【摘要】介绍了粉末涂料静电喷涂原理,分析了影响粉末上粉率的因素,并提出提高上粉率的工艺条件。
【关键词】粉末涂料;上粉率;工艺参数;静电喷涂;因素
粉末涂料具有较高的生产效率、优异的涂膜性能、良好的生态环保性和突出的经济性等特点,受到世界广泛重视。粉末涂料每年以10%以上的速度增长,尤其是我国20世纪90年代后期,涌现了许多的粉末涂料生产厂家。粉末涂料的使用厂家在确保粉末涂膜的外观、机械性能等前提下,最关心的问题是单位型材耗费粉末涂料的量,也就是生产成本问题,因而粉末涂料的上粉率成了生产厂家和使用厂家共同关心的问题。
1、粉末涂料静电喷涂原理
粉末涂料静电喷涂就是利用高压静电电晕电场的原理,在喷枪头部金属喷杯和极针接上高压负极(一般为60~100kV),被喷涂工件接地形成正极,使喷枪和工件之间形成一个较强的静电场。作为运载气体的压缩空气,将粉末涂料从供粉桶经粉管送到喷枪的喷杯和极针时,由于它接上高压负极产生电晕放电,在其附近产生了密集的负电荷,使粉末带上负电荷进入了电场强度很高的静电场,在静电力和运载气体推动力的双重作用下,粉末均匀地飞向接地工件表面形成厚薄均匀的粉层,再加热固化转化为涂膜。
粉末涂料的上粉率,一般是指粉末喷涂覆盖效率,从喷涂机理可知,静电喷涂的主要吸附力是静电力,粉末上粉率的高低,主要取决于粉末颗粒带电的多少。根据库仑定律,在一定时间里,粉末涂料颗粒的带电量有如下关系：
因此,提高粉末微粒的带电能力,可以提高粉末涂料的上粉率。
2、影响粉末涂料上粉率因素
2.1粉末粒径
从(1)式可知粉末的带电量与粉末粒径的平方成正比增大粉末的粒径粉末的带电量增加，上粉率提高，反之,减小粉末粒径,降低粉末的带电量,粉末的上粉率下降。因此,在粉末涂料生产过程中,应尽可能减少小粒径粉末涂料(10μm);但是,粉末的粒径也不能太大,粒径太大,涂膜的外观质量下降,桔皮严重,还有可能因为大颗粒粉末的重力超过空气动力和静电力,粉末涂料在飞行过程中由于重力作用未达到工件表面就已经落下,反而使上粉率降低。因此,控制粉末粒径,是控制粉末涂料质量的关键问题之一。图1为环氧-聚酯混合型CH-08粉末涂料的粒径分布图,采用激光粒径分布仪检测,喷涂效果很好,上粉率高。
从图1中可以看出:适合静电喷涂的粉末涂料,其粒径控制在20~90μm较适宜。
2.2介电常数
从(1)式可以看出:粉末的带电量与粉末的介电常数成正比。选择介电常数较高的涂料组分,能增加粉末粒子的带电量,使粉末吸附力大大提高,上粉率增加。
2.2.1涂料配方
粉末涂料主要是由环氧粉末、聚酯粉末等高分子化合物组成,这些高分子化合物均有较高的介电常数,因而其库仑力(静电力)较大,上粉率较高。但是由于其价格较贵,有些粉末生产厂家为了市场竞争的需要,降低原材料成本,过多添加填料,降低颜基比,使粉末的上粉率大大降低。表1为CH-08粉末涂料的配方,经过几年的生产检验,使用效果好,上粉率高。
2.2.2粉末涂料的使用、贮藏条件
粉末涂料与溶剂型涂料相比,涂膜容易出现轻微桔皮。因而,许多粉末涂料生产厂家为了追求工件表面的光滑平整,在允许的粉末粒径范围内,尽量降低粉末涂料的粒径,使其流平性增加,达到较好的涂膜效果。但是粉末越细,越容易吸潮。粉末涂料的吸湿性(含水量)直接影响粉末的介电常数。轻微吸湿将影响其带电性能,降低粉末的上粉率,影响粉末的流动性、成膜性能等,从而使涂膜不平滑,甚至难以在工件上吸附,涂膜会产生气泡和针孔及喷枪堵枪等弊病;粉末严重吸湿则将结团,无法进行静电喷涂。因此,为提高粉末的上粉率,可以采取如下措施:(1)压缩空气净化系统,经过二级过滤吸湿装置,使压缩空气的含水量尽可能降低才能使用;(2)注意粉末喷涂现场的空气相对湿度,相对湿度每变化30%,就相当于粉末的电阻率变化2个数量级。尤其在南方相对湿度较大的地区,有条件的厂家建议在喷粉房装上除湿空调;(3)库房保持空气流通,粉末涂料包装箱需放在隔离地面的木板上,堆放高度不超过4层。
2.3喷涂工艺条件
2.3.1静电压
由式(1)可知:粉末涂料的带电量与电场强度E成正比,因此增加静电压,增加粉末的带电量,有利于粉末上粉率的提高。通过生产测试,静电压与粉末的附着力的关系见图2。
从图2中可以看出,粉末的附着力随静电压的增加迅速升高,当达到90kV后附着力变化不明显,因此生产中喷粉电压控制在60~90kV较适宜。
2.3.2喷枪与工件的距离
在静电压确定的情况下,电场强度与极间距离成反比。当喷枪与工件间距离过短时,会产生火花放电;距离太远,则粉末的上粉率将降低。喷枪距离与击穿电压的关系如图3,从图中可以看出:当静电压控制在60~90kV时,静电喷涂距离在250~350mm之间较适宜。
3、结语
粉末上粉率是由多种因素决定的一个技术指标,粉末喷涂过程中不只是一个固定参数,各个厂家都有各自的企业标准。除上面所讨论的几个主要因素外,还有一些其它因素,如喷涂工件表面形状、喷枪的类型、回收系统性能等,都将影响粉末的上粉率,需要在生产中不断探索与研究。
