近年來，隨著建筑的多樣化、個性化，建筑鋁型材表面朝著顏色多樣化方向發展。靜電粉末噴涂工藝采用綠色環保技術，具有節能、安全、污染小的特點，生產的彩色鋁型材表面涂層具有顏色多樣、色澤均勻、耐腐蝕、抗沖擊、附著力強、耐候性好的優點，壽命比普通陽極氧化鋁型材高出一倍。在鋁型材靜電噴涂處理過程中，型材表面涂層出現許多質量問題，加強生產工藝控制及找出產生問題的原因并解決，是保證靜電噴涂彩色鋁型材表面質量的關鍵。

    1、靜電粉末噴涂生產工藝

    1.1粉末噴涂原理

    鋁合金建筑型材靜電粉末噴涂主要采用高壓靜電法，由于建筑型材主要用于戶外，粉末一般采用綜合性能好的熱固性聚酯粉末涂料。其基本原理是噴槍槍體上電極和高壓發生器相聯，產生高壓靜電場，使噴槍周圍空氣發生電暈電離，由于電暈電場的作用，當粉末從噴槍噴出時，粉末粒子與電離空氣粒子碰撞形成帶負電荷粒子，然后隨氣流被送到接地工件上而被吸附。再通過烘烤使粉末涂料固化，從而達到涂裝目的。

    1.2粉末噴涂工藝流程

    具體工藝流程如圖1。

    1.3表面預處理

    表面預處理主要目的是去除鋁型材表面油污、輕微擠壓痕及自然氧化膜，實現型材表面平整，再通過化學氧化法而獲得0.5-2m的轉化膜。以前轉化液多為以鉻酸鹽為主的添加劑，由于鉻金屬離子污染重，我公司采取環保措施，采用無鉻化學處理新工藝，不僅消除了鉻化物，而且減少了清洗用水的耗量，廢水處理簡單，轉化膜質量同時也得到了提高，使用效果良好。我公司預處理工藝參數見表1。

    型材在預處理過程中脫脂要干凈，除油不凈將引起轉化膜不全，粉層附著不好，表面容易產生凹腔、針孔等缺陷，水、氧氣和離子會穿透涂層進入金屬表面，造成底材腐蝕。轉化是預處理的關鍵工序，轉化膜的好壞直接影響到后面工序的粉末涂裝質量。轉化膜含有大量極性基因，與型材以化學形式相結合，在粉末加熱烘烤固化時，型材、轉化膜、粉末三者產生化學鏈交聯，使涂層附著力大大加強。因此，在前處理中，轉化膜一定要致密、薄、結晶細、無掛灰，以免導致涂層粉化龜裂甚至脫落、鼓泡等缺陷。脫脂、中和、轉化后都要進行徹底的水洗，一般每道工序后都要水洗兩次，轉化后水洗最好采用純水，通過水洗去掉表面殘留物，以免造成噴涂涂層起泡、沾污，與金屬的界面被破壞，加速金屬在涂層下的腐蝕。型材預處理完后應立即進行干操，使表面不殘留水分，如果型樹表面留有水分進A噴粉工序，涂層將產生氣泡。注意干燥溫度不要超過130℃，溫度過高將使轉化膜過多失去結晶水而發生轉型，變得疏松而使涂層附著力下降。

    1.4靜電噴粉

    型材懸掛在傳送鏈上進入噴粉房，帶負電荷的粉末涂料粒子在靜電電場作用下，借助壓縮空氣的歐動吸附在型材表面上，由于白限效應的作用，粉末均勻地涂覆在型材表面，很快達到技術標準規定膜層厚度的要求。噴粉工藝參數為：靜電壓，30-90kV；供粉氣壓，0.2~0.4MPa；霧化氣壓，0.01-0.1MPa；流化氣壓，0.01~0.1MPa；粉末粒度，過180目篩；粉末電阻率，1010~1014Ω.m；工件與噴嘴間距，150-300mm；工作溫度、濕度，溫度0~40℃，相對濕度小于85％。

    為保證型材涂層質量，噴粉過程中要重點控制粉層厚度，粉層過薄，小于45μm不能覆蓋粉末涂料的顆粒，使表面粒子增多，導致涂層的均勻性差。粉層過厚，影響粉末熔融流平，涂層產生流痕和桔皮狀。此外膜厚也影響涂層的光澤、耐沖擊強度、耐候性等。這些都取決于粉

    末的上粉率，即型材表面實際沉積粉量占噴出的粉末總量的比率，它是反映靜電噴涂效果的最重要指標之一，鋁型材靜電噴涂一次上粉率可達到75％以上。靜電壓、供粉氣壓、粉末自身性質工作環境、型材接地電阻以及涂裝方式，都會影響噴涂粉末的上粉率。

    粉末涂料粒子是靠靜電引力吸附到型材表面的，靜電引力與涂料粒子所帶電量成正比有公式（1）。

    式中，Q為電量，εo為真空介電常數，r為涂料粒子半徑，E為靜電電場強度，s為涂料粒子介電常數。

    從(1)式可知，涂料粒子所帶電量與靜電電場強度成正比，即靜電引力與靜電壓成正比。一般在低靜電壓條件下，增加靜電壓可提高靜電引力，這樣提高了粉末的上粉率，但靜電壓有一個飽和值。超過飽和值，因為產生電離排斥現象使粉末上粉率反而下降。圖2為靜電壓與一次上粉率的關系。

    從圖2可知，靜電壓達到飽和后，再增加靜電壓，上粉率不但不能提高，反而下降。我廠在正常生產情況下控制靜電壓為70-80kV，在生產返噴料時為50-60kV。由于靜電粉末噴涂是靠帶電的粉末粒子在靜電引力作用下吸附到型材表面上去的，而不是靠粉末氣流的動能沖上型材表面的，因此，在噴涂時應盡可能把氣壓和粉末輸送空氣量保持在所需的最小需求量，進行最柔和的噴涂——精細噴涂。圖3為粉末輸送空氣量與一攻上粉率的關系。

    從圖3可知，隨粉末輸送空氣量增大，上粉率下降。這是粉末反彈引起的。因此，提高供粉和霧化氣壓，使粉末輸送空氣量增大，未必可以實現快速噴涂或良好的穿透，結果可能適得其反．而且降低涂層質量。

    我廠根據生產實際情況控制流化氣壓為0.05MPa左右，霧化氣壓為0.05MPa左右，供粉氣壓為0.25-0.3MPa。當調節流化氣壓時，應注意打開流化床供粉倉倉蓋，觀察粉面流化狀態，正常情況是粉層表面緩慢地沸騰冒泡，如果粉層產生劇烈的沸騰，甚至粉末揚起來是不正常的，需要調小流化氣壓。

    對于粉末噴涂形狀復雜或有深孔、死角的型材，可適當調高霧化氣壓，再訶節相應的供粉氣壓，以使噴出的粉末氣流速度提高，從而加強對凹腔和空隙的噴涂穿透力，對于自動噴槍不容易噴到的表面，需用手動噴槍補粉。

    粉末自身性質對噴涂上粉率有直接影響。從(1)式可知，粉末粒子帶電量與粒子半徑成正比．即靜電引力與粉末粒徑成正比。當粉末粒徑小，粒子帶電量少，靜電引力也就小，涂料粒子容易甩出靜電場外或在靜電場中懸浮，噴涂上粉率低。當粉末涂料粒徑大，帶電量也大，但由于粒子本身重力大，對被涂物吸引力太差，噴澮上粉率降低。圖4為粉末平均粒徑與一次上粉率的關系。

    從圖4可知，粉末涂料平均粒度分布在30~50μm之同時噴涂上粉率最佳。我廠根據生產情況調整粉末粒度分布，一般粉末粒度為過180目篩，回收粉用量加入到新粉中不超過五分之一，以保證噴涂粉末中超細

    粉的含量不超標。如果粉末中粗粉含量多，涂膜平整性不好；粉末中超細粉含量多，粉末流化不佳或根本流化不起來，影響到噴涂供粉量。

    粉末電阻率對噴涂上粉率也有一定影響，為使粉末粒子在相同情況下得到良好的帶電性，不同電阻率的粉末粒子所使用的靜電壓是不一樣的。圖5為粉末粒子電阻率與噴涂靜電壓的關系。

    從圖5可知，粉末電阻率越高，使粉末良好帶電所需的靜電壓就越低，它在型材表面越不易失去電荷，停留時間也就越長，從而提高上粉率，粉末電阻率1010~1012Ω.m為最佳值。

    調整工件與噴嘴間距應根據型材的上粉情況而定，間距不能太近，以免型材碰落靜電噴槍產生電火花，引起粉塵爆炸。圖6為噴涂間距與一次上粉率的變化關系。

    從圖6可知，在其它噴澮條件不變時，噴涂距離增大，一次上粉率會下降。我廠控制工件與噴嘴間距為200-250mm。

    懸掛在傳送鏈上的型材要注意間距，不能裝掛太密，以免影響噴涂效果。噴涂生產時工作溫度保持在20-30℃，相對濕度小于85％，因為相對濕度影響到粉末電阻率，進而影響粉末上粉率。圖7為相對濕度與粉末電阻率的關系。

    從圖7可知，相對濕度增加會使粉末電阻率急劇下降，嚴重的吸濕還使粉末結塊而造成報廢。為保證靜電噴粉工序質量，必須保持噴涂型材表面干燥、清潔，傳送粉末的壓縮空氣無油、無水、干凈。

    此外，型材的接地電阻也影響噴涂上粉率，如果接地不良，噴涂型材自身蓄積由噴槍來的離子而帶電，產生電離排斥現象，使上粉率下降，造成不能完全涂著，甚至噴涂不上。

    1.5烘烤固化

    噴粉型材進入固化爐，通過加熱烘烤使吸附在型材表面上的粉末熔融，排出粉末間隙中氣體，逐漸流平、膠化、固化成膜。固化工序工藝參數：烘烤溫度(爐溫)200℃，加熱時間(從進爐到出爐)30min。

    固化工序是粉末噴涂的重要工藝過程，建筑鋁型材采用的是熱固性聚酯粉末涂料，所需固化溫度為180℃，時間20min。我廠通過正交試驗法優選最佳固化條件，確定爐溫200℃，整個加溫時間為30min。圖8為爐溫測試儀檢測型材表面溫度變化曲線。

    從圖8可知，型材從進爐開始7min時間預熱升溫后表面達到固化溫度，保持加min固化，在27min后開始出爐，整個加溫時間30mln。各個廠家固化爐設計不一樣，要根據測試的溫度變化曲線確定整個加溫時

    閫，以保證預熱溫度和時間以及固化溫度和時間達到要求。后表面達到固化溫度，保持加20min固化，在27min后開始出爐，整個加溫時間30min。各個廠家固化爐設計不一樣，要根據測試的溫度變化曲線確定整個加溫時閫，以保證預熱溫度和時間以及固化溫度和時間達到要求。

    固化溫度和時間必須保證涂料熔化并實現交聯固化。溫度過高、時問過長，將會引起涂層流掛、顏色變黃、光澤度有偏差，造成涂層抗蝕性、抗沖擊性等物化特性差。溫度過低或時間不足，粉末涂料不能完全固化，將導致表面涂層發脆、不平、機械強度差，甚至附著不牢有脫落。所以控制好固化溫度和時間很關鍵，要根據生產實際情況確立一個最佳工藝范圍。

    預熱升溫速度對涂層質量有一定影響。預熱升溫速度過快引起涂層流掛，升溫速度過慢則引起涂層流平不佳有桔皮現象，而且涂層附著力、抗沖擊性等物化特性差。在生產周期內，需每月記錄一次加熱溫度變化曲線，及時調整到最佳范圍。

    2、粉末噴涂鋁型材表面涂層的質量要求

    2.1涂層性能

    根據國家標準GB／T5237.4--2000的要求，噴涂型材涂層性能應符合表2的要求。

    2.2外觀質量

    噴粉型材裝飾面上的涂層應平請、均勻，不允許有皺紋、流痕、嚴重桔皮、凹腔、凸起、針孔、氣泡、裂紋、發粘、露底等缺陷存在。同一批次型材顏色和光澤要一致，不能有色差。有色板封樣規定的，要做到與合同規定標準色板一致。

    3、常見缺陷分析及解決辦法

    (1)粉末上粉率低

    產生的主要原因有：靜電高壓不正確，粉末輸送速度過快產生反彈，耢末粒度分布不佳，型材接地不良。

    解決辦法：調整靜電壓最佳值，凋節供粉氣壓、霧化氣壓適當，調整粉末粒度分布，調整靜電系統參數。

    (2)對凹腔和空隙噴涂穿透力不夠

    產生的原因有：粉末供粉速度過快產生粉末反彈，所用噴嘴類型不對產生靜電屏蔽，型材接地不良。

    解決辦法：調整靜電壓適度，調小供粉氣壓以使送粉速度適當，調整噴嘴，用手動噴槍補粉，測量接地電

    阻，調整靜電系統參數。

    (3)粉倉內流化不佳

    產生的原因有：粉末過細或潮濕，流化氣壓不足，流化空氣含有油和水。

    解決辦法：用篩網進行粒度分析，調整粉末粒徑分布，涼曬或烘干、攪散粉末，調高流化氣壓，過濾壓縮空氣。

    (4)涂層厚度不均勻

    產生的原因有：粉末噴涂速度不均勻，粉末輸送量過大，噴槍與型材間距不正確，懸掛鏈速度與噴槍升降速度不協調，靜電高壓變化，粉末潮濕，型材設計結構造成靜電屏蔽。

    解決辦法：調節供粉氣壓，做到勻速噴涂，調整系統參數，涼曬或烘干、攪散粉末。

    (5)涂層出現凹腔、針孔

    產生的原因有：型材表面殘留油脂或有腐蝕凹坑，供粉氣體和霧化氣體含有油分，鏈條潤滑油或熱循環風含油分，粉末含水量過高，粉末沉淀結塊。

    解決辦法：檢查預處理，脫脂要完全，用過濾紙檢查壓縮空氣含油情況，過濾壓縮空氣，換用不含硅油的潤精油，涼曬或烘干、攪散粉末。

    (6)涂層有凸起

    產生的原因有：型材表面有灰塵，粉末中含有未研磨細的金屬成分，噴槍口積粉過多，粉末過厚。

    解決辦法：用壓縮空氣吹干凈型材表面，及時清理、更換粉末。

    (7)涂層中有氣泡

    產生的原因有：型材表面含有水分，壓縮空氣含有水分，涂層過厚。

    解決辦法：預處理烘干爐烘干型材，過濾壓縮空氣，減少供粉量。

    (8)涂層出現流痕

    產生的原因有：預熱升溫過快，固化溫度過高，烘烤固化前涂層不均勻，涂層過厚。

    解決辦法：調整固化工藝參數，噴粉要均勻，降低涂層膜厚。

    (9)流平不佳有桔皮現象

    產生的原因有：固化預熱升溫過慢，粉末顆粒太小分布不均勻，涂層太厚或太薄。

    解決辦法：記錄固化溫度變化曲線，調整固化工藝參數，使用其它粒徑分布的粉末．調整噴粉工藝參數。

    (10)涂層抗蝕性、抗沖擊性和附著力等物化特性差

    產生的原因有：固化預熱溫度過高或過低，預熱時間過長或過短，型材脫脂不干凈，殘留有油脂．轉化不佳，型材預處理干燥溫度過高，轉化膜過多失去結晶水，粉末質量有問題。

    解決辦法：調整固化工藝參數，調整預處理脫脂、轉化、烘干工序，更換粉末。

    (11)涂層變黃

    產生的原因有：固化烘烤溫度過高，噴粉與固化之間時間間隔過長，型材脫脂不干凈，粉末自身發黃。

    解決辦法：降低固化爐溫度，噴粉后盡快固化處理，改進脫脂能力，更換粉末。

    4、結束語

    在靜電粉末噴涂生產中，要正確掌握好各個工藝參數，井根據生產實際情況進行調整，對生產中出現的質量問題要及時分析井解決，通過加強生產工藝控制，取得高質量的產品。