料年增长率曾超过25%,这在涂料史上是罕见的。国外先进工业国家由于起步早,基础好,目前以年增长率10—15%的速度增长。两相比较,我国有着广阔的市场需求。就目前市场产品,大到冰箱、洗衣机、防盗门,小到五金制品,无一不与静电粉末喷涂有着不解之源。这足以预示我国粉末涂料行业发展的灿烂前景。
二、喷涂施工过程中的主要设备及性能
    静电粉末喷涂是将粉末涂料在压缩空气作用下雾化得细而均匀,凭借高压电场的作用均匀地吸附于金属工件表面,高温固化成膜的一种先进的涂装工艺。由法国Sames公司于1962年最先研制成功,1965年随着英、法、德、美、日等国相继推出成套静电粉末喷涂设备,在工业生产中达到了广泛的应用。
    粉末静电喷涂属涂装后处理,必须在工件进行了严格前处理(除油、除锈、磷化)后进行,工件表面无油、无锈、无飞扬的尘土,无挂灰现象,且绝对不允许有高温(180—200℃)易分解的产物存在。尽可能采用喷砂或锌系磷化(铁系磷化效果很差),不允许除油除锈后,直接用亚硝酸盐等钝化防锈即进行静电粉末喷涂,易导致涂层附着力不好及大面积脱落现象,这一点在许多厂家曾有过沉痛的教训。
    静电粉末喷涂所需的主要设备有:
⑴喷涂主机(含高压发生器、喷枪、供粉桶、控制系统一套);
⑵喷室
⑶ 回收装置
⑷ 输送系统(含输送链及运货车等)
⑸ 固化装置(含自动控温装置及通风装置)
⑹空气压缩机(含油水分离系统)。
下面就各设备的主要作用及重要参数简单介绍如下:
1.喷涂主机
    市场上使用的喷涂主机有的是分散型的,有的则结合在一起。无论采用什么方式,作用是相同的:使粉末涂料雾化均匀,吸附于金属工件表面。高压静电发生器主要作用是产生高压电荷,与零电位的工件产生电位差,形成粉末涂料微粒吸附的主要动力。一般高压发生器输入电压为220V(也有输入24V36V的)经过多次高频振荡,倍压放大,输出电压可高达50—100KV,但正常条件下(非短路状态)输出电流只有10—20uA,对人体无损伤作用。正常工作时将喷枪高压调整到45—50KV即可使粉末涂料良好吸附(工件悬挂装置应接地良好,R≤4欧姆),如第二次补喷,电压可调到60—70KV(或预热工件后喷涂),否则不易上粉。
    喷枪是粉末涂料由供粉桶到达工件的关键部件,枪体必须绝缘性能良好,工作时工件离喷头的距离应保持在120—180mm之间为易,根据不同工件要选择不同的喷粉扩散体固定于枪头上达到雾化均匀。如果距离工件太近易短路打火,造成涂层表面有击穿点,影响涂装效果;距离太远不易吸附上粉。喷涂时一定要保持枪与工件平面垂直,前后移动速度均匀,速度为0.1/秒左右,上下间距不留空档,不过喷和漏喷。输粉管路一般长3—5米,高压电缆线应绝缘良好,不可相互对接。生产过程中操作工应穿导电鞋,禁止下垫绝缘板操作。
    供粉桶是影响粉末喷涂过程中出粉量及雾化的主要设备。一般市场上多采用流化沸腾式供粉桶,生产前一般要装入粉末涂料达桶容积的三分之二,调整沸腾气压(又叫流化气压)一般在0.05—0.08Mpa,调整供粉气压0.08—0.12Mpa,使供粉量一般在80—150g/min之间,(根据工人熟练程度和工件形状及难易吸附而定)。如果在供粉桶中添加回收粉,一定要过180目的筛后添加,添加比例按一份回收份和三份新粉混合为易。停产时一定要将供粉桶中粉末涂料清理干净,防止粉末受潮或微孔板受潮堵塞。控制系统主要包括电磁阀和减压阀等,通过枪柄开关控制供粉量及空气的通和断。
2.喷室
    喷室是让工件在其内接受表面涂装的主要设备,要求其高低及开口易于工件进出及生产工人的操作,开口越少越好。
3.回收装置
    目前市场上的回收装置一般有两种,老式的传统回收分一级回收和二级回收;一级回收即旋风式回收,通过旋风除尘器回收,在底部留下大量回收粉,把含粉的空气排入二次回收装置。二次回收装置由滤袋和振打装置组成,把空气通过滤袋壁排出,超细粉(只有很少量,约占2—5%)留在滤袋底部。老式回收装置存在占地面积大,清理及换粉困难的不足之处。
    新式回收装置是在老式回收装置的基础上改进而成的。把二次回收和一次回收返过来使用,让含粉的空气抽到滤袋或芯壁上,抽走空气留下回收粉(留到了喷室内),每隔二至三分钟靠反脉冲装置形成气流反吹并在几秒中完成,使吸附于滤袋或滤芯上的粉末震落到喷室中,然后重复其初的工作状态。脉冲反吹时几个滤芯交替进行,才不会使粉尘外溢。目前的滤芯大都用纸做成,外涂有机树脂,表面光滑,不易粘粉,滤纸强度大,透气性好,外有金属网保护,可长期使用。
    无论采取何种方式回收,均必须保证室内粉尘不外溢为宗旨,一般喷室内应形成0.05—0.09Mpa左右的负压,喷室开口处空气流速应控制在0.5—0.6m/秒,才能达到这一目的。
4.输送系统
    输送系统主要包括输送链和运货车等。大型自动化喷涂生产线采用悬挂式输送链较多,直接将工件送到喷室,喷涂完成后直接送到固化炉内,操作工人只负责挂货、卸货。这类输送链要求调好电机转速,达到固化时间20分钟,同时在喷涂时有足够的时间。输送链润滑良好传输平稳是保证有良好涂层的关键,必须采用耐高温润滑剂(二硫化钼或耐高温钙基润滑脂),小型生产线常采用手动操作,喷涂后挂于运货小车上推入固化炉。此时运货小车要求运输平稳,推动方便,高低适合于悬挂工件即可。
5.固化装置
    目前静电粉末喷涂采用的固化装置从结构上分有窑洞式和隧道式两种,隧道式固化炉适宜于批量大、品种固定而单一的产品。配备自动输送链,产量大,能耗高,适宜于连续式不间断生产,而窑洞式固化炉正好与此相反,故很受中小型个体企业喜爱。从热能源上又分为燃油式、燃煤式、电热式。燃油式及燃煤式烤箱控制不精确,但生产成本低,燃煤式烤箱成本约是电热式的十分之一,只适合于个体企业的涂装工件,自动化程度低:燃油式烤箱一次性投资设备较贵重,需要燃油器、散热管等。电热式固化炉由于易控温而广泛使用。电热式加温的加温源分为电阻丝、远红外碳化硅扳、石英加热管、低碳钢加热管等。采用远红外加温:要比传统的电阻丝加温节省能源,缩短加热时间,降低生产成本,因而更受欢迎。
    目前为了节省能源,降低生产成本,固化炉中用电阻丝加温已逐渐减少,广泛采用红外线或远红外线加温措施。采用碳化硅远红外加热板,加热迅速,但般每块板功率都在1-2KW,热量太集中,易出观局部烤黄观象,因电负荷大,接线头常易烧断。碳化硅板反复升温,降温易破裂,且升温滞后,热容量较大:石英远红外电热管热量不集中,升温迅速,自身热容量小,恒温断电后缓冲能力低,且外观透明,便于观察工作状况及时维修,但易破碎是最大的美中不足,应十分注意工件掉下砸伤引起短路连电的可能性,必须有保护网;低碳钢远红外加热管热容量较石英管大,前期升温较石英管缓慢,恒温断电后缓冲能力比石英管人,恒温周期长,自身强度好,在市场上有广泛的应用。
    一般静电粉末涂料要求180℃±5℃的环境中,固化20分钟才能达到充分固化的目的。固化炉中为了保持温度均匀一般还要有热风循环装置。热风循环装置一般应该在固化炉中温度高于150℃时才开始循环。固化炉一般配有自动控温仪,自动计时仪和到时报警装置(通过式固化炉只配有自动恒温装置,靠输送链运行速度确定固化时间)。对于厚壁工件或铸铁工件,由于其热容量大,必须适当升高固化温度才能达到正常的固化效果(铸铁件一般在预热至200℃,喷塑固化时采用190---210℃左右,约30分钟的固化条件)
6.空气压缩机
    空压机是产生压缩空气的唯设施,双枪喷涂要选择气量为0.76m3min或更大的空压机。产生的压缩空气输出气压04--06Mpa为易。要求必须有空气净化系统(又名油水分离器),非常洁净的空气是保证涂料均匀雾化、涂层优良的重要一环。
三、粉末涂料固化温度及时间固素
    塑粉的固化过程是一个化学交联成膜的过程,环氧聚酯混合型粉末涂料的理想固化条件是:180℃,20min(也有其它固化条件的塑粉,参看其说明书)
    如果固化温度太高,且时间偏长,会出现涂层老化现象,白色的涂层老化后会泛黄。如果固化炉设计不合适,温差太大,还会出现局部烤黄的观象;此时,应增加热风循环系统,并调整炉温在合适范围。一般涂层老化后发脆。有一些厂家升温时间太长,由室温升到180℃需2-3小时,到180℃后恒温20分钟,这样也容易过度固化,应使烤箱密封保温,升温时间在20-40分钟为易。并使内部热空气相互对流,温度均匀。
    采用远红外加热管升温时,应注意工件同加热管的距离(不应小于200mm),如果场地限制距离太近,白色涂层易烘烤过度而返黄,可在工件与加温管之间加一块铁板(厚度1.5-2mm),钢板上打孔,这样可减少烤黄的可能。
    对于固化温度太低或时间太短的涂层,则交联成膜不彻底,涂层附着力差,对于亚光、无光粉末则表现在光泽太高,附着力差。出现此类问题,只需再次合理固化即可得到合格产品。
四、操作熟练程度的影响
    操作工人的熟练程度也是影响涂层外观质量及喷涂面积的一个重要因素。
    手工操作一般在不漏底的前提下涂层厚度应控制在80-90μm为易。喷涂操作时应始终保持与工件呈垂直状态。左右平移速度均匀,上下间距适中,不过喷不漏喷,开枪后一至两秒钟不对准喷涂部件,让出粉均匀后再开始喷涂(有少量喷枪刚开枪时有吐粉现象)
    对于铁丝及细条型、管形工件应让出粉量小一些,枪移动速度慢一些,一般平移速度80—120mm/秒。而对于铁皮状工件,因上粉率高,可把出粉量调大一些,同时让枪移动的快一些,这些措施都是保证上粉率高、回收粉少的有效手段。
五、与前处理的配套使用
    金属工件的涂装,前处理的效果非常关键,前处理是指涂装前将金属表面的油、锈(氧化皮)完全除去,并生成一种与涂层有良好结合力的磷化膜的综合过程。
    针对铁皮制品,要么涂有一层防锈油并附着很多灰尘(冷板),要么氧化皮严重,如果不处理干净进行涂装就如同高楼大厦建于沙滩之上,后果可想而知!
    处理不干净,不但严重影响附着力,而且表面吸附塑粉量下降,表面流平性很差,因此要做好前处理工作。对于表面有坑的局部,还要涂导电腻子并自然干燥或中温(100—120℃)烘干然后砂纸打磨至表面平整状态进行涂装处理。
    抛丸后要清擦表面附灰(不可用潮湿布清理),对有坑的局部,表面还要涂导电腻子并自然干燥或中温烘干(100-120℃ 30分)然后砂布打磨至表面平整状态进行涂装处理。
六、涂装过程中常见弊病及解决对策
    粉末涂装是近代涂装工业领域的一项新技术、新工艺,也是我国重点推广的新技术之一,应用于家电产品及其它领域,优越性十分明显。粉末涂装是高防护、高装饰的涂装方法,要得到满意的涂装效果,就必须对影响涂装效果的因素加以控制。作为粉末涂料的操作施工人员,如果对涂装过程中易产生的弊病知识了解不够,将无法生产出合格产品或一出现问题就手足无措、无从下手。
    在粉末涂装过程中,由于环境因素、涂装设备、操作工人因素及前处理效果的影响而导致的不合率达到80-90%,而粉末涂料自身因素只占10-20%,如果不能正确识别产生弊病的根源,很可能使生产无法正常进行,给企业带来重大的损失。根据这些年我在众多厂家指导生产的实践经验和体会,下面就粉末装过程中易出现的弊病及解决对策介绍如下,供生产操作人员参考使用。
1、涂层表面变色,涂层固化后与色板正常颜色有明显差别。

产 生 原 因

解 决 对 策

1、不同厂家或不同性质的粉末混杂使用

1、换粉时清干净,防止混色。

2、回收粉使用比例过大应调整比例

2、采用适宜的比例同新粉混合(一般一份回收粉同三份新粉混合不影响性能)

3、固化温度太低,没有充分固化和流平

3、调整合理的固化条件,无光或亚光的粉末固化不充分时,光泽明显偏高。

二、涂层固化后光泽改变

产 生 原 因

解 决 对 策

1、粉末涂料本身颜料不耐高温或树脂原料高温易变黄。

1、选用优质粉末涂料。

2、工件前处理质量差,有残留物。

2、前处理后擦干净,涂装前清擦杂物。

3、固化时间太长或固化温度太高,局部温度过高或离加温管太近。

3、选用适宜的固化温度和时间,固化炉增加热风循环,确保工件与热源的适宜距离

4、两种不同色泽或性质粉末混合了

4、换粉时要彻底清理供粉桶、回收系统、输粉管、喷枪、喷室等装置。

三、涂层表面有颗粒

产 生 原 因

解 决 对 策

1、制造粉末涂料时挤出温度太高,部分树脂已胶联固化。

1、选用优质粉末涂料。

2、粉末涂料受潮堆积结块,喷出时雾化不好。

2、改变库房条件,不使用过期塑粉,改造涂装设备。

3、工件涂装前表面有颗粒杂物。

3、涂装前清理干净。

4、涂层喷得太薄,基体轻微痴病难以覆盖

4、增加涂层厚度。

5、粉末中有大的颗粒,分离筛破损。

5、选用优质粉末涂料。

6、加入的回收粉太多且未过筛

6、加入的回收粉适宜且要过筛

四、涂层表面有气泡和缩孔

产 生 原 因

解 决 对 策

1、工件表面清洗不干净,有油污或水份未彻底干燥已进行涂装。

1、涂装前检查,确认没有杂物、油分或水分后进行。

2、采用压缩空气中油、水含量超标。

2、增加油水分离器,达到干燥压缩空气。

3、粉末涂料本身含水份超标或原材料不合格,挥发份超标。

3、选用优质粉末涂料。

4、象铸铁类工件本身材质疏松有孔

4、预热工件到200左右,再进行涂装。

5、喷枪距工件太近,造成电击穿孔。

5、采用适当距离(150-200mm)进行涂装。

6、粉末涂料本身流平性差

6、选用优质粉末涂料。

五、涂层表面桔皮严重(粉末涂层固化后只允许有轻微桔皮)

产 生 原 因

解 决 对 策

1、工件表面太粗糙,涂层流平困难。

1、用砂纸打磨等方法使表面细化,涂层适当厚些。

2、粉末粒度太粗。

2、选用优质粉末涂料。

3、粉末自身流平性差。

3、选用优质粉末涂料。

4、涂层太薄或太厚,太薄时呈肌状皱纹,太厚时显斑纹桔皮。

4、掌握出粉量及喷涂时间,保证适宜厚度(60-90μm

5、静电屏蔽,涂膜厚薄不均匀

5、改进喷枪,尽可能减少静电屏蔽区域或选用磨擦式喷枪

6、固化温度太低,未充分流平。

6、提高固化温度,延长流平时间110-135为熔融流平区域,这一区域应升温慢些,时间8-10分为易。

六、涂层附着力太差,达不到二级以上标准

产 生 原 因

解 决 对 策

1、磷化处理效果差,基体上有附灰等杂层

1、采用合格的磷化液,生成致致密均匀的磷化膜,涂装前清擦工件表面。

2、使用了简易的钝化处理(如NaNO2

2、采用合格的磷化工艺

3、除油不彻底,有加工硬化层未处理干净,生成磷化膜不连续。

3、加强除油、除锈、使磷化膜生成致密、均匀。

4、固化温度太低,未充分固化。

4、提高温度,充分固化。

七、工件上粉率差,吸附力不够,回收粉太多;

产 生 原 因

解 决 对 策

1、喷涂时电压调得太低。

1、电压调到适当值40-60KV

2、工件接地状况不好。

2、增设地线,使电阻不大于4殴姆。

3、高压发生器电阻太小,输出电流太大

3、增加电阻的阻值,达到40-80兆欧。

4、喷粉气压太大。

4、减小供粉气压。

5、挂钩绝缘,导电性太差

5、清理挂钩,使导电性良好。

6、喷枪离工件距离太远。

6、调整喷枪距离,达100-120mm

7、粉末性能差

7、选用优质粉末涂料。

八、喷枪及文丘里泵易堵塞

产 生 原 因

解 决 对 策

1、粉末涂料受潮,易结块,流动性及分散性变差。

1、加强库房及原料进厂管理,防止粉末涂料受潮结块。

2、压缩空气中含油、水成分太多。

2、增加油水分离器,确保得到干净纯洁的压缩空气。

3、加入的回收粉比例太大,回收粉末涂料中有纤维毛。

3、加入适量回收粉并同新粉混合,回收粉应严格过筛。

4、采用的供粉气压太小。

4、调整供粉气压至适量范围之内(0.08-0.12Mpa

九、涂层覆盖能力差

产 生 原 因

解 决 对 策

1、涂层太薄

1、应达到60-90μm,浅色粉易适当喷涂得厚些。

2、粉末涂料中填料太多,导致涂料本身覆盖能力低劣。

2、改用优质粉末涂料。

十、美太型粉末花纹太小或无花纹

产 生 原 因

解 决 对 策

1、涂层太薄,难以使浮化剂起到作用。

1、增加涂层厚度(100-150μm)。

2、气压太大,使有效成份难以形成花纹图案。

2、调节到适宜的供粉气压。

3、粉末涂料配方不合理,难以形成花纹

3、选用优质粉末涂料。

4、烤箱升温太慢,固化时间太长。

4、载货车未入烤箱前先预热箱到150缩短升温时间。

十一、喷涂工件边缘处涂层很薄或流挂严重

产 生 原 因

解 决 对 策

1、涂层厚度太薄(露底)或太厚(流挂)

1、改善喷涂速度及上粉量。

2、粉末涂料自身熔融状态时粘度及流平性不适宜。

2、改用优质粉末涂料。

十二、粉末涂料喷涂面积太小

产 生 原 因

解 决 对 策

1、设备回收效率太低,有大量粉尘外溢。

1、改善回收装置,增大抽风量。

2、简易的回收装置抽风量太大,许多粉末涂料排入到了空气中。

2、改善回收装置,减少抽风量。

3、操作工人不熟练,喷涂过厚。

3、提高喷涂操作水平不过度喷涂,确保涂层厚度适宜。

4、粉末涂料品质不好,加入填充料太多。

4、选用优质粉末涂料。

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