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粉末静电喷涂工艺及常见问题解决

凤巢

近年来,一些对钢桶表面质量要求较高的用户,要求制桶企业采用粉末静电喷漆工艺进行钢桶内外涂装。多数制桶企业没有粉末静电喷涂的实用经验,在使用中常常出现一些问题。本篇着重说明粉末静电喷涂的工艺流程及常见的问题解决,以供制桶企业参考。

世界上第一套粉末静电喷涂设备于1962年由法国的SAMES公司研制成功,此后粉末静电喷涂技术在世界各国迅速发展,正逐渐取代溶剂型涂料涂装技术。我国的粉末静电喷涂技术发展较晚,但发展潜力很大。粉末涂料不含溶剂,粉末涂料依靠静电喷涂到工件表面上,互相不粘连的粉末粒子层经过加热熔融后形成牢固的涂层与工件表面紧密结合。这种涂层具有优良的防腐蚀性能和装饰功能。同传统的溶剂型涂料相比,它具有更加安全、污染小、适应性好、效率高和不依赖石油为原料的优点。但它目前也存在一些缺点:一次性投资大、更换颜色不方便、不能实现多色涂装等。

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粉末静电喷涂原理图

1.粉末静电喷涂技术的典型工艺流程

工艺流程:工件前处理→喷粉→固化→检查→成品

1.1前处理

工件经过前处理除掉冷轧钢板表面的油污和灰尘后才能喷涂粉末,同时在工件表面形成一层锌系磷化膜以增强喷粉后的附着力。前处理后的工件必须完全烘干水分并且充分冷却到35℃以下才能保证喷粉后工件的理化性能和外观质量。

1.2喷粉

1.2.1粉末静电喷涂的基本原理

工件通过输送链进入喷粉房的喷枪位置准备喷涂作业。静电发生器通过喷枪枪口的电极针向工件方向的空间释放高压静电(负极),该高压静电使从喷枪口喷出的粉末和压缩空气的混合物以及电极周围空气电离(带负电荷)。工件经过挂具通过输送链接地(接地极),这样就在喷枪和工件之间形成一个电场占粉末在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达工件表面,依靠静电吸引在工件表面形成一层均匀的涂层。

1.2.2粉末静电喷涂的基本原料

多采用环氧聚酯粉末涂料。它的主要成分是环氧树脂、聚酯树脂、固化剂、颜料、填料、各种助剂(例如流平剂、防潮剂、边角改性剂等).粉末加热固化后在工件表面形成所需涂层。辅助材料是压缩空气,要求清洁干燥、无油无水。

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静电粉末喷涂及收回系统

1.2.3粉末静电喷涂的施工工艺

静电高压60~90kV。电压过高容易造成粉末反弹和边缘麻点;电压过低上粉率低。

静电电流10~20μA。电流过高容易产生放电击穿粉末涂层;电流过低上粉率低。

流速压力0.30-0.55MPa。流速压力越高则粉末的沉积速度越快,有利于快速获得预定厚度的涂层,但过高就会增加粉末用量和喷枪的磨损速度。

雾化压力0.30~0.45MPa。适当增大雾化压力能够保持粉末涂层的厚度均匀,但过高会使送粉部件快速磨损。适当降低雾化压力能够提高粉末的覆盖能力,但过低容易使送粉部件堵塞。

清枪压力0.5MPa。清枪压力过高会加速枪头磨损,过低容易造成枪头堵塞。

供粉桶流化压力0.04~0.10MPa。供粉桶流化压力过高会降低粉末密度使生产效率下降,过低容易出现供粉不足或者粉末结团。

喷枪口至工件的距离150~300mm。喷枪口至工件的距离过近容易产生放电击穿粉末涂层,过远会增加粉末用量和降低生产效率。

输送链速度4.5~5.5m/min。输送链速度过快会引起粉末涂层厚度不够,过慢则降低生产效率。

1.2.4粉末静电喷涂的主要设备

(1)喷枪和静电控制器

喷枪除了传统的内藏式电极针,外部还设置了环形电晕而使静电场更加均匀以保持粉末涂层的厚度均匀。静电控制器产生需要的静电高压并维持其稳定,波动范围小于10%。

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静电粉末喷涂供粉系统

(2)供粉系统

供粉系统由新粉桶、旋转筛和供粉桶组成。粉末涂料先加入到新粉桶,压缩空气通过新粉桶底部的流化板上的微孔使粉末预流化,再经过粉泵输送到旋转筛。旋转筛分离出粒径过大的粉末粒子(100μm以上),剩余粉末下落到供粉桶。供粉桶将粉末流化到规定程度后通过粉泵和送粉管供给喷枪喷涂工件。

(3)回收系统

喷枪喷出的粉末除一部分吸附到工件表面上(一般为50%~70%)外,其余部分自然沉降。沉降过程中的粉末一部分被喷粉棚侧壁的旋风回收器收集,利用离心分离原理使粒径较大的粉末粒子(12μm以上)分离出来并送回旋转筛重新利用。12μm以下的粉末粒子被送到滤芯回收器内,其中粉末被脉冲压缩空气振落到滤芯底部收集斗内,这部分粉末定期清理装箱等待出售。分离出粉末的洁净空气(含有的粉末粒径小于1μm、浓度小于5g/m3)排放到喷粉室内以维持喷粉室内的微负压。负压过大容易吸入喷粉室外的灰尘和杂质,负压过小或正压容易造成粉末外溢。沉降到喷粉棚底部的粉末收集后通过粉泵进入旋转筛重新利用。回收粉末与新粉末的混合比例为1:3~1:1。使用该回收系统,本公司的总体粉末利用率平均达到95%。

(4)喷粉室体

顶板和壁板采用透光聚丙烯塑料材质,以最大限度减少粉末黏附量,防止静电荷累积干扰静电场。底板和基座采用不锈钢材质,既便于清洁又具有足够的机械强度。

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静电喷涂室

(5)辅助系统

包括空调器、除湿机。空调器的作用一是保持喷粉温度在35℃以下以防止粉末结块;二是通过空气循环(风速小于0.3m/s)保持喷粉室的微负压。除湿机的作用是保持喷粉室相对湿度为45%~55%,湿度过大空气容易产生放电击穿粉末涂层,过小导电性差不易电离。

1.3固化

1.3.1粉末固化的基本原理

环氧树脂中的环氧基、聚酯树脂中的羧基与固化剂中的胺基发生缩聚、加成反应交联成大分子网状体,同时释放出小分子气体(副产物)。固化过程分为熔融、流平、胶化和固化4个阶段。温度升高到熔点后工件上的表层粉末开始融化,并逐渐与内部粉末形成漩涡直至全部融化。

粉末全部融化后开始缓慢流动,在工件表面形成薄而平整的一层,此阶段称流平。温度继续升高到达胶点后有几分短暂的胶化状态(温度保持不变),之后温度继续升高粉末发生化学反应而固化。

1.3.2粉末固化的基本工艺

采用的粉末固化工艺为180℃,烘15min,属正常固化。其中的温度和时间是指工件的实际温度和维持不低于这一温度的累积时间,而不是固化炉的设定温度和工件在炉内的行走时间。但两者之间相互关联,设备最初调试时需要使用炉温跟踪仪测量最大工件的上、中、下3点表面温度及累积时间,并根据测量结果调整固化炉设定温度和输送链速度(它决定工件在炉内的行走时间),直至符合上述固化工艺要求。这样就可以得出两者之间的对应关系,因此在一段时间内(一般为2个月)只需要控制速度即可保证固化工艺。

1.3.3粉末固化的主要设备

设备主要包括供热燃烧器、循环风机及风管、炉体3部分。多数供热燃烧器使用0~35#轻柴油。具有发热效率高、省油的优点。循环风机进行热交换,送风管第一级开口在炉体底部,向上每隔600mm有一级开口,共三级。这样可以保证1200mm工件范围内温度波动小于5℃,防止工件上下色差过大。回风管在炉体顶部,这样可以保证炉体内上下温度尽可能均匀。炉体为桥式结构,既有利于保存热空气,又可以防止生产结束后炉内空气体积减小吸人外界灰尘和杂质。

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静电粉末涂装固化炉

1.4检查

固化后的工件,日常主要检查外观(是否平整光亮、有无颗粒、缩孔等缺陷)和厚度(控制在55~90μm)。如果首次调试或需要更换粉末时则要求使用相应的检测仪器检测如下项目:外观、光泽、色差、涂层厚度、附着力(划格法)、硬度(铅笔法)、冲击强度、耐盐雾性(400h)、耐候性(人工加速老化)、耐湿热性(1000h)。

1.5成品

检查后的成品分类摆放在运输车、库房内,相互之间用软质材料隔离,以防止划伤并做好标识。

2.粉末静电喷涂作业的常见问题及解决方法

2.1涂层杂质

常见杂质主要来源于喷粉环境中的颗粒,以及其他各种因素引起的杂质,现概括如下:

(1)固化炉内杂质。解决方法是用湿布和吸尘器彻底清洁固化炉的内壁,重点是悬挂链和风管缝隙处。如果是黑色大颗粒杂质就需要检查送风管滤网是否有破损处,有则及时更换。

(2)喷粉室内杂质。主要是灰尘、衣物纤维、设备磨粒和喷粉系统积垢。解决方法是每天开工前使用压缩空气吹扫喷粉系统,用湿布和吸尘器彻底清洁喷粉设备和喷粉室。

(3)悬挂链杂质。主要是悬挂链挡油板和一次吊具接水盘(材质为热镀锌板)被前处理酸、碱蒸气腐蚀后的产物。解决方法是定期清理这些设施。

(4)粉末杂质。主要是粉末添加剂过多、颜料分散不均、粉末受挤压造成的粉点等。解决方法是提高粉末质量,改进粉末储运方式。

(5)前处理杂质。主要是磷化渣引起的大颗粒杂质和磷化膜黄锈引起的成片小杂质。解决方法是及时清理磷化槽和喷淋管路内积渣,控制好磷化槽液浓度和比例。

(6)水质杂质。主要是前处理所使用的水中含砂量、含盐量过大引起的杂质。解决方法是增加水过滤器,使用纯水做为最后两级清洗水。

2.2涂层缩孔

(1)前处理除油不净或者除油后水洗不净造成表面活性剂残留而引起的缩孔。解决方法是控制好预脱脂槽、脱脂槽液的浓度和比例,减少工件带油量以及强化水洗效果。

(2)水质含油量过大而引起的缩孔。解决方法是增加进水过滤器,防止供水泵漏油。

(3)压缩空气含水量过大而引起的缩孔。解决方法是及时排放压缩空气冷凝水。

(4)粉末受潮而引起的缩孔。解决方法是改善粉末储运条件,增加除湿机以保证回收粉末及时使用。 (5)悬挂链上油污被空调风吹落到工件上而引起的缩孔。解决方法是改变空调送风口位置和方向。

(6)混粉而引起的缩孔。解决方法是换粉时彻底清理喷粉系统。

2.3涂层色差

(1)粉末颜料分布不均匀引起的色差。解决的方法是提高粉末质量,保证粉末的L、a、b相差不大而且正负统一。

(2)固化温度不同引起的色差。解决方法是控制好设定温度和输送链速度,以保持工件固化温度和时间的一致性和稳定性。

(3)涂层厚薄不均匀引起的色差。解决方法是调整好喷粉工艺参数和保证喷粉设备运行良好以确保涂层厚度均匀一致。

2.4涂层附着力差

(1)前处理水洗不彻底造成工件上残留脱脂剂、磷化渣或者水洗槽被碱液污染而引起的附着力差。解决方法是加强水洗,调整好脱脂工艺参数以及防止脱脂液进入磷化后的水洗槽。

(2)磷化膜发黄、发花或者局部无磷化膜而引起的附着力差。解决方法是调整好磷化槽液浓度和比例,提高磷化温度。

(3)工件边角水分烘干不净而引起的附着力差。解决方法是提高烘干温度。

(4)固化温度不够而引起的涂层大面积附着力差。解决方法是提高固化温度。

(5)深井水含油量、含盐量过大而引起的附着力差。解决方法是增加进水过滤器,使用纯水做为最后2道清洗水。

总之,粉末静电喷涂技术及其应用方法还有很多,制桶企业在实践中需要灵活运用。

 

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