干粉靜電噴涂

1、干粉靜電噴涂前言干粉涂覆60年代初在顏料工業(yè)得到應(yīng)用。當(dāng)時，供應(yīng)商一直在尋找一種不含有有機溶劑的產(chǎn)品。該產(chǎn)品可節(jié)省環(huán)保（廢棄物少）和生產(chǎn)（循環(huán)回收）成本。這個思路也被引入到搪瓷工業(yè)。70年代中期，法國的一些工廠進行了干粉涂搪試驗。從此以后，干粉涂搪成為一種新技術(shù)遍及全世界。近年來，干粉涂搪技術(shù)先后在炊具工業(yè)、潔具、熱水器和工業(yè)搪瓷制品等不同的產(chǎn)品上獲得成功。幾年來，由于知識和經(jīng)驗不斷積累，現(xiàn)在幾乎可以噴涂所有工件。這本手冊介紹干粉噴涂技術(shù)，也可作為質(zhì)量保證指導(dǎo)。目錄1前言2帶電原理 干粉沉積 干粉噴涂設(shè)備3車間設(shè)計4干粉特性5故障檢查與排除6干粉涂搪的優(yōu)點7展望帶電原理在電極頂端施加60-10

2、0KV的直流負(fù)電壓。在此條件下，電極不斷將其周圍的空氣電離。帶正電的氮離子被吸附到電極上并立即失去電荷。帶負(fù)電的氧離子則自動吸附到由氣流分散的干粉顆粒上，并在空氣動力和電力的共同作用下，被加速沉積在接地帶正電的工件上（見圖1）。負(fù)離子圖1電流電子轟擊中性的氧分子形成負(fù)氧分子電暈干粉沉積帶負(fù)電荷的干粉顆粒牢固地粘附在表面上。它們停留并吸附在金屬表面，由于干粉顆粒的表面電阻很高，負(fù)電荷的釋放進行得十分緩慢。這是在干粉顆粒表面包覆少量有機樹脂實現(xiàn)的。它同時也賦予干粉顆粒一定的物理吸附性。這種吸附效應(yīng)不可過強，否則干粉會堵塞噴嘴和管道，堆積在噴槍導(dǎo)向板上。在干粉粘附力與流動性之間規(guī)定明確的平衡是十分必

3、要的。在最初的沉積層形成之后，金屬表面的吸引力依從庫侖定律，隨著沉積的增加而減少。較外層的顆粒受到金屬表面微弱的吸引，而受到與金屬表層結(jié)合較緊密的帶電顆粒的較強排斥。最后產(chǎn)生背離子化，并將導(dǎo)致形成一定的涂層厚度。然而，該涂層厚度可以通過改變電壓、質(zhì)量和電流調(diào)節(jié)。干粉噴涂設(shè)備PUESTA設(shè)備的主要部件示于圖2。噴房 4輸送機輸送機清潔6送到燒成輸送機從預(yù)處理輸送出來新鮮粉末配送 8粉末回收系統(tǒng) 5調(diào)節(jié)后的空氣流化料斗1控制單元2吸收過濾73333圖2懸掛工件由自動輸送裝置送入噴涂室，在噴涂室內(nèi)，靜電噴槍把新粉料與供料倉以外回收粉料的混合粉料噴到工件上。預(yù)處理后的工件不得帶有任何脫脂劑。干粉從原料

4、配送裝置（8）送入流態(tài)化室（1），經(jīng)引射泵送至噴槍（3），噴槍的干粉噴出量與均勻度由控制單元（2）通過仔細(xì)調(diào)節(jié)供料量和空氣量以及電荷量來控制。用于加料，輸送和流態(tài)化的壓縮空氣必須經(jīng)過處理，從得到低水蒸氣含量（<1g/Nm3空氣）和低含油量（<0.1ppm）。只有一部分噴出的干粉沉積在工件上。噴槍（固定式或往復(fù)式）安裝在密閉的噴涂室內(nèi)。噴涂室內(nèi)可使干粉不受外部環(huán)境（其對干粉沉積具有重要的影響）的干擾沉積到工件上，而噴涂室內(nèi)部環(huán)境可控制和/或穩(wěn)定（見圖）。周圍空氣最大的水份為12g/Nm3空氣。圖2沒沉積到工件上的干粉（噴出重量的+2/3）被排出（7）且必須經(jīng)過干粉回收裝置（5）返回流

5、態(tài)化室。因為干粉具有磨損性，循環(huán)回收必須緩慢進行：進料速度要低，流動方向不急轉(zhuǎn)彎，選擇合適的設(shè)備與噴槍材料。由于回收干粉的顆粒級配和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了變化，故回收干粉的體積降到一個極小值，新粉要定時加入?；厥辗壑械娜魏坞s物必須用篩分和磁選機除去。堆積在輸送裝置夾具和吊鉤上的干粉必須用機械裝置或氣流清洗（6）。噴涂后，工件應(yīng)轉(zhuǎn)移到燒成輸送鏈上。機械振動不會引起干粉顆粒從涂層上明顯脫落。但應(yīng)避免強烈的機械沖擊。工件進入搪瓷窯預(yù)熱帶時，風(fēng)幕不可過強，以避免干粉顆粒從涂層上吹落。車間設(shè)計車間的總體設(shè)計極其每個組成部分對生產(chǎn)者是十分重要的事。顯然，搪瓷工作者必須提供工藝參數(shù)、允許的公差范圍和特種工件對搪瓷粉要求

6、的說明。最終的技術(shù)要求要結(jié)合本廠的產(chǎn)品、搪瓷工人和原料供應(yīng)商的生產(chǎn)性試驗而制定。規(guī)劃階段的一項重要任務(wù)是確定如何改變與將要生產(chǎn)商品的生產(chǎn)速度及產(chǎn)品種類有關(guān)的需要。重要的生產(chǎn)特性和有關(guān)的參數(shù)如下。規(guī)劃特性參數(shù)單位時間內(nèi)能噴涂的表面?zhèn)魉退俣瓤諝鈮毫挝粫r間噴份量沉積率噴槍數(shù)目噴涂工件的形狀：平板狀或中空固定式噴槍機械手或往復(fù)式不同軸（，）噴槍類型與導(dǎo)向板形狀形狀變化與產(chǎn)品變化固定程序手動程序變化帶類型識別的自動程序變化噴涂室形狀、大小及類型在設(shè)計得很好的車間，氣溫條件應(yīng)適當(dāng)且保持穩(wěn)定。車間應(yīng)位于周圍空氣環(huán)境良好的區(qū)域。從噴涂室內(nèi)抽出氣體的排氣裝置（7），也會從噴涂室的通道吸入空氣。周圍空氣濕度必須

7、很少波動，因此，車間不應(yīng)緊鄰搪燒窯、球磨間、濕法噴涂室或敞開的大門。在建材選擇方面，必須考慮硬的搪瓷熔塊顆粒和材料磨損的影響降至最低。這樣可避免缺陷并確保使用材料經(jīng)濟的使用壽命。干粉特性搪瓷干粉必須具備適合于靜電噴涂的特殊性質(zhì)，可歸納如下：l 搪瓷性能必須與普通搪瓷所要求的相同。l 高表面電阻，以使電荷長時間保持。特定的顆粒級配。l 特定的顆粒級配。l 穩(wěn)定的流動性。l 穩(wěn)定的沉積性能。l 保持足夠長時間的粘附性能。l 確保足夠的貯存時間。用于靜電噴涂的干粉對生產(chǎn)線的特殊要求必須優(yōu)化。所要求的特性必須盡可能地完全，因為這些特性不僅廠與廠之間不同，不同的施釉方法和不同的產(chǎn)品也不盡相同。干粉供應(yīng)商

8、應(yīng)對所提供的干粉具有合適的噴涂工藝特性負(fù)責(zé)。對用于噴涂工藝的干粉具有正確的性能負(fù)責(zé)。a）電阻率普通干磨搪瓷粉的表面電阻率太低，不能保證良好的電性能。鑒于此，搪瓷顆粒必須包覆增水性的有機硅樹脂。電阻率值將從低于1010.cm提高到高于1014.cm。新粉電阻率的測量值總是相對高于回收粉的電阻率值。這是由于干粉變質(zhì)所致，此外，空氣中的水份也是造成電阻率降低的原因。所以，用于流態(tài)化和傳送干粉的壓縮空氣應(yīng)干燥和清潔（不含油）。b）顆粒級配該特性對干粉的沉積率、干粉的最大厚度和干粉的粘附性有很大影響。干粉顆粒直徑范圍應(yīng)在602um之間。最理想的情況是較粗的顆粒沉積在鋼坯表面，而較細(xì)顆粒保證粘附性。經(jīng)回收

9、后，顆粒級配向較細(xì)化發(fā)展（圖3）。如果細(xì)顆粒過多，會遇到很多問題：l 在噴槍導(dǎo)向板上形成結(jié)塊，引起搪瓷表面結(jié)塊。l 背離子化以較快速度發(fā)生（星形紋）。l 流態(tài)化不均勻，這會導(dǎo)致噴槍出料不穩(wěn)和外濺。因此，具有穩(wěn)定的顆粒級配是十分必要的，它可以通過在流態(tài)化室內(nèi)始終保持少量干粉并有規(guī)律地加入新干粉而得到確保。c）流動性所謂流動性是指固體顆粒在空氣中形成旋流與飛散的能力。干粉必須具有良好的流動性，以保證噴槍的出料穩(wěn)定。同時，干粉必須有相對細(xì)的管道輸送。這意味著流動性與輸送速度和沉積率直接相關(guān)聯(lián)。對每一個噴涂室，流動性值必須優(yōu)化。d）沉積（輸送效率）穩(wěn)定的沉積率是必要的，以確保所有工件上的涂搪厚度相同，

10、亦即在恒定條件下噴涂到一特定工件上的干粉量總是相同的。沉積率與前面所講所有特性有直接關(guān)系。e）粘附性干粉顆粒與鋼坯的粘附機理已做過詳細(xì)討論。粘附性與電阻率、粘著性及空氣的相對濕度有關(guān)。f）儲存期%毫無疑問，所有這些特性參數(shù)必須在一定的時間內(nèi)保持穩(wěn)定，以確保搪瓷的質(zhì)量穩(wěn)定。圖310010新鮮粉末循環(huán)回收粉末80906070503040201001.010.0100.00顆粒直徑 ( um.)故障檢查與排除多數(shù)問題可采用正確的噴涂工藝加以克服。如果對某一特定的工廠，干粉已經(jīng)優(yōu)化，且其特性已作改進，那么后面遇到的問題可以通過調(diào)整工藝參數(shù)到正確數(shù)值加以解決。大部分可能出現(xiàn)的有關(guān)問題或缺陷如下：l 干粉

11、粘附力不足l 干粉沉積率過低l 干粉沉積率過高l 燒成后表面缺陷l 同一工件色差l 偏色a）干粉粘附力不足a.a干粉顆粒間的摩擦在有濕氣的情況下會降低它們的電阻。假如摩擦強度由所設(shè)計的噴涂系統(tǒng)與回收系統(tǒng)來確定，操作者仍然可以控制如前所述用于工藝過程中的空氣的濕度。尤其是用于流態(tài)化的壓縮空氣中的潮氣影響粘附力。必須注意凍干后的壓縮空氣不可在傳輸管道內(nèi)凝結(jié)：如果存在大的溫差，則必須絕熱。a.b如果干粉已經(jīng)過長時間循環(huán)使用，則會因變質(zhì)失去粘附力。如前所述，噴涂室內(nèi)應(yīng)是穩(wěn)定的回收混合粉與新粉。如果操作過程中故障時間較長，必須造成輸送機停運，噴涂中斷，所以應(yīng)避免不必要的變質(zhì)。a.c儀器上顯示的電流強度和

12、電壓與實際操作中的數(shù)值有所不同。這種問題可通過升高電壓增大場強來校正。a.d還有不太引人注意的地方，是當(dāng)工件接地不當(dāng)，干粉的沉積也會出問題。應(yīng)該檢查吊架掛鉤與電路的接頭。接頭會被氧化作用破壞或減弱。b)沉積率過低b.a與上述問題相反，現(xiàn)在的問題是環(huán)境的相對濕度太低。在干燥條件下（濕度<35%），電離作用太強，干粉顆粒攜帶電荷高。這樣，顆粒間充滿排斥力，造成沉積困難。b.b如果電壓過高，將會產(chǎn)生背離子化現(xiàn)象，這會使得干粉顆粒不可能沉積很多。這種現(xiàn)象已在第2章討論過。b.c如果電壓太低，干粉顆粒會帶電不足，同時電場也太弱。b.d如果氣壓下降，噴槍噴出粉量會太低，造成干粉沉積不足。b.e如果主

13、供料倉內(nèi)的流態(tài)化作用太強，大量的空氣送入噴槍，導(dǎo)致進入噴槍的干粉減少。b.f如果抽氣率不足，充斥在噴槍與工件間的空間電荷云會阻礙涂層的及早形成，這就降低了沉積率。如果抽氣過多，沉積率同樣會不符合要求。b.g當(dāng)工件接地不當(dāng)時，這種情況也會發(fā)生。所有這些可能出現(xiàn)的不當(dāng)?shù)膯栴}，可以通過將噴槍移近工件或?qū)魉玩湕l速度放慢加以解決。C）沉積率過高c.a我們已經(jīng)闡述了過高的相對濕度會引起干粉的不良沉積，它還影響干粉的沉積率。這是因為空間電荷和鋼坯表面電荷不足而引起排斥。由于干粉電阻率降低，使得電荷很快失去。除了涂層變厚之外，高濕度還會使工件邊緣明顯變厚。最佳的相對濕度應(yīng)保持在40%-50%（25）。c.b

14、與上述問題相類似，此處空氣壓力也很重要。壓力減小，噴槍出粉量也隨之減少，導(dǎo)致涂層變薄。這個問題最終可通過加大噴槍與工件間的距離或提高傳送鏈條的速度得到解決。d）表面缺陷這里列出三種典型的干粉噴涂表面缺陷：星形紋即背離子化、表面波紋（橘皮）和結(jié)塊。圖4d.a）星形紋即背離子化這種現(xiàn)象的原因通常是顆粒的電荷量過高或粉層厚度過高。不同廠家的工藝控制參數(shù)與這種缺陷直接相關(guān)：噴槍壓力、噴槍到工件的距離、濕度、回收使用引起的過多細(xì)顆粒。干粉顆粒被金屬排斥或被電暈電極所吸引。粉層表面留下了凹坑。新加入的粉料不會沉積在這些凹坑里，凹坑以從涂層直達金屬表層的小孔洞保留下來。在接下來的燒成過程中，凹坑沒有被完全填

15、滿，并呈明顯的星形紋，也可形成粗糙表面（橘皮）。d.b）不僅背離子化可引起表面波狀紋，噴涂時粉云不均勻也是造成這種缺陷的原因。粉云不均勻可以由流態(tài)化不良，即顆粒的流動性太低而引起。另一個可能引起噴槍供料量出現(xiàn)波動的原因是輸送管道的某處受損。噴槍本身也可能受到損壞或失去導(dǎo)向板，或出現(xiàn)電暈電極偏心。d.c結(jié)塊缺陷主要是因噴槍導(dǎo)向板的頂端粘附結(jié)團。有時，這些結(jié)團會被噴吹到工件表面。為了克服這一問題，可用吹氣來清掃導(dǎo)向板。當(dāng)然，避免結(jié)團粘附在設(shè)備上則更好。因此，需控制空氣的濕度和含油量以及循環(huán)回收，因為細(xì)粉顆粒會形成結(jié)塊。特別要注意往燒成傳送帶的輸送。懸掛不當(dāng)，則結(jié)團干粉會從吊鉤碰落到干粉涂層表面。e

16、）同種工件的色差色差多數(shù)是由于涂層厚度不同所引起。這是因為噴槍安裝不當(dāng)所致，它造成粉云不均勻或背離子化。背離子化發(fā)生時，我們經(jīng)常會看到星狀的較深的斑紋。我們也會碰到穿透的問題，經(jīng)常以復(fù)雜的形式或孔洞出現(xiàn)。在凹陷部分，我們必須克服法拉第屏蔽效應(yīng)。這是一個被隔開的凹陷區(qū)，電磁線無法進入，因此干粉顆粒也就無法送入該區(qū)域。另一方面，磁力線也會在邊緣集中（見圖4）。這些屏蔽區(qū)域必須將罩內(nèi)帶電暈電極的噴槍送入噴涂。這樣做有較高的風(fēng)險，由于噴槍離表面太近，會產(chǎn)生嚴(yán)重的背離子化。這些缺陷可通過改進導(dǎo)向板的形狀和設(shè)計逐步得到解決。凹陷部分要用空氣動力噴涂，且干粉顆粒的沉積靠粘附力應(yīng)大于靠靜電效應(yīng)。如果干粉送入的

17、滲透力不足，搪瓷涂層會因噴涂厚度不夠，從邊角處燒失。由于涂層厚度不同，色差也會很明顯。f）產(chǎn)生中偏色較長一段時間內(nèi)顏色偏離可能是由噴涂室參數(shù)不穩(wěn)定或干粉本身不穩(wěn)定引起的。如果一段時間內(nèi)沉積率不穩(wěn)定（比如因環(huán)境條件變化所致），則會因搪瓷的厚度原因造成顏色變化。不同的氣壓也會造成顏色變化；氣壓較高顏色將變得較淡，特別是深顏色的情況。同樣的情況在干粉細(xì)顆粒增多時也會出現(xiàn)。排氣率改變也會引起偏色。最后，干粉分層也會引起色差。如果干粉的不同組分：不同的搪瓷和/或搪瓷與色素間的沉積率存在較大差異，就會出現(xiàn)這種情況。搪瓷與色素的配比改變，顏色也隨之改變。與普通濕法相比較靜電干粉的優(yōu)點靜電干粉涂搪工藝有許多優(yōu)

18、點，然而投資費用高。有必要做一個經(jīng)濟的費用測算，以分析該工程是否值得。這些優(yōu)點可分為不同類型：a)制品便于噴涂：l 不需研磨和制備釉漿。l 不加其它原料：只有一種制品。l 無廢棄物和廢水。l 制備中無故障源。b)工藝以電力為基礎(chǔ)：l 噴涂室可與預(yù)處理工序結(jié)合為一體。l 以全自動化實現(xiàn)高生產(chǎn)能力。l 高生產(chǎn)效率：幾乎100%循環(huán)回收。l 由于產(chǎn)品是干粉，不需要干燥裝置。c)最終表面質(zhì)量優(yōu)異。l 噴涂后，由于直接送入燒成傳送裝置，故無粉塵污染。l 表面十分光滑且噴涂厚度均勻。l 由于邊緣也覆蓋而使噴涂完整。l 很少再加工，故無涂層超厚。l 穩(wěn)定而有規(guī)律的氣泡結(jié)構(gòu)。展望自從搪瓷工藝采用干粉噴涂技術(shù)以來，它就被確認(rèn)為一種公認(rèn)的工藝。預(yù)期該工藝通過合理改進，將會降低搪瓷成本。干粉噴涂工藝可以把鋼板的預(yù)處理與噴涂過程以及燒成操作結(jié)合在一起。該工藝