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嘉峪檢測網(wǎng) 2022-06-13 21:49
摘要：介紹了金屬粉末涂料邦定原理，講述了各工藝參數(shù)對金屬粉末涂料穩(wěn)定性的影響。
0.引言
隨著人們生活水平的提高，人們對裝飾性材料的要求也越來越高；隨著環(huán)保要求的提升，對環(huán)境產(chǎn)生污染涂料在逐步減少。粉末涂料作為綠色環(huán)保涂料中的一員，每年的需求量都在增大，而金屬粉末涂料更是裝飾性涂料中重要一員。由于審美和對質(zhì)量要求的提升，金屬粉末涂料涂膜的金屬效果不穩(wěn)定性越來越受大家的重視，然而由于對金屬粉末涂料沒有系統(tǒng)的認知，致使很多從業(yè)人員對金屬粉末涂料涂膜的金屬效果穩(wěn)定性改善無從下手，本文帶大家系統(tǒng)的了解金屬粉末涂料的穩(wěn)定性。
1. 金屬粉末涂料
金屬粉末涂料作為粉末涂料的一種重要的裝飾類涂料，它是在粉末涂料的基礎，再加入金屬效果顏料，使得涂膜表面具有金屬效果，從而提高粉末涂料的裝飾效果。由于粉末涂料和金屬顏料的帶電性能不一樣，在相同的噴涂條件下，兩者的上粉率是不一樣的，在不同的噴涂條件下，兩者的上粉率發(fā)生改變，使得涂膜金屬顏料與粉末涂料的比例發(fā)生了較為明顯的變化，從而改變了涂膜的外觀效果與顏色。為了提高涂膜外觀的穩(wěn)定性，在更改噴涂工藝的情況下，我們需要涂膜表面的金屬顏料和粉末涂料的上粉比例變化不大。
目前金屬粉末涂料主流的生產(chǎn)方式有三種，第一種為金屬顏料與粉末涂料的原材料一同擠出與研磨，把金屬顏料和粉末涂料破碎成一個顆粒，消除了帶電性差異，這種生產(chǎn)方式可以得到很好的金屬穩(wěn)定效果的涂膜，但是在擠出的過程中，由于擠出設備的高溫和剪切，破壞了金屬顏料的外觀和顏色，使得涂膜的金屬效果發(fā)黑。第二種為金屬顏料和粉末涂料經(jīng)過簡單的攪拌與混合，使得金屬顏料與粉末涂料充分的分散，這種方法能很好的保護金屬顏料不被破壞，但沒有改變粉末涂料顆粒與金屬顏料的帶電性和上粉性，涂膜外觀金屬效果和顏色穩(wěn)定性較差。第三種為采用邦定工藝將金屬顏料和粉末涂料顆粒粘結(jié)在一起，兩種不同的個體組成一種新的個體，消除了帶電性的差異，從而提高了金屬顏料和粉末涂料在涂膜中比例的穩(wěn)定性，使得涂膜金屬效果穩(wěn)定性好，這是目前金屬粉末涂料最主流的生產(chǎn)方式。
2.邦定原理和邦定設備
粉末涂料邦定（Bonding）技術也叫熱粘結(jié)技術，主要是通過對粉末涂料加熱使得粉末涂料顆粒由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)而具有一定的粘結(jié)性，然后利用其粘結(jié)性使得金屬顏料與粉末涂料顆粒粘結(jié)在一起。在實際應用中，通過邦定機可以使金屬顏料與粉末涂料顆粒粘結(jié)在一起。
在生產(chǎn)中使用的邦定機，主要分為兩種，自摩擦式邦定機和熱傳遞式邦定機。自摩擦式邦定機，依靠攪拌槳與粉體之間的高速摩擦產(chǎn)生熱量，使得粉體的溫度上升，由于升溫效率受攪拌槳轉(zhuǎn)速的影響較大，而高轉(zhuǎn)速對金屬顏料的破壞性強，金屬顏料會有一定程度的破壞，直接表現(xiàn)為金屬顏料閃爍度下降。熱傳遞式邦定機，將外部的熱水或者熱油作為熱源，通過邦定機內(nèi)壁將熱量導入進邦定機內(nèi)，從而加熱粉體，可以有效地降低攪拌槳對金屬顏料的破壞，較好的保持金屬顏料的特性。
3.金屬粉末涂料生產(chǎn)工藝
金屬粉末涂料生產(chǎn)流程主要包括粉末涂料配方設計、金屬顏料選擇、邦定參數(shù)設定、檢驗、打包。每一個環(huán)節(jié)又涉及到許多的影響因素，通過生產(chǎn)流程一一了解。
3.1 粉末涂料配方設計
粉末涂料配方包含樹脂、固化劑、填料、助劑、顏料，生產(chǎn)工藝主要包括擠出和研磨。其中助劑含量低，主要是調(diào)節(jié)涂膜表面效果和涂膜性能，對金屬顏料粘結(jié)性影響很小。樹脂和固化劑屬于搭配使用的，樹脂含量的高低，對粉末涂料顆粒的粘性影響較大。粉末涂料顆粒的粘性是樹脂由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成高彈態(tài)的屬性，樹脂含量越高，高彈態(tài)的狀態(tài)下粘性也越大，對金屬顏料的粘結(jié)性越強，使得粉末涂料顆粒與金屬顏料粘合的牢固，提高了金屬粉末涂料的涂膜穩(wěn)定性。填料作為粉末涂料的填充物，與樹脂的用量相反，樹脂多則填料少。顏料作為粉末涂料的著色物，其遮蓋性較強，對比透明粉末涂料和遮蓋力強的粉末涂料，加入相同量的金屬顏料，透明粉末涂料更能顯現(xiàn)出金屬效果，而遮蓋性強的粉末涂料只能顯現(xiàn)出涂膜表面的金屬顏料。由表3-1實驗數(shù)據(jù)結(jié)果得知，樹脂量越高，涂膜的金屬效果越明顯，金屬粉末涂料在不同條件下噴涂的涂膜色差也越小，金屬效果穩(wěn)定性更好。
涂膜穩(wěn)定性說明：選擇兩個不同的噴涂條件，分別為50KV·0.1MPA和50KV·0.3MPA，其他噴涂參數(shù)相同，然后對比兩者涂膜的金屬效果。
擠出機主要作用是熔煉和混合粉末涂料基料，如果熔煉和混合效果不好，容易導致材料的分散性差，再經(jīng)過研磨之后，每個粉末涂料顆粒的差異性很大，即使能與金屬顏料粘結(jié)的很好，也會導致涂膜的不穩(wěn)定，甚至有各種涂膜缺陷。磨粉機可以控制粉末涂料的粒徑大小和粒度分布，從試驗結(jié)果表明，粒度分布越集中，金屬效果穩(wěn)定性越好；同時粒徑的大小，對金屬效果穩(wěn)定性也有影響，粒徑偏小，粉末涂料顆粒與金屬顏料的接觸面積小，不容易粘合在一起。通過試驗對比不同的中粒徑粉末涂料與金屬顏料的邦定穩(wěn)定性，選擇D50=26-40μm的粉末，由表3-2實驗結(jié)果得出，隨著粒徑的增大，涂膜金屬效果穩(wěn)定性也相應的提高。
涂膜穩(wěn)定性說明：選擇兩個不同的噴涂條件，分別為50KV·0.1MPA和50KV·0.3MPA，其他噴涂參數(shù)相同，然后對比兩者涂膜的金屬效果。
3.2 金屬顏料
目前能用于粉末涂料的金屬顏料種類很多，本文主要選擇使用量較多的鋁銀粉和珠光粉作為研究對象。鋁銀粉按粒徑分，分為細銀和粗銀，細銀粒徑小，遮蓋性強，在涂膜表面能形成很好的金屬質(zhì)感；粗銀也叫閃光銀，遮蓋性差，金屬反光效果好，在涂膜表面可以形成閃爍效果。鋁銀粉按耐候性分，有普通耐候，高級耐候和超級耐候，主要是各自耐候的年限不一樣。按涂膜效果分為浮銀和非浮銀，浮銀主要分布在涂膜的表層，而非浮銀是分散在涂膜中。由于鋁金屬容易被氧化，我們使用的鋁銀粉都是經(jīng)過表面處理的，一般使用樹脂將鋁片包覆，使得鋁銀粉的帶電性接近粉末涂料，并且與粉末涂料容易粘結(jié)在一起，不同粒徑的鋁銀粉與粉末涂料的粘結(jié)性不一樣，細銀需要的粘結(jié)面較小，比粗銀更容易與粉末涂料粘結(jié)。
珠光主要分為合成珠光和天然珠光，天然的珠光顏色較為單一，且耐剪切性較差，經(jīng)過邦定工藝容易被破碎，珠光粒徑整體變小，閃爍度也下將，粒徑整體的變化程度受攪拌的時間和轉(zhuǎn)速影響。合成珠光耐剪切性較好，顏色豐富，而且還有幻彩變色效果，目前就有幻彩珠光應用于高檔汽車。就金屬粉末涂料邦定工藝而言，珠光顏料的穩(wěn)定性比鋁銀粉差，由于珠光顏料主要由云母和金屬氧化物組成，金屬氧化物將云母片包覆在其中，而粉末涂料具有粘結(jié)性的樹脂是有機化合物，兩者的相容性較差，并且?guī)щ娦圆町愋砸草^大，所以整體的穩(wěn)定性比較差，在使用珠光顏料的過程中，需要把控珠光顏料的用量，降低珠光顏料對涂膜的遮蓋，可以相應的提高金屬粉末涂料的穩(wěn)定性。
由表3-3對比邦定前后鋁銀粉和珠光顏料，鋁銀粉與粉末涂料的粘結(jié)性更好，而珠光顏料與粉末涂料的粘結(jié)性較差。
3.3 邦定工藝
邦定工藝主要涉及投料量、金屬顏料投入時間、熱水溫度、升溫攪拌轉(zhuǎn)速、邦定溫度、邦定時間、邦定攪拌轉(zhuǎn)速、冷水溫度、降溫攪拌轉(zhuǎn)速、放料溫度。
3.3.1 投料量
一般邦定機的投料量都有個有效的范圍，過多或者過少對邦定穩(wěn)定性都有影響，物料過多，邦定機內(nèi)上部的粉不能被攪拌槳攪拌，使得上部與下部的粉無法混合與分散，導致整體顏色不均勻。而物料投入過少，在物料升溫之后，物料容易粘附在邦定機內(nèi)壁，導致金屬顏料與粉末涂料分散不均勻，增加了不穩(wěn)定性。邦定機投料量接近的情況下，能降低每缸邦定金屬粉末涂料之間的差異性，可以有效的減少批次間的色差。
3.3.2 金屬顏料投入時間
金屬顏料的投入時間，主要受金屬顏料、攪拌槳轉(zhuǎn)速、涂膜金屬效果影響。高攪拌速度使得攪拌槳具有高剪切力，從而對金屬顏料造成破碎，使得金屬顏料粒徑變小，閃爍度下降。為了保護金屬顏料，可以減少金屬顏料被攪拌的時間，選擇在物料溫度接近邦定溫度時，再投入金屬顏料；對于金屬效果受粒徑變化影響較小的金屬顏料或者耐剪切的金屬顏料，可以選擇與粉末涂料一同投入邦定機
3.3.3 熱水溫度
熱水溫度直接影響邦定機內(nèi)物料的升溫速率，熱水溫度過低，升溫速度慢，生產(chǎn)效率低，同時增加了金屬顏料被破壞的時間，加大了金屬顏料被破壞的程度；熱水溫度過高，導致物料溫度過高而容易吸附在邦定機內(nèi)壁。一般把熱水溫度設置為高于邦定溫度10℃左右，這樣既能加快物料升溫，又不會使得物料吸附在邦定機內(nèi)壁。
3.3.4 升溫攪拌速度
對于摩擦式邦定機，升溫攪拌速度很重要，低速度產(chǎn)生的熱量不足以使物料升溫，從而只能選擇高攪拌速度；而熱傳遞式邦定機，升溫攪拌速主要起到輔助的作用，可以根據(jù)邦定需要設置升溫攪拌速度。
3.3.5 邦定溫度
物料的邦定溫度，主要取決于粉末涂料的狀態(tài)。如果粉末涂料在某一溫度具有很高的粘結(jié)性，容易與金屬顏料粘結(jié)在一起，同時又不會使得粉末涂料相互之間粘結(jié)在一起，則當前的溫度可以作為粉末涂料的邦定溫度。在生產(chǎn)的過程中，一般可以設定高于樹脂的玻璃化溫度10℃作為邦定溫度，然后通過穩(wěn)定性的檢驗，調(diào)節(jié)邦定溫度，使得粉末涂料處于最佳邦定溫度。根據(jù)表3-4，提高邦定溫度，可以提高邦定穩(wěn)定性，降低金屬粉末涂料在不同噴涂條件下涂膜的色差。
涂膜穩(wěn)定性說明：選擇兩個不同的噴涂條件，分別為50KV·0.1MPA和50KV·0.3MPA，其他噴涂參數(shù)相同，然后對比兩者涂膜的金屬效果。
3.3.6保溫時間
在粉末涂料具備粘結(jié)性的情況下，粉末涂料與金屬顏料的粘結(jié)程度受邦定時間的影響較大，過短的邦定時間使得很多游離的金屬顏料沒有與粉末涂料粘合在一起。在一定的時間范圍內(nèi)，邦定時間的延遲能增加粉末涂料與金屬顏料的粘結(jié)程度和粘結(jié)數(shù)量，超過了一定的時間，延遲邦定時間對粉末涂料與金屬顏料的結(jié)合促進作用很小。根據(jù)實驗和生產(chǎn)經(jīng)驗，保溫時間設置在3-5分鐘，能使得粉末涂料與金屬顏料充分的粘結(jié)在一起。
3.3.7邦定攪拌槳速度
在物料處于邦定保溫階段，攪拌槳的運行速度也很重要，必須維持在不破壞金屬顏料和粉末涂料粘結(jié)的情況下，也能使得粉末涂料和金屬顏料處于運動狀態(tài)，便于兩者撞擊相互粘結(jié)在一起，同時還能起到調(diào)節(jié)物料溫度的作用，使得粉末涂料一直處在高彈態(tài)而保持粘結(jié)性，邦定攪拌速度的設定需要結(jié)合邦定機的特性。
3.3.8冷卻水溫度
在粉末涂料和金屬顏料的粘結(jié)達到一個動態(tài)平衡的情況下，已經(jīng)不能使得更多的粉末涂料和金屬顏料粘結(jié)在一起，則意味著邦定已經(jīng)飽和，需要降溫使得兩者牢牢的粘結(jié)在一起。冷卻水的溫度對冷卻時間起到?jīng)Q定性的作用，水溫低，則冷卻時間短，減少了攪拌槳在降溫過程中對已經(jīng)結(jié)合的粉末涂料和金屬顏料的破壞，也能提高生產(chǎn)效率。但是水溫也不能太低，由于邦定機內(nèi)壁由金屬物構(gòu)成，很容易因溫度太低而使得空氣中的水蒸氣液化而吸附在邦定機內(nèi)壁，導致粉末涂料受潮，一般推薦冷卻水設定為18-20℃。
3.3.9冷卻攪拌速度
冷卻過程中，攪拌槳還是處于運動狀態(tài)的，如果轉(zhuǎn)速太低，容易造成還沒有冷卻的粉末涂料相互粘結(jié)在一起，而轉(zhuǎn)速太高，造成降溫緩慢，生產(chǎn)效率低，一般設置為邦定轉(zhuǎn)速的一半即可。
4.金屬粉末涂料穩(wěn)定性的檢驗
金屬粉末涂料經(jīng)過了邦定工藝，需要相應的檢驗，既是檢驗涂膜的金屬效果穩(wěn)定性，也是檢驗涂膜的外觀是否符合要求。檢驗金屬效果穩(wěn)定性，常用的方法有對比不同噴涂工藝下涂膜的金屬效果、測量金屬粉末涂料的粒徑、對比旋風分離前后金屬粉末涂料的金屬效果等。為了滿足客戶的使用要求，一般選擇客戶的噴涂工藝作為參考，在此噴涂工藝基礎上更改，檢驗金屬粉末涂料的穩(wěn)定性是否符合客戶的使用要求。
5.結(jié)語
目前的邦定工藝，主要是粉末涂料與金屬顏料的物理粘結(jié)，不管如何提高金屬粉末涂料的邦定穩(wěn)定性，其不穩(wěn)定的特性是不能改變的，所以除了優(yōu)化金屬粉末涂料邦定工藝，也應該通過控制其他的工藝降低金屬粉末涂料的不穩(wěn)定性，同批次生產(chǎn)的金屬粉末涂料盡量保持一致，其中包括生產(chǎn)工藝、檢驗工藝以及噴涂工藝。同時，配方的設計需要注意金屬粉末涂料的涂膜與底色粉末涂料涂膜的顏色差距，盡量減小兩種之間的色差，可以避免因為金屬效果的輕微波動而導致涂膜整體效果變化太大。
來源：會2021中國粉末涂料與涂裝
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