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靜電粉末涂裝作業的常見問題及解決方法

發布時間:2018-10-23人氣:27

1 涂層雜質 常見雜質主要來源于噴粉環境中的顆粒,以及其他各種因素引起的雜質,現概括如下。 1.1 固化爐內雜質。解決方法是用濕布和吸塵器徹底清潔固化爐的內壁,重點是懸掛鏈和風管縫隙處。如果是黑色大顆粒雜質就需要檢查送風管濾網是否有破損處,有則及時更換。 1.2 噴粉室內雜質。主要是灰塵、衣物纖維、設備磨粒和噴粉系統積垢。解決方法是每天開工前使用壓縮空氣吹掃噴粉系統,用濕布和吸塵器徹底清潔噴粉設備和噴粉室。 1.3 懸掛鏈雜質。主要是懸掛鏈擋油板和一次吊具接水盤(材質為熱鍍鋅板)被前處理酸、堿蒸氣腐蝕后的產物。解決方法是定期清理這些設施 1.4 粉末雜質。主要是粉末添加劑過多、顏料分散不均、粉末受擠壓造成的粉點等。解決方法是提高粉末質量,改進粉末儲運方式。 1.5 前處理雜質。主要是磷化渣引起的大顆粒雜質和磷化膜黃銹引起的成片小雜質。解決方法是及時清理磷化槽和噴淋管路內積渣,控制好磷化槽液濃度和比例。 1.6 水質雜質。主要是前處理所使用的水中含砂量、含鹽量過大引起的雜質。解決方法是增加水過濾器,使用純水做為最后兩級清洗水。 2 涂層縮孔 2.1 前處理除油不凈或者除油后水洗不凈造成表面活性劑殘留而引起的縮孔。解決方法是控制好預脫脂槽、脫脂槽液的濃度和比例,減少工件帶油量以及強化水洗效果。 2.2 水質含油量過大而引起的縮孔。解決方法是增加進水過濾器,防止供水泵漏油。 2.3 壓縮空氣含水量過大而引起的縮孔。解決方法是及時排放壓縮空氣冷凝水。 2.4 粉末受潮而引起的縮孔。解決方法是改善粉末儲運條件,增加除濕機以保證回收粉末及時使用 2.5 懸掛鏈上油污被空調風吹落到工件上而引起的縮孔。解決方法是改變空調送風口位置和方向。 2.6 混粉而引起的縮孔。解決方法是換粉時徹底清理噴粉系統 3 涂層色差 3.1 粉末顏料分布不均勻引起的色差。解決的方法是提高粉末質量,保證粉末的L、a、b相差不大而且正負統一。 3.2 固化溫度不同引起的色差。解決方法是控制好設定溫度和輸送鏈速度,以保持工件固化溫度和時間的一致性和穩定性。 3.3 涂層厚薄不均勻引起的色差。解決方法是調整好噴粉工藝參數和保證噴粉設備運行良好以確保涂層厚度均勻一致 4 涂層附著力差 4.1 前處理水洗不徹底造成工件上殘留脫脂劑、鉻化渣或者水洗槽被堿液污染而引起的附著力差。解決方法是加強水洗,調整好脫脂工藝參數以及防止脫脂液進入磷化后的水洗槽。 4.2 磷化膜發黃、發花或者局部無磷化膜而引起的附著力差。解決方法是調整好磷化槽液濃度和比例,提高磷化溫度。 4.3 工件邊角水分烘干不凈而引起的附著力差。解決方法是提高烘干溫度 4.4 固化溫度不夠而引起的涂層大面積附著力差。解決方法是提高固化溫度 4.5 深井水含油量、含鹽量過大而引起的附著力差。解決方法是增加進水過濾器,使用純水做為最后2道清洗水??傊?,粉末靜電噴涂技術及其應用方法還有很多,在實踐中需要靈活運用。 5 粉末涂層桔皮 5.1 粉末涂料桔皮外觀的判斷方法: (1)目測法 在此測試中,樣板置于雙管熒光燈下。通過適當放置樣板可獲得樣板的反射光源。定性分析反射光的清晰度就可以從視覺上評估流動和流平性質。在流動性差(桔皮)情況下,兩個熒光燈管看起來模糊,不清晰,而高流動性產品則可獲得清晰的反射。 (2)“外形測量法” 在此方法中,通過高靈敏探針的偏移來記錄表面形狀。由此可快速區別由縮孔、針孔或臟污物引起的粗糙、桔皮以及流動不佳引起  5.2 避免桔皮的發生 在新設備制造涂裝中,涂層外觀變得越來越重要。因此,涂料工業的主要目標之一是根據用戶的最終要求使涂料性能達到最佳,這其中也包括表面外觀滿意。表面狀況通過顏色、光澤、霧影度和表面結構等因素影響視覺效果。光澤和映象清晰度常用于控制涂層的外觀。然而即使用對光澤度很高的涂膜,其表面的波動度也影響著整個涂膜的外觀,同時認為光澤測量也控制不了波動的視覺效果,這種效應也被稱為“桔皮”。 桔皮或微波動是尺寸大小在0.1mm~10mm之間的波紋狀結構。在高光澤的涂層表面,人們可看到波狀、明暗相間的區域??梢詤^分兩種不同等級的波動:長波動,也稱為桔皮,這是間隔達2~3距離上能觀察到的波動;另一種叫短波動或微波動,這是間距約50cm處觀察到的波動。 要指出的是有時為了遮蓋底材的表面缺陷或者獲得特殊的涂層表面外觀,而有目的的設計一定的波動度或波紋結構。 因此,“桔皮”可定義為“高光澤表面的波狀結構”,其使漆層表面產生斑紋、未流平的視覺外觀。 粉末涂料涂膜的視覺外觀(光澤、霧影度、流平桔皮)的控制非常重要,特別是在不同埸合噴涂的部件組裝時。 影響粉末涂料中涂膜流動和外觀的因素: 在工業涂料中、粉末涂料在制備和成膜過程中的相變化是獨特的。由于缺乏溶劑來潤濕和提高涂膜流動性,導致粉末涂料比液體涂料更難去除表面缺陷。雖然兩者的主要組份類似,但相比于液體涂料、熱固性的粉末涂料立足于十分不同的機理。 粉末涂料是無溶劑的均一體系。在制備過程中,顏料和其它組份通過熔融混合被分散和部分包裹于低分子固體樹脂中。粉末涂料使用是通過空氣把粉末傳送到底材上(粉末懸浮于空氣中),再通過電荷使之附著于底材上。在預定的溫度下加熱,使粉末顆粒熔化、聚集在一起(聚結),流動(成膜),接著流平,這期間通過一個有粘性的液態階段潤濕表面),最后化學交聯形成高分子量的涂膜,這就是粉末涂料的成膜過程。 粉末涂料的桔皮問題 影響涂膜流動和外觀的因素: 成膜過程可分為熔融聚結,形成涂膜,流平三個階段,在給定溫度下,控制熔融聚結速度最重要的因素是樹脂的熔點、熔融態粉末顆粒的粘度以及粉末顆粒的大小。為了使流動效果最佳,熔融聚結應當盡可能快地完成,以便有較長時間來完成流平階段。固化劑的使用縮短了可供流動和流平所需的時間,因而那些極為活性的粉末形成的涂膜常呈現桔皮。 影響涂膜流動和流平的關鍵因素是樹脂的熔融粘度、體系的表面張力和膜厚。轉而,熔融粘度尤其取決于固化溫度、固化速度和升溫速率。 以上提及的種種因素,連同粒徑分布和膜厚,通常由所要求的涂膜性能、被涂物件和粉末施工條件等所決定。 粉末噴涂時流動和流平的動力來自體系的表面張力,這一點前面也曾經提到。該作用力同施加到涂膜上的分子間引力相反,其結果導致如熔融粘度越高,則對抗流動和流平的阻力越大。因此,表面張力和分子間引力之間的差值大小決定著涂膜流平的程度。 對于流動性很好的涂料,顯然,該體系的表面張力應盡可能高,且熔融粘度盡可能低。這些可通過加入能提高體系表面張力的助劑和使用低分子量低熔點的樹脂來實現。 根據以上條件制備的涂料能具有極好的流動性,但是由于其高的表面張力會導致縮孔,同時由于較低的熔融粘度會產生流掛,且邊角涂覆性差。實際工作中,體系的表面張力和熔融粘度都控制在特定范圍內,這樣可得到合格的涂膜表面外觀。 表面張力和熔融粘度對涂膜流動的影響見圖2.圖中可以看到,太低的表面張力或太高的熔融粘度會阻止涂膜流動,導致涂膜流動性差,而表面張力太高時成膜過程中會出現縮孔。熔融粘度太低會使粉末的物理貯存穩定性變差,施工時邊角涂覆性差,且施工于立面時產生流掛。 綜上所述,很明顯,得到的粉末涂料涂膜最后的表面狀況、缺陷和不足(如桔皮,流動性差,縮孔,針孔等)是相互密切關聯的,同時也被在成膜過程中參與相變的流變力所控制。 粉末顆粒大小分布狀況也影響著涂膜的表面外觀。顆粒越小,由于其熱容較大顆粒的低,因此其熔化時間比大顆粒的短,聚結也較快,形成涂膜的表面外觀較好。而大的粉末顆粒熔化時間比小顆粒的長,形成的涂膜就可能會產生桔皮效應。粉末靜電施工方法(電暈放電或摩擦放電)也是導致桔皮形成的一個因素。 怎樣減小或避免桔皮效應 促進流動和流平能減少或避免桔皮。體系使用較低的熔融粘度、固化過程中延長流平時間以及較高的表面張力可提高流動和流平性??刂票砻鎻埩μ荻仁菧p少桔皮的重要參數,同時還要控制涂膜表面的表面張力均勻,以獲得最小的表面積。 實際工作中常使用流動促進劑或流平劑來改善涂膜外觀,以消除桔皮、縮孔、針孔等表面缺陷。性能好的流動促進劑能降低熔融粘度,從而有助于熔融混合和顏料分散,提高底材的潤濕性,涂層的流動流平,有助于消除表面缺陷以及便于空氣的釋放。應考察流動改性劑用量與效果的關系。其用量不足會導致縮孔和桔皮,而用量過多又會導致失光、霧影,并產生對上層重涂附著力的問題。通常,流動改性劑在預混時加入。它們或做成樹脂的母料(樹脂和該添加劑的比為9/1~8/2),或者以粉末狀吸附在無機載體上。粉末涂料中該添加劑的用量為0.5~1.5%(在以基料計算的有效聚合物中),但是在濃度較低時可能效果也不錯。流動改性劑中聚丙烯酸酯系樹脂應用最廣,如聚丙烯酸丁酯(“Acronal4F”)、丙烯酸乙酯-丙烯酸乙基己酯共聚物和丙烯酸丁酯-丙烯酸己酯共聚物等。它們可在濃度很寬的范圍內使用。一般聚丙烯酸酯對表面張力影響很小,它們能有助于涂層形成比較恒定的均勻表面。同那些使表面張力降低的添加劑(如硅氧烷等)相比,它們不會降低表面張力,因此可用來加速流平。降低表面張力的添加劑包括表面活性劑、氟化烷基酯以及硅氧烷等。它們對加入量的多少非常敏感。安息香是一種脫氣劑,也有降低表面張力的效果,被廣泛用于改善粉末涂料涂膜的表面外觀。 6 涂層中有氣泡 原因:粉末中含有揮發性的物質和水。,工件表面有水,壓縮空氣中有油或水 方法:加強粉末的保管,防潮,烘干工件的表面水份。對壓縮空氣進行除油,除水 7 涂層出現針孔,凹膜 原因 涂層過厚,造成靜電排斥,噴槍距工件太近,造成打火擊穿,工件表面有油脂和水份,粉末含水量大,壓縮空氣中含有油或水,工件本身有針孔, 8 涂層厚度不均 粉末噴涂速度不均,壓縮空氣不穩定,供粉裝置流化效果不好,輸送鏈的速度不穩。粉末受潮結困而導致的流化效果好。 9 涂層流掛 成因 涂層太厚,升溫太快,固化溫度太高,烘烤固化前涂層不均勻, 10 涂層光澤不良,變色 粉末耐耐熱性能差,固化溫度過高或時間過長,噴粉與固化工序時間間隔太長,前處理脫質不凈,供粉和噴粉系統,回收系統等清理不凈,混入其它品種或顏色的粉末   Powder Spraying Coating Process of High Quality Home Appliances 王海松  王德斌  李治東(青島美爾塑料粉末有限公司) 摘要:分析總結了家電粉末噴涂中的兩個主要缺陷—雜質和縮孔的主要形成原因及解決辦法。 1 前言 隨著人民生活水平的不斷提高,家用電器的種類和花樣日新月異,相應對粉末噴涂的質量提出了更高的要求。雜質和縮孔是困擾粉末噴涂質量最嚴重的問題。根據海爾集團多年來在家電生產和粉末噴涂中的經驗,我們總結了解決雜質和縮孔問題的一些卓有成效的辦法。 2 缺陷分析 2.1 雜質 (1)粉痘 粉痘的產生主要源于粉末涂料中超微粉含量過高(即10μm以下超細粉的體積分數超過10%),影響了粉末顆粒在靜電場中的荷電性能(荷電率和荷質比)和運動性能(大顆粒粉末粒子的運動主要是由電場力決定的,而小顆粒粉末受空氣動力和粘性阻力的影響程度較大)。10μm以下的超細粉含量較多時,涂裝效率將嚴重下降。由于超細粉比表面積大,粘結力強,粉末很容易結團,在正常的流化氣壓下不容易分散開。粉末小團在輸送過程中會捕捉一定量的摩擦電荷,并在與粉管壁的摩擦中產生粉團的熱量積聚,導致粉體熔融粘附在粉管內壁上(這個現象稱之為撞擊熔融,容易發生的部位是噴槍的進料管和噴嘴),從而影響出粉的均勻性和穩定性,甚至造成堵槍等問題。另一種情況是,粉末小團塊隨著其它粉末粒子一起被噴涂到工件表面就會形成顆粒。筆者2005年底在海爾熱水器噴涂現場就遇到過此問題。當時熱水器使用的涂裝設備是諾信的自動噴涂線,噴涂白色的戶內粉末。當時因訂單量大,連續生產中回收艙內積存了大量的超細粉,回收粉與新粉混合后再噴涂時,熱水器外殼上便出現了小粉點,白色粉點固化后在涂膜表面留下暗黃色的小斑點,嚴重影響生產質量和效率。經過停線對粉房進行徹底清理并換用新粉后,問題得到了解決。圖1和表1說明了超細粉與新粉之間的差別。 表1  回收粉和新粉的粒徑分布差異 顆粒直徑,μm 體積分數,% 新粉 回收粉 1.0 1.66 1.44 2.0 2.61 2.81 5.0 3.86 6.66 10.0 7.13 14.6 25.0 27.4 35.5 50.0 67.2 59.2 75.0 89.1 79.9 90.0 95.6 89.3   圖1回收粉和新粉的粒徑分布差異 點擊此處查看全部新聞圖片      實踐經驗告訴我們,當小于10μm的超細粉體積分數超過10%時,粉末的流化、噴涂性能將極大地下降。所以要定期對噴粉房進行清理。 (2)前處理液含有泥渣、銹渣 對于表面有銹跡、焊渣的金屬件,前處理過程一般是,預脫脂—>水清洗—>酸洗—>水清洗—>中和—>表調—>磷化—>水清洗—>烘干,處理結束后工件從槽液中取出,完成除油(或除銹)磷化等目的。很多生產廠家容易忽視的一個問題就在于:長時間生產之后,只知道補充磷化液,卻不經常換水。這就使得工件在前處理完之后表面依然殘留有一些稀酸液、泥渣、銹渣等。這些雜質在烘干后會粘附在工件表面,從而影響噴涂質量。比較科學的處理辦法是在水洗后面加一道流水沖刷工序(即可以是普通的自來水沖洗+人工擦刷,也可以使用高壓水沖刷)。此工序的水可以循環利用,但一定是流水,目的在于不讓雜質留在工件表面。工件烘干之后再進行人工氣吹、擦拭,使之在進入噴粉室之前將工件表面的雜質徹底清理干凈。  (3)經過前處理磷化烘干后二次生銹 磷化過程包括化學反應與電化學反應。不同磷化體系、不同基材的磷化反應機理有所不同。雖然科學家在這方面已做過大量研究,但至今仍未完全清楚。當今學者們比較贊同的觀點是磷化成膜過程主要由以下4個步驟組成 •酸侵蝕使基體金屬表面H+濃度降低    Fe - 2e → Fe2+    2H+ + 2e → H2↑    …………………………………….(1) •使用促進劑(氧化劑)加速界面H+濃度的進一步降低    [氧化劑] + [H] → [還原產物] + H2O    Fe2+ + [氧化劑] → Fe3+ + [還原產物]   ………………(2) 由于促進劑氧化掉第一步反應所產生的氫原子,加快了反應(1)的速度,進一步導致金屬表面H+濃度的急劇下降,同時也將溶液中的Fe2+氧化為Fe3+。 •磷酸根的多級離解 H3PO4 → H2PO4- + H+ → HPO42- + 2H+→ PO43- + 3H+ 金屬表面H+的濃度急劇下降導致磷酸根各級離解平衡向右移動,最終離解出PO43-。 •磷酸鹽沉淀結晶為磷化膜 當金屬表面離解出的PO43-與溶液中(金屬界面)的金屬離子(如Zn2+、Mn2+、Ca2+、Fe2+)達到濃度積常數Ksp時,就會形成磷酸鹽沉淀。磷酸鹽沉淀結晶成為磷化膜。 2 Zn2+ + Fe2+ + 2 PO43- + H2O→ZnFe(PO4)2 •4H2O↓……(4) 3 Zn2+  + 2 PO43- + 4H2O → Zn3(PO4)2 • 4H2O↓…………(5) 磷酸鹽沉淀與水分子一起形成磷化晶核,晶核繼續長大成為磷化晶粒,無數個晶粒緊密堆集形成磷化膜。隨著生產的進行,磷化藥劑不斷消耗,使槽液總酸度降低,酸比變小,成膜速度減慢。此刻需要及時補充磷化液,如果不及時補充磷化液,就可能導致磷化膜過薄或者無法磷化成膜。工件在烘干后產生銹蝕,嚴重的根本無法進行噴涂。筆者在熱水器的噴粉現場還遇到這樣一個問題:生產線正在生產熱水器圓筒,圓筒噴粉固化后外筒壁上總是能看到在白色涂膜下面有一道暗淡的灰色痕跡,像水流過的痕跡,這種缺陷相當明顯。出現問題后我們立即對前處理線進行排查,結果發現在前處理出口處有一處存在滴水現象。滴下的水落在熱水器外殼上向下流動形成一道水痕。在進入烘干爐后掛水的部分發生銹蝕,我們稱之為二次生銹。二次生銹使涂膜的附著力大大下降并影響美觀。若有水殘留在工件表面,則工件烘干過程中很容易發生二次銹蝕(磷化膜存在孔隙),所以現在工件在磷化之后進入烘干爐之前,都要加上一道氣吹工序,避免工件表面留下水跡引發二次銹蝕。在前處理質量要求較高時,我們需要在磷化之后加上一道鈍化工藝來防止二次銹蝕,即運用氧化劑處理工件借此封閉磷化膜孔隙,從而極大地提高工件的耐蝕性。 (4)鏈條掉渣 有些客戶的懸掛鏈上沒有加油器,或添加的不是耐高溫的潤滑油,鏈條在運行過程中會發生摩擦,使鏈條上的銹渣或漆皮之類的雜質掉落到工件表面形成黑色雜質。 (5)粉房封閉性差 粉房封閉性差將導致雜質飄入粉末中,使涂膜產生雜質,影響外觀。 (6)粉末本身有雜質 粉末本身在生產過程中由于膠化等原因引入了顆粒性雜質。遇到這種情況應該立即聯系廠家換粉。  2.2 縮孔 2.2.1 縮孔的產生 當液滴處于不受力場影響的自由空間時,界面張力的作用將使液滴呈圓球狀。但是當液滴與固體平面接觸時,其最終形狀取決于液滴內部的內聚力和液滴與固體表面之間的粘附力相對大小。當液滴放置在固體平面上時,液滴能自動地在固體表面鋪展開來,或以與固體表面成一定接觸角的液滴存在,如圖2所示。 假定不同界面間的作用力用界面方向的界面張力來表示,則當液滴在固體平面處于平衡位置時,這些界面張力在水平方向上的分力之和應等于零,即    (1)     式中γS/A、γL/A、γS/L 分別為固-氣、液-氣和固-液之間的界面張力;θ為液/固界面與液體表面的切線所夾(包含液體)的角度,稱為接觸角(Contact Angle),θ在0~180°之間。接觸角是反應物質與液體潤濕性關系的重要尺度,θ=90°可作為潤濕與不潤濕的界限,θ<90°時可潤濕,θ>90°時不潤濕??s孔可以近似地理解為涂膜固化過程中,涂料雜質與涂膜之間的接觸角θ>90°不潤濕,所以兩相之間產生了明顯的界面,導致縮孔的形成。換言之,如果涂膜中存在雜質,但雜質與涂膜之間的接觸角θ<90°,此時兩相之間潤濕,就不會形成縮孔。所以形成縮孔的兩個必要條件是,有低熔(沸)點雜質物質存在;以及雜質與涂膜之間的接觸角θ>90°。   圖2 液滴的接觸角 點擊此處查看全部新聞圖片 2.2.2  縮孔的形狀 曲液面下的液體或氣體均受到一個附加壓力△P的作用,附加壓力的方向總是指向曲率半徑中心;由上述分析我們知道縮孔一般呈圓形,原因在于張力方向是從界面處指向幾何中心,只有圓形的張力最小。 縮孔的形成歸結到一點,就是低表面張力物質的存在引起體系不相容所造成的??s孔的產生實際上是一種物理過程,當粉末中混有某種揮發性或者低熔(沸)點物質時,在升溫固化過程中,這類物質也隨粉末熔化,由于兩種物質之間存在張力差,張力方向又指向幾何中心,所以熔化的物質在液態粉層上收縮成球形。當進一步升溫時雜質揮發,粉末交聯固化,進而留下一個圓坑(形成縮孔)。 2.2.3產生縮孔的因素 (1)粉末生產過程中進水、油或其它物質 涂膜的表面特征是縮孔均勻分布,表面形態為細小圓坑或者細小針眼。有些粉廠在生產粉末涂料的過程中使用一些受潮的原材料(以樹脂為主),或者是比較臟的樹脂。由此生產的粉末涂料產品噴涂后就可能產生細小的縮孔 (2)磷化后水洗不凈 筆者今年初在武漢冷柜事業部遇到此種問題。柜機外殼噴涂固化后有圓圈狀縮孔??s孔比較淺,不露底,面積較大。經檢查發現噴粉線已有半年時間沒有清理過前處理槽,最后一道純水洗的水體表面有大量泡沫。當即令其停線清理,更換新的純水,縮孔問題得到解決。反思此次涂裝事故的關鍵在于涂裝線長時間使運行后發生了串槽問題,在徹底清理檢修后生產恢復了正常。 (3)外界污染物進入粉房或固化爐 這是由含硅類脫模劑、防水劑、橡膠粉末等低表面張力物質造成的。低表面張力的污染物嚴重了影響涂料的表面性能。因此在噴涂過程中盡量避免低表面張力物質混入涂料中,如油污、水汽、硅油等。2006年10月順德海爾洗衣機廠出現大批量縮孔事故,我們首先排查了磷化工序,將磷化液和純水重新更換后問題沒有解決,然后排查壓縮空氣干燥系統,增加了空氣過濾器,更換硅膠干燥劑,縮孔仍然沒有徹底解決,時有時無,沒有規律可言。最后我們排查了周圍環境,噴粉線北面有一個注塑車間,并發現噴粉室內的排氣系統與注塑車間相通,在關閉該排氣系統后縮孔消失,說明注塑用脫模劑也會引發涂膜縮孔。 (4)生產過程中混進了其他類型的粉末 大家知道,混合型粉末對純聚酯粉末有污染,含硅粉末對其他粉末有污染。如果噴涂過程中其它類型的粉末涂料混入正在噴涂的粉末中,就可能造成涂膜縮孔。 3 結語 家電粉末噴涂屬高檔粉末噴涂,在表面質量上有嚴格的要求。根據分析,前處理的質量和噴粉環境條件是決定粉末噴涂表面質量的決定因素。所以解決生產中涂膜質量問題應首先分析這兩個生產條件是否符合噴涂要求。 粉末涂裝產生縮孔的理論研究 2007/10/17/07:49  來源:Specialchem    朱長海(吉林科龍電器股份有限公司,吉林吉林 132105) 摘要:介紹了“縮孔”產生的原因及其影響因素,提出“反離子流沖擊”理論和“感生電場”理論。 關鍵詞:縮孔;反離子流;電流突變;感生電場 1、引言 粉末涂料自20世紀70年代末被廣泛推廣應用以來,在我國已有 3O 余年生產和施工的歷史。在粉末施工過程中出現了許多問題,“縮孔”是粉末涂料涂裝過程中常見的漆膜弊病之一。究竟是怎樣產生“縮孔” 的?應如何避免?現在普遍認為是工件或壓縮空氣中有油而導致的“縮孔”,作者認為有很深的理論問題亟待探索。在涂裝生產過程中發現,無論壓縮空氣還是工件前處理的質量均能夠滿足涂裝要求,但仍出現縮孔,按照傳統理論對前處理及壓縮空氣的除油設備進行徹底檢查和整改,起色不大。另外一種說法是粉末生產過程中混進了油,但通過試驗發現并非如此。作者產生了質疑,進而進行了理論探討,提出了“反離子流沖擊”理論和“感生電場”理論,對“縮孔”產生的原因作了詳盡的解釋,列出了產生“縮孔”的各種影響因素,并提出了解決措施。使“縮孔”這一缺陷得到了最大程度的控制,并取得了良好的經濟效益。 2、產生“縮孔”原因的探討 2.1 粉末的荷電過程 由靜電學可知,帶電的孤立導體表面電荷的分布與表面曲率半徑有關,曲率最大處 ( 即表面最尖銳的地方)的電荷密度最大(見圖1),附近空間的電場強度也最大,當電場強度達到足以使周圍氣體產生電離時,導體的尖端就會放電。如果是負高壓放電,離開導體的電子將被強電場加速,使之與空氣分子碰撞,使空氣分子電離產生正離子和電子。新生的電子又被加速碰撞,使空氣分子形成一個“電子雪崩”過程。電子的質 量很小,當它沖出電離區域后,很快就被比它重得多的氣體分子吸引,氣體分子成為游離狀態的負離子。這種負離子在電場力的作用下奔向正極,在電離層處產生一層暈光,即所謂暈光放電,當粉末通過電暈外圍時,就會受到奔向正極的負離子碰撞而充電。 大多數工業用粉末涂料是結構復雜的高分子絕緣體,只有當粉末表面存在適合接受電荷的位置時,負離子才能吸附到粉粒表面的這個部位上。對于負離子來說,這個部位可以是粉末組成中的正電荷雜質或組成中的位能坑,也可以是純機械性的。但不論哪種機理造成的吸附,對離子來說在每個粉粒上的沉積并不容易。粉粒的表面電阻很高,電荷不會因導電而重新分 布,所以表面電荷分布是不均勻的。   圖1 金屬尖端部位電荷密度較大示意 點擊此處查看全部新聞圖片 2.2 粉末的吸附過程 涂料微粒由于電暈放電在電極附近帶上了負電荷。當粉末微粒剛離開槍口時,靠壓縮空氣輸送力吹出,當接近工件(正極)時,靠電場力的導引,使涂料牢牢地吸附在工件上。一般只需經過幾秒就可使涂層厚度達到50~100μm。粉層達到一定厚度的同時,表面貯存一層很厚的負電荷屏蔽層,致使后來的負電粒子被排斥回去,涂層不再增厚。至此完成了涂覆過程。 2.3“反離子流”沖擊產生的“縮孔” 在現實粉末涂裝過程中,經常會在漆膜表面產生“縮孔”,其形狀像火山口的小凹坑;發生密度時而稀疏時而集中;發生頻次偶爾或連續。 很多文獻資料均認為,壓縮空氣中的油或在粉末涂料生產和涂裝過程中混進了油而產生了“縮孔”。在生產實踐中,作者發現產生“縮孔”的原因很多也很復雜,傳統的混油理論并不能涵蓋全部,認為同靜電高壓電流輸出的穩定性以及粉末的電阻率和影響電阻率的因素有關,這些參數的變化即可導致“縮孔”產生的頻次和程度。 在涂裝生產線上,在靜電高壓發生器之前,通常要加穩壓器,防止電壓不穩而導致靜電發生器工作狀態不穩。但無論從理論或實踐來看電壓的變化是緩慢的,一般的穩壓電源均可滿足生產需要;而恰恰相反,雖然電壓尚可保持不變,而電流卻時時在改變。影響因素很多,如工件面積的改變、槍距的改變、噴粉量的改變、局域電網電流的波動等。如車間同一電網上既連有固化爐,又連有大型沖床等頻繁通斷電的大功率設備,由于時通時斷進而導致電網電流的突變(電壓基本不變),從而影響到靜電高壓發生器內電流的突變,進而使噴槍電極針突發浪涌突躍放電,導致電暈放電 ,驟然強烈,使電暈區氣體放電瞬間產生高溫、高頻振蕩生成高速旋轉的等離子體“氣團球”。此時,噴槍相當于“氣團球”的發射源。這些攜有高能的粒徑大小不等的正離子球體,實際上相對于負離子來說就是“反離子球體”,瞬間在壓縮空氣輸送力和電場力的作用下飛速撞向正在涂裝中的工件(板面)表面而發生“空爆”形成“彈坑”-即所看到的“縮孔”,幾乎露底。特別是當接地不良、粉末電阻率高或噴粉層較厚時(包括漆膜較厚 的返噴件),遭到這種“反離子流”沖擊的幾率更高。 前已述及粉末的荷電及吸附過程。從槍口噴出的氣體和粉末均是帶正負電荷相等的等離子體,帶負電的離子被吸附,而帶正電的氣體分子(反離子)則被正極(接地)排斥而被風吸走,這樣帶負電的粉末粒子便源源不斷地吸附到工件上,故平時帶正電的粒子(反離子)很難到達正極(工件)上,也就沖擊不了已涂覆粉末的工件;當涂層噴涂一定厚度時,正極被負電荷層所屏蔽,場強削弱,若此時一旦電流突變,就會使靜電高壓輸出強烈的電暈放電,使輸出空氣受到高頻振蕩形成微小正離子氣球團(即反離子氣球),于是,便飛速奔向正極(接地)并克服微弱的排斥力而撞擊工件表面,因而形成“縮孔”。 2.4 引發“反離子流”的其他幾個重要因素 除上述電流突變而引發“反離子流”沖擊導致縮孔的主要因素外,以下幾項仍是“縮孔”產生的重要條件。 2.4.1 涂層過厚或返噴件易遭反離子流沖擊 當涂層過厚時,粉層內含有大量負離子(正電荷來不及中和),其負電性極高,并且屏蔽(削弱)了正電性, 使原電場強度減弱,從而使粉層吸引正電荷能力增強,而吸引負電荷能力減弱。假若恰在此時由于某種因素生成“反離子”氣團球,則由于它的表面正電荷密度高,自轉和前進速度快,無論內能還是動能均較大,此時同正極建立起臨時靜電場,其方向同槍針負極和工件(正極)所建的電場方向相反。于是,這種“反離子”球由于異性電荷的吸引而迅速撞擊工件的表面(見圖2),從而使“縮孔”產生的幾率增加。即使在正常涂裝生產情況下,該現象亦是經常發生,只不過是較輕,“反離子氣球團”甚至沒有到達工件表面就被原電場(即槍針對地電場)排斥掉而已。就像流星那樣,在沒有撞擊地球前就在大氣層因燃燒而化掉一樣,只有少數沒被燒掉落地而撞成隕石坑。“反離子氣球團”流能否沖擊工件就看原電場和次生電場力量均衡的結果。如果原電場力 很大,“反離子氣球團”就不會到達(正極(工件);如因 涂層過厚而削弱原電場強度,而增強了感生電場強度,因此而受到“反離子流”沖擊的幾率會增大。   圖2 原電場與次生電場建立示意 點擊此處查看全部新聞圖片 另外,返噴件的表面已涂覆一層較厚的漆膜,根據電阻率與所施電壓曲線(見圖3)可知,較高的電阻率有利于荷電,但負面作用也不易于釋放電荷。根據可知,減少 ,可以降低粒子的轉移速度和荷電量,使粉末粒子不至于受到強烈排斥而反彈,同時進一步提高了上粉效率;如果E很大,涂層會建立起“感生電場”,工件還沒涂覆很多粉末而負電荷密密度區很高,從而排斥了后來的荷負電的粉粒而難于吸附,只是粉層很薄。   圖3 電壓與電阻率關系 點擊此處查看全部新聞圖片 2.4.2 空氣的相對濕度 并不是說涂層厚就一定產生“縮孔”。相對濕度較高的空氣可以降低粉末的電阻率,水分含量過大可消耗部分電荷,使粉層的負電荷能積不高。根據實際生產經驗,如果相對濕度低于40%,產生“縮孔”的幾率比較大。理想的濕度應是50%~65%,涂裝效果較好。 2.4.3 接地不良 接地不良的實質結果是回路電阻增大,使工件難以涂覆。涂后正極電荷中和能力變差,易累積電荷而致使產生“縮孔”的幾率增加。 2.4.4 靜電高壓不穩 高壓電纜接頭時接時斷,或限流電阻損壞,工件間斷等均可產生“縮孔”。 3、控制“縮孔”產生的施措 “反離子流”是粉末涂裝中產生“縮孔”的主要根源之一。以上已經闡明了影響“反離子流”沖擊的幾個主要影響因素。如何防止此類缺陷的產生?作者在生產實踐中總結了如下經驗,較為有效。 (1) 穩定電源電流,防止電流突變。在靜電發生器前面加穩壓器。在開始噴涂前10min打開靜電高壓發生器,對機內元件參數工作狀態提前預穩定。 (2) 控制環境濕度??s孔易產生于北方干燥的冬春季節,因此要控制好環境濕度。較佳的環境濕度應是50%~65%,環境濕度不宜太小,否則,應在噴房周圍灑水增濕。 (3) 盡量降低電壓/電流涂裝。在滿足涂裝質量要求的前提下控制在工藝下限。為了減少電流突變,噴涂件要求連續懸掛,盡量使噴涂面積接近。 (4) 加強接地。必須使高壓回零接地;軌道同高壓回零接地,將此兩回零線同對外大地公共接線連接在一起,接地電阻不大于5Ω。其他設備亦應同大地相接,以利消散電荷。 4、結語 任何理論均來源于實踐,反過來又進一步指導實踐。本文從生產實際出發,提出了“反離子流沖擊”理論和“感生電場”理論,以此來解釋為什么靜電噴涂會產生“縮孔”和反噴件涂層厚、電壓高易產生“縮孔”的機理,并提出解決措施。這些措施在長時間的生產實踐中得到了驗證,是較為有效的和切合實際的方法。上述只是作者的一些粗淺的理論探索,將在實踐中發現的弊病現象上升到更深層次的理論去認識它,供涂裝界的同行們參考。至于這種理論是否正確,還有待于同行們在實踐中去驗證,對于正在發生此類涂裝弊病的企業會有益處的。

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