電冰箱粉末靜電涂裝工藝

關鍵詞 電冰箱涂裝 粉末靜電噴涂 涂裝工藝

一套粉末靜電噴涂設備于 1962 年由法國的 SAMES 公司研制成功，此后粉末靜電噴涂技術在世界各國迅速發展，正逐漸取代溶劑型涂料涂裝技術。我國的粉末靜電噴涂技術發展較晚，但發展潛力很大。粉末涂料不含溶劑，粉末涂料依靠靜電噴涂到工件表面上，互相不粘連的粉末粒子層經過加熱熔融后形成牢固的涂層與工件表面緊密結合。這種涂層具 有優良的防腐蝕性能和裝飾功能。同傳統的溶劑型涂料相比，它具有更加安全、污染小、適應性好、效率高和不依賴石油為原料的優點。但它目前也存在一些缺點：一次性投資大、更換顏色不方便等。

本公司生產的電冰箱外殼采用粉末靜電噴涂技術，使用美國諾信公司 20 世紀 90 年代末制造的粉末靜電噴涂設備。在此以這套設備及其應用技術為例談談筆者的認識。

1 粉末靜電噴涂技術的典型工藝流程

粉末靜電噴涂技術的典型工藝流程為：

工件前處理→噴粉→固化→檢查→成品

1.1 前處理

工件經過前處理除掉冷軋鋼板表面的油污和灰塵后才能噴涂粉末，同時在工件表面形成一層鋅系磷化膜以增強噴粉后的附著力。前處理后的工件必須烘干水分并且充分冷卻到 35 ℃以下才能保證噴粉后工件的理化性能和外觀質量。

1.2 噴粉

1.2.1 粉末靜電噴涂的基本原理

工件通過輸送鏈進入噴粉房的噴槍位置準備噴涂作業。靜電發生器通過噴槍槍口的電極針向工件方向的空間釋放高壓靜電 ( 負極 ) ，該高壓靜電使從．噴槍口噴出的粉末和壓縮空氣的混合物以及電極周圍空氣電離 ( 帶負電荷 ) 。工件經過掛具通過輸送鏈接地 ( 接地極 ) ，這樣就在噴槍和工件之間形成一個電場占粉末在電場力和壓縮空氣壓力的雙重推動下到達工件表面，依靠靜電吸引在工件表面形成一層均勻的涂層。

1.2.2 粉末靜電噴涂的基本原料

用室內型環氧聚酯粉末涂料。它的主要成分是環氧樹脂、聚酯樹脂、固化劑、顏料、填料、各種助劑 ( 例如流平劑、防潮劑、邊角改性劑等 ). 粉末加熱固化后在工件表面形成所需涂層。輔助材料是壓縮空氣，要求清潔干燥、無油無水 [ 含水量小于 1.3g/m3 、含油量小于 1.0 × 10-5 ％ ( 質量分數 )]

1.2.3 粉末靜電噴涂的施工工藝

●靜電高壓 60-90kV 。電壓過高容易造成粉末反彈和邊緣麻點；電壓過低上粉率低。

●靜電電流 10 ～ 20 μ A 。電流過高容易產生放電擊穿粉末涂層；電流過低上粉率低

●流速壓力 0.30-0.55MPa. 流速壓力越．高則粉末的沉積速度越快，有利于快速獲得預定厚度的涂層，但過高就會增加粉末用量和噴槍的磨損速度。

●霧化壓力 0.30 ～ 0.45MPa 。適當增大霧化壓力能夠保持粉末涂層的厚度均勻，但過高會使送粉部件快速磨損。適當降低霧化壓力能夠提高粉末的覆蓋能力，但過低容易使送粉部件堵塞。

●清槍壓力 0.5MPa 。清槍壓力過高會加速槍頭磨 損，過低容易造成槍頭堵塞。

●供粉桶流化壓力 0.04 ～ 0.10MPa 。供粉桶流化壓力過高會降低粉末密度使生產效率下降，過低容易出現供粉不足或者粉末結團。

●噴槍口至工件的距離 150 ～ 300mm 。噴槍口至工件的距離過近容易產生放電擊穿粉末涂層，過遠會增加粉末用量和降低生產效率。

●輸送鏈速度 4.5 ～ 5.5m ／ min 。輸送鏈速度過快會引起粉末涂層厚度不夠，過慢則降低生產效率。

1.2.4 粉末靜電噴涂的主要設備

●噴槍和靜電控制器

噴槍除了傳統的內藏式電極針，外部還設置了環形電暈而使靜電場更加均勻以保持粉末涂層的厚度均勻。靜電控制器產生需要的靜電高壓并維持其穩定，波動范圍小于 10 ％。

●供粉系統

供粉系統由新粉桶、旋轉篩和供粉桶組成。粉末涂料先加入到新粉桶，壓縮空氣通過新粉桶底部的流化板上的微孔使粉末預流化，再經過粉泵輸送到旋轉篩。旋轉篩分離出粒徑過大的粉末粒子 (100 μ m 以上 ) ，剩余粉末下落到供粉桶。供粉桶將粉末流化到規定程度后通過粉泵和送粉管供給噴槍噴涂工件。

●回收系統

噴槍噴出的粉末除一部分吸附到工件表面上 ( 一般為 50 ％～ 70 ％，本公司為 70 ％ ) 外，其余部分自然沉降。沉降過程中的粉末一部分被噴粉棚側壁的旋風回收器收集，利用離心分離原理使粒徑較大的粉末粒子 (12 μ m 以上 ) 分離出來并送回旋轉篩重新利用。 12pom 以下的粉末粒子被送到濾芯回收器內，其中粉末被脈沖壓縮空氣振落到濾芯底部收集斗內，這部分粉

末定期清理裝箱等待出售。分離出粉末的潔凈空氣 ( 含有的粉末粒徑小于 1 μ m 、濃度小于 5g/m3) 排放到噴粉室內以維持噴粉室內的微負壓。負壓過大容易吸入噴粉室外的灰塵和雜質，負壓過小或正壓容易造成粉末外溢。沉降到噴粉棚底部的粉末收集后通過粉泵進入旋轉篩重新利用。回收粉末與新粉末的混合比例為 (1:3) ～ (1:1) 。使用該回收系統，本公司的總體粉末利用率平均達到 95 ％。

●噴粉室體

頂板和壁板采用透光聚丙烯塑料材質，以限度減少粉末黏附量，防止靜電荷累積干擾靜電場。底板和基座采用不銹鋼材質，既便于清潔又具有足夠的機械強度。

●輔助系統

包括空調器、除濕機。空調器的作用一是保持噴粉溫度在 35 ℃以下以防止粉末結塊；二是通過空氣循環 ( 風速小于 0.3m/s) 保持噴粉室的微負壓。除濕機的作用是保持噴粉室相對濕度為 45 ％～ 55 ％，濕度過大空氣容易產生放電擊穿粉末涂層，過小導電性差不易電離。

1.3 固化

1.3.1 粉末固化的基本原理

環氧樹脂中的環氧基、聚酯樹脂中的羧基與固化劑中的胺基發生縮聚、加成反應交聯成大分子網狀體，同時釋放出小分子氣體 ( 副產物 ) 。固化過程分為熔融、流平、膠化和固化 4 個階段。溫度升高到熔點后工件上的表層粉末開始融化，并逐漸與內部粉末形成漩渦直至全部融化。

粉末全部融化后開始緩慢流動，在工件表面形成薄而平整的一層，此階段稱流平。溫度繼續升高到達膠點后有幾分短暫的膠化狀態 ( 溫度保持不變 ) ，之后溫度繼續升高粉末發生化學反應而固化。

1.3.2 粉末固化的基本工藝

采用的粉末固化工藝為 180 ℃，烘 15min ，屬正常固化。其中的溫度和時間是指工件的實際溫度和維持不低于這一溫度的累積時間，而不是固化爐的設定溫度和工件在爐內的行走時間。但兩者之間相互關聯，設備最初調試時需要使用SMT爐溫跟蹤儀測量工件的上、中、下 3 點表面溫度及累積時間，并根據測量結果調整固化爐設定溫度和輸送鏈速度 ( 它決定工件在爐內的行走時間 ) ，直至符合上述固化工藝要求。這樣就可以得出兩者之間的對應關系，因此在一段時間內 ( 一般為 2 個月 ) 只需要控制速度即可保證固化工藝。

1.3.3 粉末固化的主要設備

設備主要包括供熱燃燒器、循環風機及風管、爐體 3 部分。本公司使用的供熱燃燒器為德國威索產品，使用 0 ～ 35# 輕柴油。具有發熱效率高、省油的優點。循環風機進行熱交換，送風管級開口在爐體底部，向上每隔 600mm 有一級開口，共三級。這樣可以保證 1 200mm 工件范圍內溫度波動小于 5 ℃，防止工件上下色差過大。回風管在爐體頂部，這樣可以保證爐體內上下溫度盡可能均勻。爐體為橋式結構，既有利于保存熱空氣，又可以防止生產結束后爐內空氣體積減小吸人外界灰塵和雜質。

1.4 檢查

固化后的工件，日常主要檢查外觀 ( 是否平整光亮、有無顆粒、縮孔等缺陷 ) 和厚度 ( 控制在 55 ～ 90 μ m) 。如果調試或需要更換粉末時則要求使用相應的檢測儀器檢測如下項目：外觀、光澤、色差、涂層厚度、附著力 ( 劃格法 ) 、硬度 ( 鉛筆法 ) 、沖擊強度、耐鹽霧性 (400h) 、耐候性 ( 人工加速老化 ) 、耐濕熱性 (1 000h)

1.5 成品

檢查后的成品分類擺放在運輸車、周轉箱內，相互之間用報紙等軟質材料隔離，以防止劃傷并做好標識待用

2 粉末靜電噴涂作業的常見問題及解決方法

2.1 涂層雜質

常見雜質主要來源于噴粉環境中的顆粒，以及其他各種因素引起的雜質，現概括如下。

(1) 固化爐內雜質。解決方法是用濕布和吸塵器清潔固化爐的內壁，重點是懸掛鏈和風管縫隙處。如果是黑色大顆粒雜質就需要檢查送風管濾網是否有破損處，有則及時更換。

(2) 噴粉室內雜質。主要是灰塵、衣物纖維、設備磨粒和噴粉系統積垢。解決方法是每天開工前使用壓縮空氣吹掃噴粉系統，用濕布和吸塵器清潔噴粉設備和噴粉室。

(3) 懸掛鏈雜質。主要是懸掛鏈擋油板和一次吊具接水盤 ( 材質為熱鍍鋅板 ) 被前處理酸、堿蒸氣腐蝕后的產物。解決方法是定期清理這些設施

(4) 粉末雜質。主要是粉末添加劑過多、顏料分散不均、粉末受擠壓造成的粉點等。解決方法是提高粉末質量，改進粉末儲運方式。

(5) 前處理雜質。主要是磷化渣引起的大顆粒雜質和磷化膜黃銹引起的成片小雜質。解決方法是及時清理磷化槽和噴淋管路內積渣，控制好磷化槽液濃度和比例。

(6) 水質雜質。主要是前處理所使用的水中含砂量、含鹽量過大引起的雜質。解決方法是增加水過濾器，使用純水做為最后兩級清洗水。

2.2 涂層縮孔

(1) 前處理除油不凈或者除油后水洗不凈造成表面活性劑殘留而引起的縮孔。解決方法是控制好預脫脂槽、脫脂槽液的濃度和比例，減少工件帶油量以及強化水洗效果。

(2) 水質含油量過大而引起的縮孔。解決方法是增加進水過濾器，防止供水泵漏油。

(3) 壓縮空氣含水量過大而引起的縮孔。解決方法是及時排放壓縮空氣冷凝水。

(4) 粉末受潮而引起的縮孔。解決方法是改善粉末儲運條件，增加除濕機以保證回收粉末及時使用

(5) 懸掛鏈上油污被空調風吹落到工件上而引起的縮孔。解決方法是改變空調送風口位置和方向。

(6) 混粉而引起的縮孔。解決方法是換粉時清理噴粉系統

2.3 涂層色差

(1) 粉末顏料分布不均勻引起的色差。解決的方法是提高粉末質量，保證粉末的 L 、 a 、 b 相差不大而且正負統一。

(2) 固化溫度不同引起的色差。解決方法是控制好設定溫度和輸送鏈速度，以保持工件固化溫度和時間的一致性和穩定性。

(3) 涂層厚薄不均勻引起的色差。解決方法是調整好噴粉工藝參數和保證噴粉設備運行良好以確保涂層厚度均勻一致。

2.4 涂層附著力差

(1) 前處理水洗不造成工件上殘留脫脂劑、磷化渣或者水洗槽被堿液污染而引起的附著力差。解決方法是加強水洗，調整好脫脂工藝參數以及防止脫脂液進入磷化后的水洗槽。

(2) 磷化膜發黃、發花或者局部無磷化膜而引起的附著力差。解決方法是調整好磷化槽液濃度和比例，提高磷化溫度。

(3) 工件邊角水分烘干不凈而引起的附著力差。解決方法是提高烘干溫度

(4) 固化溫度不夠而引起的涂層大面積附著力差。解決方法是提高固化溫度

(5) 深井水含油量、含鹽量過大而引起的附著力差。解決方法是增加進水過濾器，使用純水做為最后 2 道清洗水。