粉末高壓靜電涂裝工藝研究

王艷龍

（中國人民解放軍第6904 工廠， 山西 太原 030006）

1 粉末高壓靜電涂原理

粉末高壓靜電涂裝是利用運載空氣將粉末輸送到靜電噴粉槍的導流杯而電暈放電，從而使粉末帶上負電荷，在靜電力和壓縮空氣的作用下，粉末涂料均勻地吸附在接地的被涂工件表面上，經加熱粉末熔融固化（塑化）成均勻、連續、平整、光滑的涂層。開始的時候，工件對粉末的吸附力大于粉末之間的相互排斥力，粉末在靜電力和空氣流的作用下不斷地飛向工件密集堆積。隨著粉末堆積層的不斷加厚，涂層對飛來的粉末粒子的排斥力加大，當工件對粉末的吸附力和粉層對粉末的排斥力相等時，粉末就不在被吸附到工件上了，因此很容易得到均勻的膜厚。

2 粉末高壓靜電涂裝工藝

粉末高壓靜電涂裝工藝流程，如圖1 所示。

2.1 表面處理

對基材表面的前處理是影響涂層性能和質量的關鍵工序，其目的是增強粉末涂層與基體金屬之間的結合力。一般包括表面脫脂、去油、除銹等前處理，其中除銹又分為噴砂、噴丸、拋丸等機械除銹和酸洗、磷化、鈍化、電鍍等化學處理。由于適于靜電涂裝的工件多半是薄壁工件，故采用化學處理方法較為好。處理后的基層表面達到Sa2.5 級、粗糙度在20～50 μm[1]。

對于一般開放性的工件，鐵件常用磷化處理，鋁件常用導電氧化處理，處理后晾干即可正常涂裝。但是對于一些封閉工件，尤其是焊接件，焊疤內可能存在毛細孔，磷化或者導電氧化處理過程中處理液會因毛細作用力滲入毛細孔內被假性封閉，在160～260 ℃塑化或者固化過程中，由于形成的塑膜張力不夠而被毛細孔內的殘留液頂破，出現成膜后的反“滲油”現象，進而造成涂層的缺陷甚至報廢。對此種現象，經多次的試驗和長期的生產經驗積累得出最有效的處理辦法有：一是烘烤（200 ℃）- 擦油（乙酸乙酯），反復進行2～3 遍；二是熱水洗（90～100 ℃）- 晾干，反復進行3～5 遍。第一種方法效率高、成本高，適合于工期要求急的時候用；第二種方法效率低成本低，適合于對工期沒有硬性要求的時候使用[2]。

2.2 覆蔽

覆蔽是指根據設計、工藝等要求，使用耐高溫（200～300 ℃）聚酯膠帶、報紙、工裝或者涂抹不導電的硅橡膠溶液（硅脂）等對工件不需要涂裝的部位進行遮蔽覆蓋的作業。覆蔽作業時，操作人需佩戴干凈的不掉毛無紡布手套或者橡膠手套，嚴禁直接上手作業。覆蔽要做到“部位準確，尺寸一致、粘接牢靠、無一遺漏”[3]。

2.3 涂裝

涂裝是靜電噴涂的核心作業，一般是在一個干凈無塵、帶有抽風的半封閉噴粉室中進行，噴粉室體、噴槍、工件必須良好接地。工業生產中Ⅱ類及以下產品的靜電涂裝，為達到較好的噴涂質量，一般要求噴粉室外一定的區域（以噴粉室外壁為界，包括烘烤系統，2.0～3.0 m 范圍內及頂部）全封閉，墻內四周內移100 mm 處設置水槽，墻頂設置細水霧噴淋除塵。作業區域內只允許操作人進出，操作人必須穿戴干凈的防靜電工作服，并經風幕靜電除塵。

涂裝準備，預先5～10 min 啟動抽風系統，讓抽風系統預先運行平穩；啟動粉末流化系統，調整輸入氣壓大小（0.3～0.5 MPa），使粉末流化到蓬松均勻狀態；（以瓦格納爾靜電噴粉槍為例）打開高壓靜電噴槍控制屏幕電源開關，約30 s 后調整電壓（60～80 kV）和出粉量（45～80 m3/h）的數值；試噴，槍口向噴粉室內扣動噴粉槍的扳機，觀察出粉呈均勻霧狀為宜。

調整工件輸送鏈的速度到與噴涂速度相匹配，實施涂裝作業。對以裝飾性為主的工件，采用“兩橫兩豎十字交叉”噴涂法（流量45～60 m3/h），即重復“橫向噴一遍- 豎向噴一遍”2 次，膜為均勻蓋底的薄涂層；采用“四橫四豎十字交叉”噴涂法（流量60～80 m3/h），即重復橫向噴一遍- 豎向噴一遍4次，膜為飽滿而厚實的涂層。對于特殊厚度要求的工件，可在“四橫四豎十字交叉”噴涂基礎上再增加“兩橫兩豎十字交叉”噴涂，但要采用“階梯式升溫”烘烤固化，即80 ℃保溫5 min，升溫到120 ℃保溫5 min，再升溫到180～200 ℃保溫15～20 min，否則涂層易出現皮熟肉不熟、麻點、流掛和粗橘皮等缺陷。噴涂過程中發現噴涂缺陷（有渣子等）時，可將工件從懸鏈拆下，使用壓縮空氣吹凈后再次噴涂。

2.4 固化

固化是粉末成膜的關鍵過程，在高溫下樹脂發生交聯成大分子網狀結構，形成連貫光滑的涂層。固化對溫度場的環境要求極高，不僅要求溫度場均勻（溫度場不均勻，易發生上半部分固化（塑化）完全而下半部分處于“夾生”狀態，或者下半部分固化（塑化）完全而上半部分已經“熱過頭”）柔和，而且溫度場的空氣潔凈度要達到1 萬級以下。在相同的烘烤溫度時間作用下，固化時要按粉末涂料的顏色對烘烤溫度稍作調整，淺顏色的粉末涂料固化溫度要比深顏色的粉末涂料的固化溫度普遍低10～20 ℃。通常，環氧類的粉末涂料的固化條件為：溫度160～180 ℃，保溫時間15～30 min。設定的固化溫度與保溫時間要與粉末涂料的特性相匹配，否則溫度低、時間短，涂層就會出現橘皮、發亮缺陷；溫度高、時間長，涂層普遍呈現顏色暗淡甚至發黃缺陷。

工件在固化（塑化）后要進行冷卻處理，冷卻的方法有氣冷、水冷、油冷等。生產中具體的冷卻方法要結合粉末特征與工件的規格來選擇，一般情況下選擇自然冷卻或者隨爐冷卻，即氣冷。有些品種的粉末涂料得“保溫”冷卻，冷卻速度過快，涂層邊緣會收縮變形，影響涂層整體外觀和質量。工件從烘箱中轉出而未完全冷到室溫時嚴禁用手觸摸涂層或相互磕碰工件，否則不僅容易造成手指燙傷，還會給涂層留下印痕和損傷。

2.5 清理覆蔽

工件完全冷透后即可清理覆蔽，清理覆蔽要做到“拆、修、不傷害”：拆，是指拆掉工件上的高溫膠帶、報紙、工裝等；修，是指刮掉工件孔等處的毛刺和小面積多噴的涂層；不傷害，是指在拆覆蔽和修的過程中不擦傷、損壞、污染涂層。

2.6 檢驗

檢驗分為自檢和專檢，主要進行涂層質量檢測，常規檢測項目主要包括外觀檢測、涂層厚度檢測、涂層附著力檢測等。外觀檢測，在光照200～300 Lx下，視距300～500 mm 平視涂層：顏色與色卡一致、平整光滑、無流掛、針孔、漏涂等缺陷。厚度檢測，使用測厚儀對涂層不同位置點測厚度，測試面積一般不小于3 cm×3 cm，取算數平均數為檢測結果，厚度一般為15～80 μm。附著力檢測，采用劃格法（破壞性），用百格刀在涂層上縱橫各劃11 道均間距的深度達基材的直線，形成100 個格子，然后用觸摸法或者膠帶粘接法評定附著力的級別，附著力結果共有“0、1、2、3、4、5”6 級，級數越低，附著力越好，一般要求附著力達到2 級以上。

對檢測不合格的產品，原則上應進行重噴，但在允許的范圍內可以對受損或者不合格部位采用涂層缺陷補救法：漆補法或者塑補法。漆補法，是指用相同顏色的油漆或者樹脂涂料將缺陷部位涂補（缺陷深度超過0.5 mm 時，要分次涂補找平），在室溫下固化成膜。塑補法又稱熱噴法，是指將有缺陷的部位打磨、擦凈，其他部位用報紙、工裝、耐高溫膠帶等覆蔽，在160～180 ℃高溫中預熱5 min 后拿出噴塑修補缺陷的方法。局部修補要把握好度，確保修補面積最小且修補后的色澤與原涂層基本一致。

如果對涂層的表面質量要求高，不允許局部修補時，必須進行重噴：退塑法或熱噴法。退塑法，是指將待修工件浸泡在退塑劑中一定時間（1～2 h），使其涂層被腐蝕而脫落，清水洗凈、晾干工件后再進行噴塑的方法。熱噴法，是指將工件表面的涂層使用砂紙打毛，吹掃擦凈后在180～200 ℃高溫中預熱5 min，迅速轉到噴粉室，1 min 之內完成噴塑的方法。退塑法占用時間長且污染環境，結構單一的工件建議采用熱噴法。

3 影響粉末涂層質量的主要因素

影響粉末涂層質量的因素眾多，現對其主要影響因素逐一闡述。

3.1 粉末質量

粉末粒度和粉末電導率是影響涂層性能最關鍵的兩個因素。

3.1.1 粉末粒度

粒度由大變小，粉末的流動性逐漸變小，涂覆性和被吹散傾向由難逐漸變易，堵塞噴槍由流暢逐漸到易堵，膜厚從厚漸變到薄。結合生產實踐，從重力角度考慮，粒度小、密度小的粉末涂料受重力影響較弱，流化、霧化、吸附過程中受重力因素的影響較小，涂布效率較高，形成的涂層細膩而光滑；從帶電和受熱、熔融、流平角度考慮，似球狀的粒子效果較好。綜合考慮，合適的細度范圍為10～80 μm。

3.1.2 粉末電導率

粉末涂料的體積電阻對粉末噴涂性能有較大的影響。體積電阻小，粉末粒子易被擊穿而放出帶電電荷，靜電力吸附力降低，粉末粒子易脫落；體積電阻大，粉末粒子帶電荷不易放出，工件表面易積累電荷，增大涂層間的相互排斥力，不能獲得厚涂層。一般靜電涂裝使用的粉末體積電阻在109～1014Ω·cm，此范圍內噴涂性能好且易獲得厚涂層。

3.2 涂裝電壓

涂裝電壓增大，粉末的吸附力增加，粉末附著量增加，但超過90 kV 時，沉積率反而隨電壓的增大而下降。電壓增大時，膜厚的初始增長率增加，但隨著時間的延長，電壓對涂層厚度增加的影響逐漸減小。涂裝電壓過高，會使粉末擊穿放電荷，影響粉末質量且涂層過薄，一般涂裝電壓控制在60～90 kV，恒電流控制在20～30 μA。

3.3 噴粉量

粉末涂層厚度初始增長率與噴粉量成正比，但隨著噴涂時間的延長，噴粉量對粉末涂層厚度的增長率的影響不僅減小，還會使沉積效率下降，回收粉末增多。生產中，要根據工件的結構特征、規格和涂層厚度要求選擇噴粉量，一般控制在50～180 g/min較為合適，且目測噴槍口的粉末呈均勻霧狀為佳。

3.4 噴涂距離

噴涂距離的變化會使噴粉槍與工件間的電場強度發生變化，從而影響涂層厚度和粉末的沉積效率。總體上，隨著噴涂距離的增大，粉末的沉積效率先增大后逐漸降低，一般在250 mm 時達到峰值，為最佳的噴涂距離。

3.5 供氣壓力

供粉系統的氣壓對粉末的流化和沉積效率都有較大的影響。氣壓大，流化效果好，但沉積率低；氣壓小，流化效果差，沉積效率高。生產中，氣壓一般調節在0.5～1.5 kg/cm2，但當工件結構較復雜時，氣壓可適當增加到2～3 kg/cm2。

4 結語

粉末高壓靜電涂裝法是近年來涂裝行業迅速發展起來的新型工藝，尤其是在當前環保強烈影響下，已成為普及家電、汽車、機械工程等行業涂裝的必然發展趨勢。隨著各類滿足不同市場要求的粉末涂料品種被不斷研制出，粉末高壓靜電涂裝法也跟著展現出其獨特的工藝特性，在為生產出更高質量的產品中發揮著舉足輕重的作用。