干货 | 铝型材粉末涂料静电喷涂固化工艺过程的分析

全球铝加工2021-09-10 15:50:23


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粉末涂料是不含溶剂的固体粉末状环保型涂料,具有良好的装饰性、保护性及较高的涂装效率,广泛应用于金属表面的涂饰,尤其是铝型材方面。

粉与铝型材常规表面处理方法如阳极氧化、电泳涂装相比粉末涂料色彩丰富,环境污染、能耗显著降低,涂膜的机械性能大幅提高,因此粉末涂料静电喷涂已经成为铝型材表面处理的主要方法之一。


1固化过程分析

1.1 固化工艺过程

        差示扫描量热分析技术(DSC)广泛应用于热固性粉末涂料固化过程研究。采用铝型材专用聚酯/TGIC((聚酯与TGIC的质量比为0. 93:0. 07)粉末涂料体系,以10 ℃/min等速升温进行DSC测试,结果如图1所示。

        从图1可看出,粉末涂料固化过程经历下面几个阶段:A区、B区出现2个峰。分别为聚酯树脂与TGIC玻璃化转变、熔融过程,峰顶1,2的温度分别为62. 97℃ ,98. 8 ℃ ,C区为粉末涂料固化过程,有明显的放热峰存在,温度区域为120-200℃,峰底3温度约为180℃,为粉末涂料固化最佳固化温度,考虑到生产配方中颜填料的加入,喷涂生产中固化温度增加到200℃较适宜,保证固化交联反应完全。粉末涂料的熔融挤出生产过程中,挤出温度不能超过120 ℃,避免固化反应的发生导致粉末涂料有“渣滓”。

1.2 固化特征温度的预测

        采用铝型材专用聚酯/TGIC粉末涂料体系,分别以5 ℃ /min ,10℃/min,15℃/min,20 ℃/min升温速率进行DSC测试,DSC曲线如图2所示。

        从图2可知,随着升温速率的增加,热流量-温度曲线固化峰向上漂移,起始固化温度T0、固化温度Tp和后处理温度Tf,均随升温速度的增加向高温方向移动。升温速度分别对固化反应特征值T0, Tp, Tf作图并线性拟合,外推到升温速度为0所得曲线如图3所示。

        固化特征温度起始固化温度(TO)、固化温度(TP)和后处理温度(TF)分别为122 ℃ ,150 ℃,206℃,动态升温法所获得TO, TP特征值不能直接用于喷涂固化工艺控制温度,因为在粉末涂料配方中还加入了大量颜填料,工业生产中实际控制固化温度高很多,但它为固化工艺条件的确定提供了理论依据。

1.3 最低固化温度

        为验证铝型材静电喷涂固化工艺的起始温度,在如下的条件进行DSC检测:采用铝型材用的聚酯/TGIC粉末涂料体系,选取固化温度为100 ℃ ,110℃,120℃,先分别在各自温度下保持30min后降至30℃,再以10 ℃/min升温速度升温至250℃,热流率-时间的变化关系曲线如图4所示。

        从图4中明显的看到:100℃,110℃的DSC曲线有固化峰,而120℃熔融保持30min后升温过程中无固化峰,说明粉末涂料样品在120℃,30 min熔融过程中已经发生了交联固化反应,因此铝型材粉末静电喷涂固化过程中,为确保型材表面效果,熔融、流平过程温度尽可能在固化温度下保持一段时间,且粉末涂料生产过程中融熔挤出温度须低于120℃,才可能避免“结渣”现象出现。

1.4 固化工艺温度的确定

        铝型材粉末涂料静电喷涂工业生产大多采用等温固化连续工艺,选取铝型材用的聚酯/TGIC粉末涂料体系,分别对温度为160℃ ,180 ℃, 200℃的条件下等温固化过程进行DSC测试.时间为30min,所测得热流率-时间的变化关系曲线如图5所示。

        从图5中可以看出,相同的固化时间,聚酯/TGIC体系固化热流率随温度的升高而逐渐升高,达到一定固化时间后热流率趋于平稳,20 min后热流率几乎不随时间发生变化,为确保固化反应完全,需保持一定的固化时间;不同等温条件下的热流率随温度升高固化峰变窄,升高温度达到相同的热流率所需时间越短,需要保持一定的固化时问,缩短固化反应时间;但高温固化易使涂料配方中的助剂(如脱气剂安息香)因耐热性差而造成涂膜黄变,低温固化时间长生产效率低,铝型材静电喷涂工业生产中固化温度与时间确定为200℃/20min较适宜。

1.5 生产过程温度控制

        铝型材粉末静电喷涂固化工艺过程可分为升温、保温、冷却3个阶段。升温段是粉末涂料的熔融、流平过程,获得较好表面效果;粉末涂料的固化交联反应主要发生在保温段,一定的温度与时间保证涂层交联固化反应完全,达到铝型材产品所需的机械性能。图6为某铝型材喷涂厂家的生产炉温控制曲线,采用聚酯HT8043SF50铝型材专用粉末涂料,Data炉温跟踪仪检测,型材预热升温8 min达到固化温度(200 ℃ ) ,保温段为200℃,20min确保固化,27min后出炉冷却,整个固化工艺过程为30min,实践证明其铝型材喷涂产品外观装饰与机械性能满足生产工艺要求。

2结语

1、非等温固化DSC方法分析了聚酯/TGIC体系粉末涂料固化反应过程,通过温度-升温速率图外推法确定了该体系的特征参数凝胶温度(TO)、固化温度(TP)和后处理温度(TF)分别为122 ℃,150℃,206℃。

2、等温固化过程进行DSC测试,实际最低固化起始温度120℃左右,铝型材静电喷涂工业生产中固化温度与时间控制在200℃,20 min较适宜。

3、工业生产实践证明:采用Data炉温跟踪仪检测粉末涂料固化过程,型材预热熔融阶段升温8min,固化保温段为200 ℃,20 min后出炉冷却,铝型材喷涂产品外观装饰与机械性能满足生产工艺要求。


粉末喷涂存在着以下几点显著优势:

1、工艺较为简单,主要得益于生产过程中主要设备的自动精度的提高,对一些主要的技术参数已经可以实现微电脑控制,有效地降低工艺操作难度,同时辅助设备大为减少。

2、成品率高,一般情况下,如果各项措施得当,可最大限度地控制不合格品的产生。

3、能耗明显降低,在普通的阳极氧化、电泳涂装的生产过程中,水、电的消耗是相当大的,特别是在氧化工序。整流机的输出电流可达到8000~11000A之间,电压在15~17.5V之间,再加上机器本身的热耗,需要不停地用循环水进行降温,吨电耗往往在1000度左右,同时辅助设施的减少也可以降低一些电耗;

4、对水、大气的污染程度降低,片碱、硫酸及其它液体有机溶剂的不再使用,减少水及大气污染,也有效地提高铝型材与作为环保产品的塑钢型材的竞争实力,相应地减少了一些生产成本。

5、工人的劳动强度明显降低,由于采用自动化流水线作业,上料方式以及夹具的使用方式已经得到明显简化,提高了生产效率,也降低了劳动强度。

6、对毛料的表面质量要求标准有明显降低,粉末涂层并且可以完全覆盖型材表面的挤压纹,掩盖一部分铝型材表面的瑕疵,提高铝型材成品的表面质量。

7、涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高,如硬度、耐磨性、耐酸性,可有效地延长铝型材的使用寿命。

来源  |  网络

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