粉末静电喷涂技术工艺要求与探讨

粉末静电喷涂技术工艺要求与探讨

魏恒远（南京化工职业技术学院，210048）

王晓梅（南京市产品质量监督检验院，210028）

摘要：介绍了粉末的粒度组成与喷涂质量的关系，以及粉筛目数与孔径和粒径的对应关系。阐述了喷涂过程中粉末的带电过程与上粉率的问题。着重讨论了压缩空气温度、湿度的增大对涂层质量的影响。

关键词：粉末粒径；目数；带电能力；上粉率

1.粉末的粒度组成与喷涂要求

目前用于喷涂的热固性粉末涂料通常有环氧粉末、环氧/聚酯和聚酯粉末涂料，这些粉末涂料通常由下列原料组成：

（1）树脂：环氧、环氧/聚酯、聚酯环氧、聚酯、聚氨酯、丙烯酸聚酯等；

（2）填料：碳酸钙、硫酸铜、滑石粉、钛白粉、石英粉等；

（3）固化剂：与树脂预先混合；

（4）颜料：各种颜料；

（5）添加剂：流平剂、催化剂等。

这些原料先用搅拌机混合均匀后，输送到挤压机，加温到130℃左右，使它呈胶化状态；然后再挤压成像塑料布匹状的很脆胶体，输送到粉碎机里，磨成粉状，再经过筛网，按不同粒径大小筛选，并按预定的比例，把不同粒径的粉末颗粒混在一起包装、销售和使用。一般每一包装箱为20kg。按照喷涂质量的要求，一个包装箱中的粉末要有一部分大粒径的颗粒、一部分中等颗粒和一定的细小颗粒，按一定的比例混合进行喷涂。从粉末性能来说，大粒径颗粒多的情况，带电能力强，但流平性不好，涂层表面或内部容易有空隙，加热固化后中间的空气释放出来，会产生“针眼”；小粒径颗粒多的情况，带电能力较差，很难喷涂较厚的涂层。颗粒大小的配比要考虑到两方面因素：一是一般客户喜欢涂层较厚且有圆角，一般粉末涂层厚度为40~150μm，干膜厚为60μm，则粒径大的颗粒要多些，这样才能达到较好的喷涂效果，一般每公斤涂料大约可喷涂11~13m2；二是有些客户喜欢涂层比较薄且线条分明，则小粒径的颗粒要多些。目前国内厂家生产的热固性粉末涂料的粒度配比各有差异，但一般来说，大致是在每一包装箱中，粉末颗粒粒径＜100μm约占99%（或100%）；粒径32~99μm之间约占65%~70％。而美国厂商生产的粉末涂料，100%的颗粒粒径＜75μm，最小粒径＞48μm，粒径分布范围较窄（见图1）；欧洲厂商生产的粉末涂料，100%的颗粒粒径＜96μm，最小粒径＞48μm（见图2）。

图1美国粉末涂料粒径分布

图2欧洲粉末涂料粒径分布

用于热喷涂的热塑性粉末涂料的粒度配比则不同，例如聚乙烯粉末涂料的粒径分布为70~350μm，平均粒径约220~225μm，涂膜也很厚，平均涂层厚度为200μm左右。对于回收的粉末，一般大粒径的粉末由于带电能力强，附着力较好，回收量较少；小粒径的粉末则带电能力弱，附着力较差，回收量较多。同时，有一部分粉末在喷涂过程中粉碎得更细小，见图3。如果按照平均上粉率为50％计算，约50％过喷的粉末被回收。这部分回收的粉末如何与新粉混合使用，对喷涂质量的影响较大。

图3回收粉末的粒径分布

根据笔者多年的经验，一般来说，将过喷回收的粉末和新粉按30％和70％的比例混合使用时，效果较好，见图4。如果回收粉末比例过高，小粒径的粉末居多，再加上一次上粉率较低等原因，喷涂质量较差，涂层厚薄不均，会出现针眼、桔皮、漏底等现象；如果回收粉末比例过低，则无法有效利用过喷粉末，造成浪费，使喷涂成本增加。

图4回收粉末与新粉混合时的粒径分布

2.粉末粒径与筛网目数

国外厂商通常用目数来表示粉末颗粒大小，而国内常用粉末颗粒的最大长度（粒径）大小来表示。所谓目数是指每英寸长度上筛网的孔眼数目，目数越大，筛孔越多，孔径也就越小，例如：200目就是指每英寸长度上的筛孔数量为200个。粉末颗粒的大小用目数来表示，就是指刚好能通过筛网上筛孔的颗粒粒径，例如：粒径为75μm的粉末颗粒，刚好能通过目数为200目的筛网，而不能通过230目的筛网，因为230目的筛网孔径更小，为62μm。由于筛孔大小问题，也就是因为编织筛网时用的丝粗细不同，不同国家的标准也不一样，目前有美国、英国和日本3种标准，其中英国和美国的标准相近，日本标准的差别较大。我国目前采用美国标准。筛网目数与粒径的对应关系见表1。

表1筛网目数与粒径的对应关系

一般采用在目数前加正负号的方法来表示颗粒能否通过该目数的筛孔，负号表示颗粒能通过该目数的筛孔，即颗粒粒径小于筛孔尺寸；而正号则表示颗粒不能通过该目数的筛孔，即颗粒粒径大于筛孔尺寸。例如，颗粒为-200~+300目，即表示这些颗粒能从200目的筛孔通过而不能从300目的筛孔通过。在筛选这种目数的粉末颗粒时，应将200目的筛网放在上面，300目筛网放在下面，在目数大（300目）的筛网中留下的即为-200~+300目的粉末颗粒。

3.粉末的带电能力

粉末本身不是导电体，其电阻有大有小（一般都在几百兆欧以上）。高压静电喷涂时，喷枪上的放电针放出-30~-100kV的高压静电，阴离子便附着在粉末表面上，使粉末带负电荷，在静电场的作用下，被接地的工件正极所吸附。空气干燥时，放电针放出的电能约30%~40%附着在粉末上，而其他的电能则形成电场，产生电晕放电，电化粉末四周的空气分子。当喷房中的空气、喷粉的压缩空气以及粉末本身的湿度较高时，高压静电对粉末的电化率较低，而空气和水分都比粉末更容易电化。这样，在使用相同型号喷枪时，粉末本身带电的程度，除了与喷枪的放电能力、粉末本身的电阻高低有关外，还取决于空气湿度，以及这几个因素与粉末的比例。电晕的空气和水分都有助于粉末吸向接地的工件，继续喷涂粉末时，聚集在涂层表面的负电荷量继续增大，一部分电荷通过工件接地而消失，这时，表面达到一个静电平衡状态。脱离喷涂时，留在粉末表面的荷电量并不多，所以在未固化前粉末的附着力较差。随着时间的延长，粉末涂层表面上的电荷也逐渐被导流到接地的工件或在空间消失，由于这个情况的存在，粉末还会附着在工件上好几个小时，甚至几天的时间。视工件大小和粉末的绝缘力，在固化之前涂层上面仍有1~10kV不等的电压。但时间久了，最外层的有些粉末会脱落，或遇到轻微的气流时，会随风吹落。所以，喷涂好的工件最好能在当个工作日（8h）内固化完毕。若工件接地不良，电离子聚集在粉末表面而没有被导流到接地的工件或空间，这时，上面的电荷电压可达20~40kV以上，有可能出现自动打火现象，这很危险。对于静电喷涂来说，希望粉末带电能高，这样，用较小的电压可使粉末获得很高的一次上粉率，附着在被喷涂的工件上。但是达到此目的的同时，多余的粉末也同样地附着在接地的喷粉室的四周、地面、回收管道、悬挂输送链、吊具等处，增加了粉末的浪费，也影响周围环境，可能发生起火和爆炸的危险性增加。

4.上粉率问题

喷枪的一次上粉率是指喷涂时，喷涂到工件上的粉末数量与全部粉末数量（包括未喷上而被回收的粉末数量）之比，称之为沉积效率。粉末的回收量大小与沉积效率成反比，沉积效率越高，则粉末回收量越小。喷枪一次上粉率的大小与喷枪的类型、工艺参数、工件的形状以及喷涂方式有关。谈到粉末喷涂，不能忽视一次上粉率的重要性。好的喷枪可以达到80%的额定上粉率，这样只需考虑20%的粉末回收。许多厂家和客户只注意到喷枪的最大出粉量是多少，例如每小时24kg、每分钟出粉量400g等，其实压缩空气出气量和气压增大，出粉量就可以增大。但是，高压静电发生器能否向这么多的粉末充电是一个问题，不同厂家生产的喷枪不同，其质量的优劣比较就在这里。就喷枪而言，密集的粉末会互相挡住充电的途径，使后面的粉末充不到电，或只充到很少的电荷。从喷涂过程来看，当涂层表面达到静电平衡时，后面而来的粉末粒子和涂层表面上的粒子会发生相互排斥，甚至逆电离的相反运动而掉落，被回收设备回收。因此，出粉量要根据喷枪的带电能力来衡量，而不是单纯看每小时出粉量多少而不考虑这些粉末是否都充分带电，还要根据喷涂工件的形状，依据反复