影響粉末涂層附著力與各層間附著力附著力性能的因素及其控制措施

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• 摘要：在汽車車廂涂裝新型粉末涂料的開發(fā)和應(yīng)用過程中，探討了影響粉末涂料附著力和層間附著力的因素。因素及其控制措施。通過對汽車零部件涂裝用粉末涂料等材料、電泳和密封膠材料的相容性、各工序工藝參數(shù)的反復(fù)驗證，驗證了影響粉末涂料與各層附著力的因素，并進(jìn)行了分析調(diào)整進(jìn)行。 、可控、附著力穩(wěn)定，為粉末涂裝新工藝的推廣應(yīng)用提供了一定的技術(shù)儲備。

  0 簡介

  在全球環(huán)境日益惡化、全球環(huán)境生態(tài)危機(jī)逐漸加劇之際，中央和地方政府相繼對汽車涂裝三廢排放和原材料VOC含量進(jìn)行限制。標(biāo)準(zhǔn)油漆在線。涂料行業(yè)及其配套汽車主機(jī)廠積極開展技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級活動。汽車及其零部件涂裝線的設(shè)計與綠色、環(huán)保、節(jié)能的主題息息相關(guān)。粉末涂料以其無廢水、無廢氣（三廢）排放等技術(shù)特點(diǎn)，具有顯著的環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢，可大大降低汽車零部件的成本。繪畫費(fèi)用。本文以粉末涂料在汽車車廂上的開發(fā)和應(yīng)用為例，在推動粉末涂料工藝實(shí)施的過程中，從涂料配方與匹配優(yōu)化、基材、各涂料施工工藝參數(shù)等方面進(jìn)行了探討，對環(huán)境等進(jìn)行了詳細(xì)的分析討論，并針對附著力不良提出了解決方案和預(yù)防措施。

  1粉末涂裝工藝特點(diǎn)

  1.1粉末涂裝工藝路線

  汽車車廂液體涂料的涂裝工藝路線為：預(yù)處理（脫脂、無磷硅烷/磷化）→陰極電泳→干燥（160～170℃，20min）→封縫→液體噴漆→清漆噴涂→整平→干燥（140～150℃，20min）→強(qiáng)制冷卻→檢驗→下線。

  汽車車廂用粉末涂料的工藝路線如下：預(yù)處理（脫脂、無磷硅烷/磷化）→陰極電泳→干燥→焊縫密封→粉末涂料噴涂→干燥（180～190℃），20min ) → 強(qiáng)冷 → 檢查 → 下線。

  白色、藍(lán)色等素色，可取消粉末清漆噴涂，直接更換液體涂料。對于金屬色，仍采用液態(tài)漆和液態(tài)清漆的工藝。

  此工藝路線適用于新車粉末涂裝和與液體涂料兼容的粉末涂裝線。

  1.2粉末涂料成膜及固化特性

  粉末噴涂一般采用往復(fù)機(jī)靜電噴涂技術(shù)，利用高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生的高壓使粉末噴槍頂部或內(nèi)部帶電。粉末顆粒帶電后，在壓縮空氣和靜電力的作用下，帶電的粉末顆粒在車廂內(nèi)向工件移動。當(dāng)粉末涂層達(dá)到一定厚度時，由于粉末顆粒之間的靜電排斥，車廂內(nèi)的工件停止吸附帶電的粉末顆粒。粉末在高溫下烘烤，凝膠化，進(jìn)入玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。聚合物熔融固化，最終形成均勻的涂膜。

  

  

  相對于液體涂料，粉末涂料在固化過程中與之前的涂料之間的結(jié)合力更大，在材料開發(fā)、工藝調(diào)試和生產(chǎn)現(xiàn)場等階段更容易出現(xiàn)附著力差的問題。因此，探討粉末涂料附著力差的問題顯得尤為重要。

  2 影響粉末涂料附著力的因素及控制措施

  涂層是在工件表面形成一層牢固、堅韌、連續(xù)的薄膜靜電粉末噴槍，以達(dá)到保護(hù)和裝飾工件表面的目的。 Maitland和Mayne在對涂層鋼板電化學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上，提出了涂層激發(fā)電阻的控制理論，并結(jié)合Fick擴(kuò)散定律，提出了涂層壽命公式：

  L=δ2/6D +ΦPsσn 公式（1）

  公式（1），L-涂層壽命，δ-涂層厚度，D-離子擴(kuò)散系數(shù)，Φ-常數(shù)，Ps-涂層附著力，σn-涂層下鋼板施加的壓力。

  從上式可以看出，涂層壽命主要取決于涂層的適當(dāng)厚度、涂層的附著力和涂層的離子擴(kuò)散系數(shù)，粉末涂料也是如此。一旦失去涂層的附著力，基材就會失去涂層的基本保護(hù)作用，涂層的保護(hù)作用也就失效了。因此，在涂料配方設(shè)計、生產(chǎn)工藝、施工維護(hù)等過程中，應(yīng)注意附著力。

  按附著力大小分類，附著力分為0、1、2、3、4、 5、粉末涂料在涂料中的附著力車廂要求0級，刃口完全光滑，無剝落現(xiàn)象。粉末涂料間的附著力通過100格的附著力和剝離附著力來評價。

  (1）百格附著力測試：實(shí)用刀片在距離鋼板基材2mm處拉出，用3M膠帶粘貼，觀察漆膜剝離情況，參考GB/T9286 -1998 年。

  (2）層間剝離附著力：用美工刀片測試樣品邊緣延伸到電泳和粉末涂層之間，刀與測試板表面成15~30°角，然后在刀背上用一定的推力將其推均勻 用美工刀判斷涂膜是否可以從電泳層上剝離，是否可以輕松連續(xù)地從電泳層上剝離，且電泳與涂膜不粘連，判定為不合格；若仍殘留在基材上，則電泳與涂膜之間沒有明顯的分界線，涂膜不能剝離連續(xù)并與電泳相互粘附，判定為合格。

  涂層在基材上的附著力是涂層之間機(jī)械力和物理化學(xué)力共同作用的結(jié)果。因此，粉末涂料的附著力與粉末涂料及配套涂料的配方、工件材料、工藝參數(shù)、粉末涂料及其用途密切相關(guān)。環(huán)境等因素，本文將重點(diǎn)介紹粉末涂料的工藝特點(diǎn)，從涂料配方與相容性、工件狀態(tài)、噴涂膜厚、各涂層工藝參數(shù)、前一道涂層的工藝質(zhì)量狀態(tài)、施工環(huán)境等方面入手。以探討影響粉末涂料附著力的因素，并提出相應(yīng)的解決方案。

  2.1粉末涂料和涂料配方及層間相容性對附著力的影響

  粉末涂料及其配套涂料配方對涂料附著力的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

  2.1.1 涂層成分的相容性

  當(dāng)粉末涂料附著在基材上時，涂料中的樹脂成分如羥基、羧基、酰胺基、環(huán)氧基、氨基、異氰酸酯基等，可形成高極性的化學(xué)活性粘合中心。一般來說，涂料中樹脂的極性越強(qiáng)，涂層的附著力就越好。對于相鄰的兩個涂層，如果兩個涂層樹脂的極性不同，就很難保證層間的附著力。因此，粉末涂料與電泳涂料、密封膠等之間的樹脂極性需要通過匹配試驗來驗證。良好的匹配是保證附著力的基礎(chǔ)。

  2.1.2 涂料中的顏料和填料

  涂料中的顏料和填料影響涂料的流變和機(jī)械性能 附著力受到影響。在配方設(shè)計中，顏料與涂料的相互作用程度對涂料的附著力有著決定性的影響。不同的顏料、粒徑、形貌、表面性能和用量都會影響涂層的附著力。

  2.1.3 添加劑在涂料中的作用

  主要包括附著力改進(jìn)劑、收縮控制劑、增塑劑和一些樹脂助劑，主要原理是增加樹脂的極性，幫助形成化學(xué)活化中心，控制涂層的固化收縮。

  鑒于上述涂料配方對涂層附著力的影響機(jī)理，對于粉末涂料、密封劑、電泳、前處理等多層涂料，涂料配方設(shè)計之間的匹配是涂層的決定因素。附著力性能的基礎(chǔ)。只有相互匹配良好的涂料才能通過生產(chǎn)現(xiàn)場工藝參數(shù)的質(zhì)量控制和施工環(huán)境的控制達(dá)到良好的效果。對于選擇的與粉末涂裝工藝相關(guān)的工藝材料，需要進(jìn)行粉末涂裝與前處理、電泳涂裝、粉末涂料和密封膠的相容性驗證。

  (1）粉末涂料與預(yù)處理和電泳涂料的相容性測試[2]粉末涂料的烘烤工藝要求一般為（180～190）℃×20min，一般烘烤工藝要求電泳漆的溫度一般為（160～170）℃×20min。如果將電泳干燥后的工件再次干燥（180～190）℃×20min），可能會導(dǎo)致電泳漆膜脫落。過度干燥，力學(xué)性能下降，電泳與粉末涂料的附著力差。

  同時，電泳漆和粉末涂料的配方設(shè)計中樹脂、顏料和填料的匹配性也需要通過試驗來驗證。一般的驗證方案是：根據(jù)粉末涂料生產(chǎn)線工藝靜電粉末噴槍，對復(fù)合涂層進(jìn)行常溫附著力、力學(xué)性能、耐水性、濕熱后附著力、中性鹽霧等項目測試。

  以整車前處理及底面一體化電泳、超耐候性聚酯粉體為例進(jìn)行匹配性驗證，需進(jìn)行的相關(guān)性能測試見表2。

  

  如果生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)整了不同的配方，或者涂層穩(wěn)定性發(fā)生變化，比如產(chǎn)量低的生產(chǎn)線的電泳涂裝長期沒有更新，粉末涂料的配方需要重新實(shí)驗驗證直到匹配的性能才能達(dá)到馬車涂層的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

  (2）粉末涂料與密封膠的相容性驗證[1]

  傳統(tǒng)PVC密封膠的干燥條件為（130～140）℃×20min，為最大限度的節(jié)能，膠粉可同時干燥，無需設(shè)置膠水干燥爐，粉末在過高的溫度（180～190℃）×20min下干燥，干燥容易使膠條變黃、流淌、二次流掛，密封膠中溶劑的揮發(fā)影響粉末涂料的附著力. 密封膠的選擇是必要的，粉末涂料選用耐高溫PVC或聚氨酯密封膠。粉末涂料與密封膠相容性的相關(guān)性能試驗見表3。

  

  表3 粉體與密封膠配套項目的驗證 由試驗可知，粉體與密封膠材料會出現(xiàn)膠條泛黃、膠條邊緣和油漆出現(xiàn)深色沉淀。選擇與粉末相容的密封劑。

  2.2 基材對粉末涂料附著力的影響

  2.2.1基材表面形貌的影響及表面處理的影響

  車廂焊縫表面的氧化膜與金屬表面的結(jié)合力相對較弱，而粉末涂料與上涂層的結(jié)合力相對較大。在噴涂后的附著力測試中，涂層很容易從金屬表面剝離。因此，車廂上部噴漆前需要用人工氧化皮清洗或噴丸處理。 .

  油污是一種表面張力低的物質(zhì)，與金屬、油漆的結(jié)合力極弱，對附著力影響很大。預(yù)處理和脫脂工藝主要包括預(yù)脫脂、脫脂等。脫脂處理液堿度低、pH值變化、工藝溫度不達(dá)標(biāo)、脫脂工藝處理時間短等都會導(dǎo)致工件被脫脂。同時，有些板材上的防銹油特別難去除，在板材的選擇上要特別注意。

  處理方法：在粉末涂料涂裝工藝文件中，加強(qiáng)車間日常生產(chǎn)中鍍液工藝參數(shù)的檢查和審核，確保工件的前處理工藝嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行。處理文件。

  2.2.2 電泳涂層中雜質(zhì)成分對表面能的影響

  通過測量出現(xiàn)附著不良階段（圖電泳漆A和無附著力不良階段（圖3）對電泳漆B的灰分進(jìn)行取樣判斷電泳漆是否混入雜質(zhì)。灰分含量）測定方法：在已知質(zhì)量的瓷器上準(zhǔn)確稱取待測電泳漆約10g，置坩堝中，放入120℃烘箱中干燥1小時，然后放入馬沸爐中，緩慢加熱。最高（800±50）℃，加熱灰化1小時，放入干燥器中冷卻至室溫，發(fā)現(xiàn)瓷坩堝增加質(zhì)量（g）。

  

  在電泳漆中混入雜質(zhì)、紅褐色銹類物質(zhì)，進(jìn)一步調(diào)查是由于鐵離子被托板帶入電泳槽。試驗證實(shí)，電泳拋光清洗后，層間附著力符合要求；

  解決方案：

  

  (1）車廂上部前手動擦油、鐵渣，并檢查；

  (2）預(yù)處理，再次換缸，濾袋更換為50（從100μm到50μm）；

  (3）@ >建立并規(guī)范電泳漆除油濾袋等的更換頻率，并對槽液狀態(tài)進(jìn)行管理；層間附著力測試合格后，進(jìn)行試制、組裝、審核車廂板將被布置以穩(wěn)定粉末涂料在生產(chǎn)線車廂上的附著力。

  2.3 施工工藝參數(shù)影響粉末涂料對車廂的附著力。武力的影響

  2.3.1粉末涂料內(nèi)聚力對附著力的影響

  粉末涂料的內(nèi)聚力是由涂料本身的內(nèi)聚力產(chǎn)生的。附著力是涂料與基材之間的附著力。多涂時，應(yīng)控制內(nèi)聚力和附著力的比例關(guān)系。

  當(dāng)粉末涂裝和電泳涂裝配方型號不變時，粉末涂膜厚度越厚，內(nèi)聚力越大，但附著力不會增加，所以內(nèi)聚力和附著力的比值增加，而層間附著力變差。當(dāng)涂膜在剛性基材上形成時，由于不能收縮而產(chǎn)生內(nèi)聚力，而涂層中的內(nèi)聚力會抵消粘附力，因此只需很小的外力就可以破壞粘合力。漆膜厚度過大，下層涂層剝離效果的內(nèi)縮力也較低，會影響涂層、電泳與基材之間的附著力。 、涂層的外觀、力學(xué)性能、耐老化性等。均衡。根據(jù)實(shí)驗驗證和經(jīng)驗數(shù)據(jù)，粉末涂料的涂層厚度控制在160 μm以下，附著力可以穩(wěn)定在0級。

  波紋板常用于汽車車廂，表面凹凸較多，容易造成粉末厚度分布不均，因此在涂膜厚度過程中需要調(diào)整粉末涂層厚度涂層的厚度控制在70~160 μm之間，保證了粉末涂料的附著力，同時滿足了粉末涂料的最低工程遮蓋力。

  2.3.2粉末涂料固化對附著力的影響[2]

  粉末固化影響粉末涂料的力學(xué)性能，直接影響粉末涂料的附著力，涂料韌性好，附著力好。硬質(zhì)或脆性涂層的附著力較差。粉末涂料附著后，如果粉末干燥固化時間和溫度不足，會增加涂料的脆性，干燥后涂料會太硬。附著力測試時涂層會出現(xiàn)明顯的剝離，導(dǎo)致涂層附著力不合格的問題。

  

  因此需要對生產(chǎn)現(xiàn)場的爐溫曲線進(jìn)行跟蹤檢測，同時在該溫度條件下進(jìn)行涂層附著力測試，確保涂膜附著力達(dá)標(biāo)，表面溫度和工件的固化時間滿足粉末涂料的固化要求。

  2.4 上涂工藝參數(shù)對粉末涂層附著力的影響

  2.4.1 前處理過程異常

  (1）工件脫脂不干凈[2]

  已在本文的2.2.1 小節(jié)中討論過。除了工件脫脂不良另外，帶入工件的磨灰、碳粉、油污、焊渣、鐵粉等處理不徹底，會影響工件間界面的表面狀態(tài)。層，從而影響附著力。因此，每道工序前后都要仔細(xì)擦拭。 ，檢查。

  (2）表面調(diào)整工藝參數(shù)異常

  磷化前的表面調(diào)整對磷化膜的質(zhì)量影響很大。當(dāng)表面調(diào)整工藝參數(shù)出現(xiàn)異常時，磷化膜晶粒過大，磷化膜層疏松，嚴(yán)重影響粉末涂料的附著力。

  (3）磷化膜差[3]

  磷化液的參數(shù)控制包括總酸度、游離酸度、促進(jìn)劑濃度、浴溫、磷化時間等。當(dāng)磷化液的參數(shù)發(fā)生變化，如浴溫升高時，磷化反應(yīng)為劇烈而失去有效離子含量，導(dǎo)致磷化膜結(jié)晶不規(guī)則，甚至二次結(jié)晶。磷化膜的顆粒嚴(yán)重大且相對稀疏而不致密，最終會導(dǎo)致噴粉后磷化層與基材之間出現(xiàn)縫隙。附著力不穩(wěn)定。生產(chǎn)現(xiàn)場需要每班監(jiān)測一次槽液參數(shù)，監(jiān)測脫脂狀態(tài)、溫度、脫脂堿度、磷化參數(shù)、磷化中離子含量控制等。同時要求預(yù)處理材料生產(chǎn)廠家要上門服務(wù)。 ，并提供有關(guān)離子含量檢測的每周報告。

  經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗證，“電泳+粉末噴涂”系統(tǒng)對磷化膜的厚度要求更為嚴(yán)格。正常時磷化膜的厚度應(yīng)控制在1-2μm，相應(yīng)的晶體照片如圖4所示。

  

  

  2.4.2 電泳槽參數(shù)異常

  當(dāng)電泳線長期產(chǎn)量過低，或長時間停產(chǎn)時，會出現(xiàn)浴液老化現(xiàn)象，如：

  (1）當(dāng)電泳漆浴的pH值和MEQ值同時偏低時，庫侖效率低，電泳膜厚度減小，浴液存在老化現(xiàn)象；

  (2）鍍液溶劑含量低，加劇鍍液老化。

  電泳槽穩(wěn)定性的預(yù)防措施：

  ( 1）將浴液的pH值控制在5.6～5.8之間；MEQ值每周測試一次，控制范圍在28-32之間;

  (2）嚴(yán)格控制槽內(nèi)溶劑含量0.8%～1.5%;

  (3）長期停機(jī)期間(≥7d)，電泳槽溫度控制在25℃；

  (4）雜質(zhì)離子：定期檢查雜質(zhì)離子含量和電泳槽油含量。

  2.4.3 工件電泳干燥異常

  粉末涂料比預(yù)處理電泳的結(jié)合力更強(qiáng)，一旦電泳涂料干燥不充分，容易與上層涂料咬合，出現(xiàn)附著力差的問題。

  但是，當(dāng)電泳干燥時間設(shè)置過長或干燥溫度設(shè)置過高時，也會造成電泳漆過固化，增加電泳涂料的表面張力，造成粉末涂料在電泳涂膜上。附著力下降，存在層間附著力差的問題。

  在粉末涂料開發(fā)過程中，在烘箱中驗證了電泳干燥時間和溫度。驗證結(jié)果見表3。制版工藝為試板在線預(yù)處理（三元磷化）和電泳。測試板的電泳涂膜在實(shí)驗室根據(jù)不同的干燥條件進(jìn)行干燥。板材噴粉，噴粉厚度控制在100~120μm。每種干燥條件下，選擇3塊滿足粉膜厚度要求的測試板進(jìn)行附著力測試。

  

  根據(jù)以上實(shí)驗驗證可以得出結(jié)論，如果電泳干燥條件發(fā)生變化或工件出現(xiàn)多次在線返修問題，則需要貼鍍膜。專注于密鑰管理。在粉末涂裝線的生產(chǎn)過程中，還需要嚴(yán)格控制電泳干燥的狀態(tài)，主要從以下幾個方面進(jìn)行：

  (1）檢查電泳烘房和輸送鏈設(shè)備是否符合工藝狀態(tài)；

  (2）每天用脫脂棉蘸丙酮擦拭電泳后的工件，檢查電泳漆膜的干度；

  (3）工藝調(diào)試和試生產(chǎn)時，每天用試板掛第一片，測試電泳后的電泳附著力和粉末附著力。掛板附著力合格后，就可以進(jìn)行生產(chǎn)了。附著力穩(wěn)定后，可以每天測試隨機(jī)掛板。

  2.5 自然氣候?qū)Ψ勰┩苛细街Φ挠绊?/p>

  2.5.1 噴涂溫度和濕度對涂層附著力的影響

  噴涂室的溫度變化會導(dǎo)致不同涂層的彈性模量不同發(fā)生變化，涂層之間的微觀形變不同，涂層中的機(jī)械應(yīng)力也會發(fā)生變化，從而影響附著力。噴涂室相對濕度增加時，涂料的附著力會下降。在高濕度下，涂層易膨脹，水溶性成分易分離，附著力下降。

  每道涂料施工過程中，必須按照工藝文件的要求，嚴(yán)格控制施工溫度和濕度。

  2.5.2光老化對涂層附著力的影響

  粉末涂料涂料受陽光照射會使涂料中的樹脂和顏料降解，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而降低附著力。因此，在粉末涂料的開發(fā)過程中，除了測試正常的附著力外，還應(yīng)具備耐水、耐熱、耐濕、耐化學(xué)性、耐鹽霧性、耐老化等測試項目后，涂層附著力測試必須達(dá)到0級。

  3 生產(chǎn)現(xiàn)場粘連問題的解決方案

  粉體生產(chǎn)線投入使用后，如果涂層匹配良好，預(yù)處理電泳和粉體工藝設(shè)備的參數(shù)滿足工藝要求，一旦出現(xiàn)附著力差的問題，可以采用以下方法快速確定問題的原因并解決它。

  (1）噴粉板異常判定：直接噴涂標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理板，放入實(shí)驗室小型烘箱烘烤，判斷噴粉是否異常。

  (2）預(yù)處理和電泳異常判斷：生產(chǎn)現(xiàn)場的預(yù)處理和電泳由不同的供應(yīng)商提供，生產(chǎn)過程中遇到異常很難確定責(zé)任歸屬。磷化電泳板，將該生產(chǎn)線的磷化電泳板與標(biāo)準(zhǔn)磷化電泳板噴涂粉末涂料確定附著力，并通過交叉驗證的方法分析和驗證附著力問題的因素，以確定預(yù)處理電泳狀態(tài)是否生產(chǎn)線存在異常，指導(dǎo)解決粉末涂料附著力差的問題。

  4 結(jié)論

  由于粉末涂裝工藝和涂料固化機(jī)理的特殊性，粉末涂料的最終附著力不僅包括基材與磷化、磷化和電泳，還包括電泳與粉末之間的層間附著力。如果現(xiàn)場工藝某個環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)出現(xiàn)問題，最終導(dǎo)致粉末涂料附著力差，影響產(chǎn)品最終涂裝質(zhì)量。結(jié)合粉末涂料的工藝特點(diǎn)，從涂層附著機(jī)理的角度深入分析了粉末涂料附著力的影響因素，并提出了建議和措施，對開發(fā)、驗證具有一定的指導(dǎo)意義。以及新建粉末涂裝線的工藝調(diào)試。