今天小編為大家分享的是關(guān)于粉末涂料的涂裝工藝技術(shù)的文章，有關(guān)注的朋友一起來看看吧。

粉末涂料的涂裝工藝技術(shù)

2.1 流化床涂裝

在粉末涂裝中流化床涂裝工藝的工業(yè)化生產(chǎn)較早。表9為流化床涂裝工藝的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.1.1 涂裝原理

流化床的工作原理是將讓均勻分布的空氣流通過粉末層，使粉末微粒翻動呈流態(tài)化。氣流和粉末建立平衡后保持一定的界面高度。將需涂敷的工件預(yù)熱后放入粉末流化床中浸涂，得到均勻的涂層，最后加熱固化（流平）成膜。

流化床是固體流態(tài)學(xué)的第二階段，也是比較復(fù)雜和難以控制的階段，固體流態(tài)化過程分為三個(gè)階段：固定床階段、流化床階段、氣流輸送階段。從理性上認(rèn)識這三個(gè)階段的特點(diǎn)和相互關(guān)系，對于掌握流化床涂裝技術(shù)是很重要的。 （1）固定床階段

當(dāng)流體速度很小時(shí)，固體粉末顆粒靜止不動，流體從粉末顆粒間隙穿過，當(dāng)流體速度逐漸增大時(shí)，固體顆粒位置略有調(diào)整，即顆粒間排列方式發(fā)生變化，趨向松動的傾向，此時(shí)固體顆粒仍保持相互接觸，床內(nèi)粉層高度H與粉末層體積沒有變化，這個(gè)階段用圖10中的ab段表示。此階段床內(nèi)粉層高度并不隨流體速度的增大而增加。但是△P卻隨流體速度的增大而增加，圖中W為流體速度，Wkp為臨界速度，Wm；在固定床的基礎(chǔ)上，繼續(xù)增大流速W，床層開始膨脹和；流體速度繼續(xù)增加到某一極限速度時(shí)，固體粉末顆粒被；圖1H、ΔP與W的關(guān)系曲線；2.1.2流化床的均勻性；流化床內(nèi)粉末流化狀態(tài)的均勻性是保證涂膜均勻性的關(guān)；引起流化床床層不均勻的另一原因是溝流現(xiàn)象（見圖2；開始運(yùn)動，遠(yuǎn)離孔渠的粉粒則可能仍維持在固定床狀態(tài)；要均勻

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而增加，圖中W為流體速度，Wkp為臨界速度，Wmax為極限速度。 （2）流化床階段

在固定床的基礎(chǔ)上，繼續(xù)增大流速W，床層開始膨脹和松動，床層高度開始增加，每個(gè)粉末顆粒均被流體托浮起來，離開原來的位置作一定程度的位移，即進(jìn)入流化床階段。隨著流體速度的繼續(xù)增大，粉末運(yùn)動加劇且做上下翻滾，如同液體加熱達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)的沸騰狀態(tài)。這個(gè)階段用圖10中的bc段表示。此時(shí)床內(nèi)粉層膨脹，高度隨流體速度的增大而增加，但床內(nèi)壓強(qiáng)并不增大。因此在一個(gè)較大范圍內(nèi)變動流速而不影響流體所需的單位功率。這是流化床的特征之一。圖1的b點(diǎn)就是固定床與流化床的分界點(diǎn)，稱為“臨界點(diǎn)”，此時(shí)的速度稱為“臨界速度”。 （3）氣流輸送階段

流體速度繼續(xù)增加到某一極限速度時(shí)，固體粉末顆粒被流體從流化床中吹送出來，這個(gè)階段稱為氣動輸送階段。從圖1中c點(diǎn)開始即為此階段。C點(diǎn)處的速度稱為流化床的極限速度。因此在掌握流化床涂裝技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)將流體速度保持在臨界速度Wkp和極限速度Wmax之間。

2.1.2 流化床的均勻性

流化床內(nèi)粉末流化狀態(tài)的均勻性是保證涂膜均勻性的關(guān)鍵因素，當(dāng)氣體流速不太大時(shí)，床層比較平穩(wěn)，若加大流速（即增加流化數(shù)）W（W=W/Wkp），床層內(nèi)粉粒運(yùn)動加劇，就會出現(xiàn)氣泡，氣泡隨著流化數(shù)W的增加由小變大。出現(xiàn)大氣泡時(shí)粉粒被強(qiáng)烈地?cái)嚢璧浇缑嫔戏?，再增大W時(shí)，大氣泡就可能占據(jù)流化床整個(gè)截面，這時(shí)床層將被割成幾段，產(chǎn)生“氣截”、“騰涌”等現(xiàn)象，如圖2a所示。大氣泡猛烈沖擊粉粒，當(dāng)氣泡破裂時(shí)，粉粒被拋得很高，然后落入床層內(nèi)。氣截現(xiàn)象將引起壓強(qiáng)的劇烈波動，并惡化氣流與固體粉粒的接觸，使壓強(qiáng)比正常情況要大。

引起流化床床層不均勻的另一原因是溝流現(xiàn)象（見圖2b）。粉末粒度不均勻，細(xì)小顆粒容易產(chǎn)生內(nèi)聚而形成孔渠。氣流從孔渠中流過的現(xiàn)象稱為“溝流”或“氣溝”。溝流現(xiàn)象會使床層趨于不均勻，壓強(qiáng)降波動比較大。首先是由孔渠中的小顆粒轉(zhuǎn)入流化，繼而兩旁粉粒

開始運(yùn)動，遠(yuǎn)離孔渠的粉粒則可能仍維持在固定床狀態(tài)。截面較大的流化床中粉末流態(tài)化不均勻主要是由“大氣泡”和“溝流”現(xiàn)象引起的。

要均勻控制流化床是比較困難的，流化數(shù)必須經(jīng)過大量試驗(yàn)才能找出最佳值。流化數(shù)的確定以能夠進(jìn)行流化床涂敷操作為標(biāo)準(zhǔn)。沒有必要苛求絕對均勻。剛開啟流化床時(shí)，氣量給得小一些，隨后逐漸增加氣量，達(dá)到相對均勻就可進(jìn)行涂裝操作了。流化床內(nèi)粉末的懸浮率最高可達(dá)30%～50%。

2.1.3 流化床主要設(shè)備

流化床是涂裝操作的關(guān)鍵設(shè)備。它主要由氣室、微孔透氣隔板和流化槽三部分組成。圖12是較為常見的流化床結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)為：

（1）氣室部分采用環(huán)形的銅管出風(fēng)，并在兩塊多孔的均壓板之間夾一層羊毛氈，使上升氣流更均勻。

（2）流化槽的槽壁具有1:10的錐度，有利于粉末的均勻流動。為了提高流化槽的空間利用率，流化槽亦可做成矩形或橢園形。

（3）流化槽可用鋼板、鋁合金板、聚氯乙烯板或有機(jī)玻璃板等材料制作。

流化槽底部振動裝置機(jī)構(gòu)可使槽內(nèi)粉末流化更均勻，并并減少粉塵飛揚(yáng)，稱為振動式流化床（如圖3所示）。

微孔透氣隔板是保障流化床達(dá)到均勻流化狀態(tài)的主要元件，微孔板有微孔陶瓷板、聚乙烯或聚四氟乙烯微孔板。采用環(huán)氧粉末和石英砂粘合制作的微孔板機(jī)械性能優(yōu)良。微孔板每平方米的透氣量一般為60～100m3/h左右，氣孔尺寸在1.6～85μm范圍內(nèi)。

2.1.4 涂裝工藝

工件采用流化床工藝涂裝所獲得的涂膜厚度與以下一些因素有關(guān)：被涂工件的材質(zhì)、工件的熱容量、基材的直徑或厚度、工件加熱溫度、工件加熱時(shí)間、浸粉時(shí)間以及粉末涂料的性能（見圖4）。

流化床涂裝的工藝流程如下：

（1）工件預(yù)熱

工件預(yù)熱溫度一般比粉末涂料熔化溫度高30～60℃。預(yù)熱溫度過高會導(dǎo)致粉末樹脂裂解，涂膜產(chǎn)生氣泡、焦化、過厚或流掛等現(xiàn)象；預(yù)熱溫度過低會造成涂膜流平不好、不平整，達(dá)不到涂膜厚度要求等弊病，熱容量大的工件預(yù)熱溫度要偏低一些，熱容量小的工件預(yù)熱溫度要偏高一些。

預(yù)熱后的工件在浸涂時(shí)與粉末之間發(fā)生熱量傳遞。熱量從工件傳遞給粉末，使粉末溫度上升至熔融溫度從而粘附在工件表面達(dá)到初步流平。該過程傳遞的熱量可用下式計(jì)算：

△H= mCp△T

式中：m——粘附于工件上的粉末質(zhì)量

Cp——粉末的比熱

△T——粉末與工件的溫差

（2）流化床浸涂

預(yù)熱后的工件迅速浸入流化槽中，粉末熔融粘附于工件表面，工件沉浸于粉層中應(yīng)保持運(yùn)動狀態(tài)，如轉(zhuǎn)動或水平/垂直方向的移動，這有利于工件的均勻涂裝。圖5是高密度聚乙烯粉末涂料浸涂時(shí)間與涂膜厚度的關(guān)系曲線。對于要求涂膜特別厚的工件而言，可以進(jìn)行多次涂敷，多次涂敷既能保證工件達(dá)到所需厚度，又能避免涂層產(chǎn)生氣泡，消除針孔等缺陷。造成涂膜不均勻的因素有：

— 粉末流化是由于向上的氣流造成的。與液體有本質(zhì)的不同，因此只要局部氣流受阻，

就會出現(xiàn)局部粉末流化狀態(tài)不好，造成工件上部表面粉末堆積，下部表面涂膜卻很薄或不連續(xù)，阻擋面積越大這種現(xiàn)象越嚴(yán)重，因此應(yīng)盡量使工件最小截面垂直浸入床內(nèi)粉層。

— 工件下部總是先浸入粉層中而又是最后離開粉層，所以工件涂裝后總存在著上下部

位涂膜厚度的差異。一般采取工件鄱轉(zhuǎn)180℃涂裝以消除涂層的不均勻性。

— 粉末流化不均勻，使槽內(nèi)各部位的粉末密度不同，也會造成涂膜的不均勻。因而選

擇透氣均勻的微孔板和采用振動式流化床涂裝是非常重要的。

圖5 高密度聚乙烯的積粉時(shí)間與涂層厚度的關(guān)系

（3）加熱固化（塑化）

加熱固化工序?qū)峁绦苑勰﹣碇v使樹脂獲得充分交聯(lián)聚合；對熱塑性粉末而言則進(jìn)一步流平成膜。圖15反映了固化時(shí)間對涂膜性能的影響。

圖6 固化時(shí)間對涂層性能的影響

適用于流化床涂敷的粉末涂料粒徑以100～200μm較好，該粒度范圍的粉末重量應(yīng)占粉末總重量的70%～80%。

2.1.5 應(yīng)用實(shí)例

流化床浸涂鋼絲的生產(chǎn)工藝過程如圖7所示。

圖7 鋼絲粉末流動浸塑示意圖

（1）鋼絲表面預(yù)處理

預(yù)處理包括酸洗、磷化和水洗等工序，磷化效果的好壞對涂膜與鋼絲之間的附著力影響

很大（見表10）。

表10的試驗(yàn)條件為：

— 涂裝用聚乙烯粉末涂料的熔融指數(shù)為0.6g/10min。

— 耐環(huán)境應(yīng)力開裂試驗(yàn)是將涂塑鋼絲緊密纏繞10圈，芯徑為鋼絲直徑8倍的彈簧，

將試樣浸入純海鷗洗滌劑中保溫25℃，觀彈簧圈上涂膜出現(xiàn)開裂的起始時(shí)間。 — 耐沖擊試驗(yàn)中的沖頭曲面半徑為300mm。自由下落的高度為100mm。 — 耐滾壓試驗(yàn)的速度為15～30mm/s，行和為600mm，一個(gè)往復(fù)計(jì)為一次。 — 涂膜粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)是將100mm的涂塑鋼絲一端留下長15m的涂膜，其余涂膜剝?nèi)ィ?/p>

并清除干凈，在拉力機(jī)上測定把留下的涂膜撥出所需的抽力，再除以涂膜與鋼絲的粘結(jié)面積。

— 涂膜腐蝕擴(kuò)展試驗(yàn)是將涂塑鋼絲試樣的中間部位切開10mm的環(huán)形切口，并把涂膜

清除干凈，然后彎成U形，將其投入1%的 Na2SO4溶液中，以試樣為陰極，在試樣和溶液間施加100V的直流電壓，并使通過試樣的電流恒定為10mA，在室溫下試驗(yàn)100h，檢查試樣切口處涂膜與鋼絲間腐蝕擴(kuò)展的最大距離。

從表10可見鋼絲經(jīng)磷化、鈍化處理后涂塑，形成的涂膜粘結(jié)力最好，鍍鋅鋼絲的涂膜粘結(jié)力次之、鍍銅鋼絲最差。 （2）鋼絲預(yù)熱

預(yù)先加熱鋼絲使其溫度高于涂料熔點(diǎn)，并儲存足夠熱量，以保證粉末涂料的熔融粘附量，鋼絲的表面溫度按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

To=mTk

式中：To—涂塑前鋼絲進(jìn)入流化床時(shí)的表面溫度；

Tk—粉末涂料的熔融溫度；

m—鋼絲進(jìn)入流化床前的降溫系數(shù)，m值取1.17～1.24。 預(yù)熱爐氣溫由下式求得：

Tc=CTo

式中：Tc—鋼絲預(yù)熱爐氣溫；

To—涂塑前鋼絲進(jìn)入流化床時(shí)的表面溫度；

C—鋼絲規(guī)格系數(shù)，一般取2.01～2.46。

(3) 鋼絲浸塑

預(yù)熱好的鋼絲進(jìn)入流化床中，流化床內(nèi)粉末的流動狀態(tài)應(yīng)調(diào)整到最佳狀態(tài)并控制好鋼絲的線速度，鋼絲沉浸于粉層中的時(shí)間越長其涂膜越厚。涂膜厚度與鋼絲溫度和速度等因素的關(guān)系可用下式計(jì)算：；(T1－T2)tS=C’————ε’M’；式中：S—鋼絲表面的涂膜厚度，mm；；C—鋼絲規(guī)格及速度系數(shù)，取2.01～2.46；；T1—鋼絲進(jìn)入流化床的溫度，℃；；T2—鋼絲從流化床出來的溫度，℃；；t—鋼絲與流化床中粉末接觸的時(shí)間，min；；ε’—流化床中粉末的流化狀態(tài)，g/cm3；M’—流化床透氣板的透氣率，m3/㎝2；；（4）固（塑）

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關(guān)系可用下式計(jì)算：

(T1－T2)t S=C’———— ε’M’

式中：S—鋼絲表面的涂膜厚度，mm；

C—鋼絲規(guī)格及速度系數(shù)，取2.01～2.46；

T1—鋼絲進(jìn)入流化床的溫度，℃；

T2—鋼絲從流化床出來的溫度，℃；

t—鋼絲與流化床中粉末接觸的時(shí)間，min；

ε’—流化床中粉末的流化狀態(tài)，g/cm3

M’—流化床透氣板的透氣率，m3/㎝2；

（4）固（塑）化

鋼絲經(jīng)流化床浸涂后涂膜尚不能完全熔融流平固化，還需進(jìn)入烘道進(jìn)行固（塑）化。塑化溫度應(yīng)低于粉末涂料的分解點(diǎn)，溫度過高會造成樹脂裂解、發(fā)黃，過低則塑化流平不充分。不同粉末涂料的塑化溫度不同，常用熱塑性粉末涂料的塑化溫度見表11。