超細粉末涂層性能檢測和分析

郭黎曉 劉兵 楊紅科

輝旭微粉技術（上海）有限公司

1.前言

1.1 工業和技術背景

粉末涂料和涂裝以其環保、經濟、高效和節能為突出優點得到迅速發展，因其不含有機溶劑，涂裝過程無溶劑揮發，能耗較低，噴掉的粉末可以回收使用，具有成本低，性能好的特點，是國家極力推薦的具有環保和節能效果的產品。目前國內粉末涂料的年產量已達80萬噸，產值200億元。但粉末涂裝具有涂層太厚和涂層平整度差的兩個明顯的缺點。粉末涂料的涂層厚度通常在60–100微米，遠遠超過普通油漆漆膜的厚度，不僅帶來不必要的浪費，而且影響涂層質量。此外，粉末涂層的表面很不平整，降低了粉末涂層的裝飾性，在很多地方限制了粉末涂料的應用。

1.2 超細粉末涂料技術

為解決粉末涂料平整度差和厚度太高的難題，各國科學家對超細粉進行了幾十年的艱苦攻關，取得了很多重大的技術突破，并已經有工業化產品推向市場。超細粉末涂料將粉體粒徑從常規的30–50微米降低至10-20微米，能得到很薄的平整的涂層表面。很多情況下，涂層厚度可以從常規的60－80微米降低至30－40微米，同時具有非常平整的涂層表面。

超細粉被稱為第二代粉末涂料，一方面可以全面替代傳統的粗粉涂料，在提高涂層質量的同時，大大節約成本；另一方面，超細粉可以替代很多無法被粗粉替代的液體涂裝，帶來巨大的經濟效益和社會效益，比如，國內現在有20萬噸的液體卷材涂料應用，如果用粉末涂料代替，成本可節約30%，同時避免了巨大溶劑排放和能源消耗。超細粉最大的發展方向是汽車車體涂裝，將現在全部采用液體涂裝的汽車車體改用粉末涂裝，是一個涉及上百億元的產業環保節能的重大發展方向。

在推廣超細粉中，有一個大家非常關心的問題，超細粉涂層能夠得到接近液體涂料的厚度和平整度，但膜厚降低之后涂層性能如何，能否完全達到粗粉涂層和液體涂層的各種性能，這個問題具有很重要的實際意義。以前很多粉末涂層的行業標準都是以粗粉的性能來制定的，硬性規定了較高的涂層厚度。如前幾年制定的建筑鋁型材標準就規定粉末涂料需要達到60微米，而液體涂層只需25微米。本文通過實驗，從各個方面測試了超細粉涂層的性能，并與粗粉涂層和液體涂層的性能進行對比，并對實驗結果進行了分析。

2.檢測試驗

2.1 涂料樣品

本文采用兩種粉末涂料進行實驗，一是TGIC固化的純聚酯粉末涂料，是當前國內外建材使用量最大的常規產品；粗粉和細粉均采用輝旭公司的常規產品；二是PVDF氟碳粉末涂料，是金屬建材室外使用的最高等級的耐候涂料。涂料樣品采用輝旭公司常規銷售的超細粉產品，粗粉為專門制作實驗室產品。

2.2 樣板基材

金屬基材均采用2mm厚的鉻化處理過的鋁板，處理時間與噴涂間隔不超過5小時。

2.3 樣板制作

采用金馬靜電噴槍，電壓60kv，噴涂后在實驗室烤爐中烘烤。聚酯涂料烘烤條件為200℃/10分鐘；氟碳涂料烘烤條件為240℃/10分鐘。取出后自然冷卻。得到漆膜均勻沒有雜質點的涂層板，選擇需要的膜厚的樣板進行測試，膜厚公差為±3微米。詳見表1：

表1 .測試樣板

3.測試結果和討論

本文參照國標GB/T 23443-2009《建筑裝飾用鋁單板》，以及國際通用的建筑涂料的AAMA（美國建筑制造商協會）標準*的內容和檢測方式，有選擇的測試與膜厚相關的試驗，通過實驗結果和對比，評估超細粉涂層和普通涂層以及液體涂層的性能差別。

圖1 .樣板1和樣板4的粗糙度測定圖

*AAMA標準中針對常規產品、中高端產品和最高質量產品分為AAMA 2603，AAMA 2604和AAMA 2605三個標準。AAMA2603專門針對常規室外建筑涂層，常規的室外用聚酯液體或者粉末涂料能夠達到該標準；AAMA 2604為中高端涂層產品，涂層滿足佛羅里達暴曬5年色差不大于5個Hunter單位的要求，目前高耐候性液體和粉末涂層滿足該標準，是歐洲主要的建筑涂料；而AAMA 2605標準代表最高等級的耐候性能指標，佛羅里達暴曬10年后的色差不大于5個Hunter單位，目前只有超耐候的氟碳涂料能夠達到該標準要求。

所有測試結果列在表2中。

表2.測試結果列表

3.1 涂層平整度

目視檢測8快樣板，樣板1，5為粗粉厚涂層的樣板，具有正常粗粉的橘皮表面；樣板2，5為粗粉薄薄涂層樣板，表面不僅橘皮非常明顯，更有不可接受的露底斑點，能夠看見基材的顏色；樣板3，7為超細粉厚板，涂層非常均勻平整；樣板4，8為超細粉薄板，涂層平整均勻。

通過涂層平整度專用測試儀器，Dektak Stylus surface profiler，該儀器定量的記錄涂層表面的粗糙度，圖1為樣板1和樣板4的測試結果。該結果顯示，由于粗粉帶來涂層非常不均勻，75微米粗粉涂層最低的地方僅有25微米左右，而30微米的的超細粉涂層最低處出也有25微米。

3.2 涂層附著力

用國標GB/T 9286的規定的方法進行劃格實驗。測試了干式附著力和沸水煮附著力。測試結果表明，聚酯涂層無論厚板和薄板結果均一樣，但氟碳涂層，同樣的產品，75微米的涂層明顯較30微米的涂層的附著力差。

聚酯產品與基材層次相容性號，無論涂層厚薄，均表現出很好的附著力。但氟碳涂料為塑性涂料，表面能與高于基材相容性較差，厚薄不均將導致局部收縮應力影響附著力，因此厚平整度高的薄涂層附著力較好。

3.3 柔韌性

國標和AAMA標準沒有直接檢測涂層柔韌性的指標。我們采用90度折彎后，膠帶粘連撕裂的方法觀測裂紋和涂層脫落情況，檢測涂層的柔韌性。測試結果表明，厚涂層的柔韌性與薄涂層的柔韌性相差很大，隨著涂層厚度的增加，涂層柔韌性極具下降。

3.4 硬度

按照GB/T 6739方法測試鉛筆硬度。結果表明薄涂層表現出稍好的涂層硬度測試結果。分析推測的原因有兩個，一是薄涂層是超細粉制備，涂層非常均勻，相對很厚的但不均勻的粗粉涂層，不容易劃破；另外，涂層較薄時做測試，基材的硬度更大地影響薄涂層的檢測結果，得出更好的數據。

3.5 耐沖擊性能

按照國標GB/T 23443規定的6.5方法測試。正向沖擊實驗所有樣板均通過測試，反向沖擊結果表明除超細粉的樣板都表現出較差的性能。抗沖擊性能和涂層的附著力以及柔韌性有關系，超細粉涂層具有平整和薄的有點，具有較好的抗沖擊性能。

3.6 耐鹽酸，耐硝酸、耐砂漿、耐溶劑等耐化學腐蝕性能

按照國標GB/T 23443規定的方法測試，得出的結論是不論薄厚，均沒有差別。

3.7 濕熱實驗

按照GB/T 1740的規定進行測試。聚酯涂料測試時間1000小時，氟碳測試4000小時。結果表面平整的薄板和厚板具有同樣的性能。但不均勻的薄板雖然切邊抗腐蝕性能同樣，但平面上的數據表明，不均勻的較薄的涂層具有很差的性能。

3.8 中性鹽霧實驗

按照GB/T 1125的規定進行測試。聚酯涂料測試時間1000小時，氟碳測試4000小時。結果粗粉超細粉薄板和厚板具有同樣的性能。但粗粉的薄板雖然切邊抗腐蝕性能同樣，但平面上的數據表明，粗粉較薄的涂層耐濕熱很差。

4 .結語

本文通過實驗證明超細粉涂裝的薄而平整的涂層粗粉明顯優越的性能。超細粉涂料技術是高新技術發展的產物，具有巨大的推廣應用前景，能夠給整個行業帶來巨大經濟和社會效益，是值得整個行業一起來努力推廣的項目。