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CMF | 我是喷漆的兄弟—粉末喷涂

CMF设计军团 2020-05-22 11:51:13

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粉末喷涂


说到喷涂工艺,绝对绕不过Powder Coating——粉末喷涂工艺。自上世纪五六十年代出现流化床涂装和静电喷涂设备后,便有厂商开始研发这个相对环保的工艺。上世纪80年代,粉末喷涂引入中国,在国内应用范围逐步扩大,现在粉喷基本属于喷涂工艺中重要的存在了。


之前,我们浅谈过喷涂中的喷漆工艺,在其中提到了喷涂中几大工艺的区别。



上图已经简要的介绍了喷涂中几个主要分支,本期将详细的带领大家过一遍喷漆的兄弟——粉末喷涂。






粉末喷涂简介

Powder Coating


粉末喷涂又被成为喷粉,静电粉末喷涂,其工艺可以通过名字来理解,把粉末涂料喷涂到工件的表面,在静电作用下,粉末均匀的吸附于工件表面,形成涂层。之后,粉状涂层经过高温烘烤固化流平,形成预期效果的最终涂层。



20世纪60年代,最开始出现的是用于涂覆铝基材门窗的粉末涂料,大量设计师和建筑师开始享受与研发粉末涂料对于设计的可能性,当时粉末喷涂主要应用于金属件。之后,随着技术的进步,其他一些基材被开发出来,比如塑料和木头的复合材料。


到了现在,粉末喷涂的基材以金属为主,但在各类工艺的结合下,越来越多的材料能适应于粉末喷涂工艺 。比如复合木板应用粉末喷涂时,粉末喷涂会进行加温而灼毁基料,而且很多木料导电率会影响涂层质量,但低温喷粉和通过改变含水率影响电阻的技术出现后,一些材料譬如榉木板也能进行粉末喷涂。





粉末喷涂工艺

静电喷涂&流化床粉末涂料


粉末喷涂工艺一般分为两种,一种是静电喷涂,另一种是流化床粉末涂装。当无论是那种,都需要对工件进行预处理,包括除油除锈脱脂,表面调整和成膜等常规预处理。具体预处理工艺根据不同情况略有调整,例如镀锌膜还是镀铬,金属是否需要钝化等等。在喷涂结束后,需要在烘箱种进行固化操作。


一般预处理完后,就可以进行粉末喷涂了。下面分别是静电喷涂和流化床粉末喷涂的工艺图。


静电粉末喷涂


静电粉末喷涂是最常见,最通用的粉末喷涂技术。很多时候,讨论的喷粉就是指静电粉末喷涂。


静电粉末喷涂需要在喷粉室中进行,在这个过程中,粉末被吸入或通过压力送入喷枪。空气压迫其通过喷嘴,对每个粉末涂料颗粒施加高电压负电荷。该负电荷产生了粉末涂料颗粒和接地工件之间的电位差。静电力将粉末的羽流引导至工件表面,使其轻轻地涂覆在表面上。这些带负电荷的聚合物粉末涂料通过静电吸附在工件上。在这个过程中,涂层厚度一开始是不均匀的,涂层越薄的地方电位差越大,更多的粉末便会由于受静电力不均的原因粘附到涂层较薄的地方,这样,工件表面就会形成均匀的涂层。


流化床粉末涂装


流化床粉末涂装技术中,粉末被分散在罐中。压入高压气体以产生类似于液体的动态粉末空气混合物,将工件浸入其中,粉末涂料就能粘附在其表面上。流化床粉末涂装应用的范围不如静电粉末喷涂,一般情况下静电粉末喷涂能代替流化床粉末涂装,且更加省成本,但特殊情况,比如产品电导率几乎为零时,静电粉末涂装就不适用了。


这是因为流化床粉末涂装有两种粘附原理,一种和静电粉末喷涂的原理一样,叫做静电流化床,通过接地金属和带负点粉末涂料颗粒的电势差产生的电场力作为驱动力,将粉末粘附在工件表面;另一种则是不通过静电力,而通过材料本身特性和用高压气体沸腾粉末颗粒粘附在工件上来实现涂装,这种叫流化床浸涂。


例如流化床粉末涂装技术常用的热塑性涂料。可以将工件预热到恰好高于热塑性塑料的熔融温度,并浸入流化粉末中,流化粉末在接触时粘附到工件的表面。这种方式,就不需要通过静电力来驱动了,只需要通过高压气体搅动粉末空气混合物就能实现类似单次浸渍或多次浸渍的效果。


流化床粉末涂装




给设计师的小Tips

注意事项


❶ 粉末喷涂可以用于增强表面功能,比如增强产品耐腐蚀性,耐气候性等;也可以为产品进行装饰,比如玩车一族为车轮换色等。从建筑到汽车再到家电和办公用品,都可以进行喷粉。


❷ 粉末喷涂需要考虑产品实际使用环境来选择使用。例如,在粉末涂层之前,钢结构件需要镀锌或其他合适镀层,否则,钢会在粉末涂层下生锈,导致涂层起泡和剥落。


 粉末喷涂的艺术性很强,可以使用的颜色范围很广,同时也能打造金属大理石等质感或木纹豹纹等纹理。此外,粉末喷涂也可以在粉末涂料中加入添加剂,例如,用于改善涂层的UV稳定性的添加剂,耐化学性,耐温性和耐久性的添加剂。还可以加入抗微生物添加剂,它可以抑制霉菌和细菌在涂层表面的生长。


 粉末喷涂的涂层厚度是需要设计师注意的,由于静电粉末喷涂的特殊性,粉末涂料倾向于粘附在电位差大的薄涂层处,所以涂层达到均匀是需要一定厚度的。


 接上一个点继续量化来说,大多粉末涂料粒度大小在2至50微米之间,软化温度约在80℃,熔融温度约150℃,在约200℃下固化。固化时间至少10分钟至15分钟(准确的温度和时间可能取决于被涂物品的厚度)。对于这种粉末涂料,可能需要大于50微米的膜厚积累才能获得可接受的光滑膜,但最终可接受的表面感觉还是取决于产品的设计,不同造型不同感觉。比如小物件光滑面比较精致,但类似于电饭煲这种面比较大,贴近生活的产品,做成带纹理的质感会增加细节,更加受人喜欢。实际上许多制造商喜欢具有一定程度的橙皮,因为它有助于隐藏在制造过程中发生的金属缺陷,并且所得到的涂层不太容易附着指纹。


❻ 喷粉用的粉末涂料不含溶剂,喷涂过程一般在喷涂车间进行,大多粉末颗粒可以控制在车间内进行回收处理。因此,不需要购买昂贵的污染控制设备也能容易经济地保护环境。


粉末涂料有两大类:热固性塑料和热塑性塑料。热固性粉末涂料将交联剂掺入制剂中,当粉末烘烤时,它与粉末中的其他化学基团反应以进行聚合,提高性能。热塑性粉末涂料在烘烤过程中不会发生任何化学作用,而是流动形成最后的涂层。






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图文:部分来源于网络,军团整理编辑。

参考文献:

1.Rob Thompson,《Manufacturing Processes for Design Professionals》,出版社: Thames & Hudson,出版年: 2007-11-30

2.设计师一定要懂的材质运用知识(增订版),出版社:旗标出版社,出版年:2016.9

3.Everard B.Coreoran. Powder Coating of Non-Metal Substrates[J]. Electroplating & Pollution Control, 1991.26-28.

4.李雪涛, 张文标, 李文珠,等. 榉木板材静电粉末喷涂基材表面处理方法研究[J]. 杭州化工, 2016, 46(4):23-27.

5.李强, 孙同明. 浅谈建筑铝型材粉末喷涂缺陷及返工处理措施[C]// 中国粉末涂料与涂装行业年会. 2014.

6.程为华, 傅昌勇, 陈星星,等. 浅谈粉末静电喷涂工艺及常见缺陷防治[J]. 现代涂料与涂装, 2013, 16(1):29-31.

7.铝加工. 粉末喷涂铝型材涂层缺陷成因及控制措施[EB/OL]. http://mp.weixin.qq.com





THE END







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