铝材表面超细粉末喷涂工艺的应用分析

超细粉末涂料的粒径为15-20微米，是常规的粉末涂料30-40微米的一半。超细粉末涂料具有涂层平整均匀，厚度薄的优点，不仅可以大大提高涂层质量，而且能够显著降低涂料成本。超细粉被成为第二代粉末涂料，既能够大面积的替代常规的粗粉，又可以取代很多对涂层平整度要求很高的液体涂料，大力推广超细粉末涂料的应用，将会对整个行业带来好处。辉旭公司从2001年开始研究开发超细粉末涂料，十年来在超细粉流化技术、工程设备、涂料配方以及和涂装应用等方面做了相当大量的开拓性的工作，积累了很多教训和经验，本文专门总结我们在超细粉涂装应用方面的一些体会，供大家分享。

我们制备的各种各样的超细粉末涂料，已经应用于家电、建材、家具、电器、汽车、卷材等各个行业，产品涉及聚酯、环氧、丙烯酸、PVDF氟碳、尼龙等等。在涂装应用过程中遇到了各种各样的问题，往往一个问题解决不好，就会影响整体的应用。本文分析讨论推广超细粉过程中遇到的技术和商务问题，对希望使用超细粉的涂装技术人员提供帮助。

1 超细粉涂装的影响因素

超细粉与常规粉的差别在于粉体的粒径从常规的30-50微米降低到15-25微米。因为辉旭公司的纳米技术解决了超细粉的流化性能，按道理，不需要改变正常的涂装设备，就能够造成涂装超细粉了。但事实并不是如此，推广应用过程中我们遇到了很多意想不到的问题，都就会影响超细粉的使用。

1.1 基材和预处理的影响

理论上超细粉本身对基材和预处理没有特别的要求。但对于形状非常的铝型材，比如凹型严重的部件，超细粉因为粒径较细，比常规粉更难进入凹处。遇到这种情况，往往需要调低电压，增加出气量等工艺调整，甚至采用手工前补喷的方式来解决，以保证涂装质量。

超细粉对预处理也没有特别的要求。只是在推广超细氟碳粉末时，遇到预处理的问题。传统的氟碳涂装都是使用铬化处理液，随着环保力度的加强，采用非铬化预处理将是发展的趋势，PVDF氟碳粉为热塑性粉末涂料，附着力比热固化的粉末涂料较差。遇到非铬化预处理的客户，必须非常严格的控制预处理质量，否则很容易出现附着力差的现象。

1.2 喷房和喷枪的影响

制备粒径细的粉体不难，难得的是解决超细粉的流化问题。严格说，只有流化问题解决的超细粉才能够正常喷涂，才能够叫超细粉末涂料（简称超细粉）。理论上超细粉对喷房的要求与粗粉是一样的，要通过吸风保持喷房的负压，保证粉末不溢出喷房。但是，超细粉往往都是做平整度很高而薄的高端产品，对喷房的清洁度要求很高，对生产管理要求较严格，换色和其他生产控制要求较粗粉高很多。实际中，只要操作严格，所有喷房都能够满足要求。

超细粉对喷枪的要求与常规粉没有两样，喷枪的好坏都能够进行喷涂，因为粒径细，喷出的质量都比粗粉平整度高，但好的喷枪喷出平整度更好。对需要非常高平整度的涂装，最好采用较好的喷枪。超细粉使用好的喷枪，可以达到与液体涂装媲美的非常平整的涂层。比如，用超细粉进行汽车车体涂装，得到的平整度完全能够达到液体的效果。解决了汽车车体粉末涂装最大的瓶颈难题。

1.3 涂装条件和膜厚的影响

超细粉涂装的工艺参数与常规粗粉涂装有一定的差别。因为超细粉粒径小，相对表面积大，单位粉体带电量较粗粉多；而且，超细粉的粒径小，质量小，喷涂的惯性较小，上粉主要靠静电吸附而非惯性。通常喷涂超细粉时需要出气量较小，电压适当减小，雾化适中。当然，这些参数完全需要现场技术人员根据情况来调整。实际情况是，只需通过一两次使用，现场的涂装技术人员表现出很强的信心来操作超细粉的涂装。当然，随着使用经验的增加，一些很有钻研精神的现场技术人员，他们逐渐总结出很多技巧，将超细粉用得非常好。比如，四川长虹的涂装技术人员，他们对超细粉的涂装进行了很多细致的研究和实践。结果是，他们能够在工件很复杂的办公家具的涂装上，得到25微米的平均膜厚（遮盖力很好的银灰色）。（遮盖力差的浅色，厚度较高）。

超细粉的一次上粉率比粗粉较少，这是因为超细粉带电量相对较大，粉末上到工件上之后，后面的粉末就比较难再上去了，这其实是超细粉的一个非常重要的优点。吸附了粉末的地方就难以吸附更多的粉末上去，这样保证了涂层的薄度和均匀度，否则很难得到均匀的薄涂层。

涂层的厚度，不仅是影响涂装成本的一个重要因素，也很大程度上决定着涂装的质量，特别是附着力等机械性能。涂层越厚，附着力越差。严格将薄厚控制在满足遮盖力和防腐蚀要求的程度，是需要涂料配方和涂装工艺两方面共同努力的工作。

1.4 涂料配方的影响

超细粉可以制备薄涂层，薄涂层有遮盖力问题。关于涂装的耐腐蚀性能，我们发现只要均匀度好，40微米的耐腐蚀性能比70微米的粗粉涂层还要稍稍好一些，这是因为不均匀的厚涂层最低的点比均匀的薄涂层的最地点还要薄，而腐蚀总是从最低点开始的。我们不用担心涂薄后耐腐蚀性能受影响。但是，对纯白色等遮盖力很差的涂料，我们必须在配方上增加遮盖力，否则不能够达到薄涂层。

1.5 回收设施的影响

超细粉粒径为15-25微米，其中10微米以下的粉体只有10%；粗粉为30-50微米，10微米以下的粉只有5%左右。通常，各种回收设备都能够将5-10微米以上的粉体回收使用，就是说理论上进行超细粉涂装并不需要对回收设备进行改建。但实际情况并非如此。的确有很多较好的新的涂装设备，不需要任何改动就能够进行超细粉涂装，但相当多的涂装设备和其回收设施都存在这样或者那样的缺陷，做超细粉涂装时经常遇到回收效率差的问题。回收不好的问题本文在下面重点进行研究。

2 超细粉涂装的回收装置分析

现在市场上常用的回收为额三类, 滤芯回收设备,小旋风回收设备,以及大旋风回收设备。各有特点和优劣。

1）  滤芯回收设备 – 采用纸筒或者布袋等滤布直接将所有粉末过滤回收。涂层1-2微米的以上的粉体都能够通过滤芯设施完全回收。优点是所有粉末都不会浪费，缺点是换色非常困难，滤袋很难彻底清洗干净。滤芯回收适合于固定颜色或者颜色不多的涂装生产。滤芯方法通常能够完全回收超细粉。

2）  小旋风回收设备 – 小旋风分离器的半径小，分离效果很好，为保证处理量，常常采用并联的9个或者12个小旋风设备。小旋风能够干净地换色，不会影响质量，但换色时要清洗很多个小旋风器，花费的时间和工作量较大。小旋风设备对超细粉的回收没有大的问题。

3）  大旋风回收设备 – 大旋风风量大，设备简单，清洗换色比较容易，工作量少时间快，适合大批量涂装生产。好的大旋风完全能够回收超细粉，我们在很多大旋风设备上使用超细粉，回收非常好。但相当多的大旋风设备却达不到预期的回收效果，主要因为国内很多设备的设计本身就存在较大的设计的问题。我们吃惊地发现很多大旋风设备使用粗粉的回收率只有80%，大量有用的粉末被抽走了。实际上，好的大旋风回收粗粉的回收率应该2%-4%，超细粉的回收率在3%-8%。试想，每年20%的粉末涂料浪费是多大的一笔资金？面对大旋风对超细粉回收率低下普遍现象，我们做了一些工作。下面以氟碳粉的应用为例说明。

3 超细PVDF氟碳粉末涂装超细粉回收装置的改善工作

PVDF氟碳超细粉末涂料的平均粒径只有15-18微米。回收设备好，5-10微米以上的粉末都能够保证回收，但回收设备不好，15微米以下的设备都有可能被抽走，氟碳粉价格十分昂贵，是聚酯的十倍以上，回收问题必须解决。我们采用了两种有效的改进设备的办法来解决氟碳粉回收的问题。

1. 制备一套简易滤芯设备，供客户临时试机和测试时使用。该套设备由几个可随时链接和拆卸的滤芯盒子组成，每个盒子有12根滤袋，配备反吹功能，根据客户的情况链接起来的几个滤芯盒子由一个风机抽风，滤除的粉末留在喷房中间歇回收使用。该装置作为临时措施，能够满足新客户试验氟碳粉的要求，对推广超细氟碳粉起到很积极的作用。一旦客户理解到超细氟碳粉能够给他们带来好处，就会有信心投资进行设备的改善了。

2. 我们针对很多大旋风设备回收效率低的问题，提出了用双旋风替代大旋风的改善设备的方案，并在制备双旋风时采用一系列能够提高分离效果的方法，提高超细粉的分离效果。该方案的特点是，现有的整套设备除了更换大旋风，其他部件完全不动，仅仅投入很少的资金改进设备就能够解决问题。

    具体的设计思路有几点：1. 用双旋风代替大旋风；2. 通过改进旋风器尺寸来提高风速；3. 改进旋风器结构提高分离效果。用双旋风代替大旋风，是在保持较大风量和风速的情况下，通过减少旋风器半径来增加分离效果。

3. 双旋风的设计依据和步骤

通常，旋风分离器的分离效果与粉体的离心力大小有关，离心力的大小与粉体质量成正比；与风速成正比；与旋风器的半径成反比。同时，旋风器的提升管直径越小，分离的粒径越细。

我们具体设计步骤如下。首先测量实际的旋风进口处的风速和流量。根据喷房实际使用的效果判断抽风量是否足够。在保证足够的风量的前提下来设计双旋风的大小。根据经验，风速为15-25米/秒时分离粗粉效果较好；如果处理粉量较大或者处理粒径较小的粉体时，进口处风速应该设定在上线或者更高，比如25-30米/秒。但注意风速不能够太高，风速过高会引起气提喘流，造成不规则粉体运动，反而降低分离效果。风速决定后，根据需要的风量（从测定的数据和实际效果来决定需要的风量），算出双旋风的进口处尺寸。在旋风器结构上，我们也做了一些改进，专门设计了一个适合超细粉分离的上下不均等的旋风器内部提升管，将下面的直径减小，有利于分离超细粉。

下表为根据经验和超细粉的特性列出的双旋风的尺寸数据

图为：铝材粉末喷涂双旋风的设计依据和步骤图

图为：铝材超细粉末涂装旋风分离器设计示意图

旋风分离器的设计和应用是学术界研究了很多年的老课题，至今为止其中的原理仍然不是非常清楚。我们通过理论和实践的结合，制备出改进的双旋风代替已经使用但分离效果很差的大旋风分离器，达到很好的效果。经过客户的使用，能够使超细粉的回收效率达到97%以上，解决了很多现有设备设计不好的问题。

4 结论

超细粉具有平整而薄的特点，具有巨大的推广价值，但推广过程涉及到各方面的工作。理解超细粉应用的特点，了解其局限性，找到解决问题的方法，让超细粉真正为涂装厂接受，我们就能够获得新技术产品带给我们的好处，创造出较大的价值。