影响粉末涂层附着力与各层间附着力附着力性能的因素及其控制措施

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• 摘要：在汽车车厢涂装新型粉末涂料的开发和应用过程中，探讨了影响粉末涂料附着力和层间附着力的因素。因素及其控制措施。通过对汽车零部件涂装用粉末涂料等材料、电泳和密封胶材料的相容性、各工序工艺参数的反复验证，验证了影响粉末涂料与各层附着力的因素，并进行了分析调整进行。 、可控、附着力稳定，为粉末涂装新工艺的推广应用提供了一定的技术储备。

  0 简介

  在全球环境日益恶化、全球环境生态危机逐渐加剧之际，中央和地方政府相继对汽车涂装三废排放和原材料VOC含量进行限制。标准油漆在线。涂料行业及其配套汽车主机厂积极开展技术进步和产品升级活动。汽车及其零部件涂装线的设计与绿色、环保、节能的主题息息相关。粉末涂料以其无废水、无废气（三废）排放等技术特点，具有显着的环保节能优势，可大大降低汽车零部件的成本。绘画费用。本文以粉末涂料在汽车车厢上的开发和应用为例，在推动粉末涂料工艺实施的过程中，从涂料配方与匹配优化、基材、各涂料施工工艺参数等方面进行了探讨，对环境等进行了详细的分析讨论，并针对附着力不良提出了解决方案和预防措施。

  1粉末涂装工艺特点

  1.1粉末涂装工艺路线

  汽车车厢液体涂料的涂装工艺路线为：预处理（脱脂、无磷硅烷/磷化）→阴极电泳→干燥（160～170℃，20min）→封缝→液体喷漆→清漆喷涂→整平→干燥（140～150℃，20min）→强制冷却→检验→下线。

  汽车车厢用粉末涂料的工艺路线如下：预处理（脱脂、无磷硅烷/磷化）→阴极电泳→干燥→焊缝密封→粉末涂料喷涂→干燥（180～190℃），20min ) → 强冷 → 检查 → 下线。

  白色、蓝色等素色，可取消粉末清漆喷涂，直接更换液体涂料。对于金属色，仍采用液态漆和液态清漆的工艺。

  此工艺路线适用于新车粉末涂装和与液体涂料兼容的粉末涂装线。

  1.2粉末涂料成膜及固化特性

  粉末喷涂一般采用往复机静电喷涂技术，利用高压静电发生器产生的高压使粉末喷枪顶部或内部带电。粉末颗粒带电后，在压缩空气和静电力的作用下，带电的粉末颗粒在车厢内向工件移动。当粉末涂层达到一定厚度时，由于粉末颗粒之间的静电排斥，车厢内的工件停止吸附带电的粉末颗粒。粉末在高温下烘烤，凝胶化，进入玻璃化转变温度。聚合物熔融固化，最终形成均匀的涂膜。

  

  

  相对于液体涂料，粉末涂料在固化过程中与之前的涂料之间的结合力更大，在材料开发、工艺调试和生产现场等阶段更容易出现附着力差的问题。因此，探讨粉末涂料附着力差的问题显得尤为重要。

  2 影响粉末涂料附着力的因素及控制措施

  涂层是在工件表面形成一层牢固、坚韧、连续的薄膜静电粉末喷枪，以达到保护和装饰工件表面的目的。 Maitland和Mayne在对涂层钢板电化学性能研究的基础上，提出了涂层激发电阻的控制理论，并结合Fick扩散定律，提出了涂层寿命公式：

  L=δ2/6D +ΦPsσn 公式（1）

  公式（1），L-涂层寿命，δ-涂层厚度，D-离子扩散系数，Φ-常数，Ps-涂层附着力，σn-涂层下钢板施加的压力。

  从上式可以看出，涂层寿命主要取决于涂层的适当厚度、涂层的附着力和涂层的离子扩散系数，粉末涂料也是如此。一旦失去涂层的附着力，基材就会失去涂层的基本保护作用，涂层的保护作用也就失效了。因此，在涂料配方设计、生产工艺、施工维护等过程中，应注意附着力。

  按附着力大小分类，附着力分为0、1、2、3、4、 5、粉末涂料在涂料中的附着力车厢要求0级，刃口完全光滑，无剥落现象。粉末涂料间的附着力通过100格的附着力和剥离附着力来评价。

  (1）百格附着力测试：实用刀片在距离钢板基材2mm处拉出，用3M胶带粘贴，观察漆膜剥离情况，参考GB/T9286 -1998 年。

  (2）层间剥离附着力：用美工刀片测试样品边缘延伸到电泳和粉末涂层之间，刀与测试板表面成15~30°角，然后在刀背上用一定的推力将其推均匀 用美工刀判断涂膜是否可以从电泳层上剥离，是否可以轻松连续地从电泳层上剥离，且电泳与涂膜不粘连，判定为不合格；若仍残留在基材上，则电泳与涂膜之间没有明显的分界线，涂膜不能剥离连续并与电泳相互粘附，判定为合格。

  涂层在基材上的附着力是涂层之间机械力和物理化学力共同作用的结果。因此，粉末涂料的附着力与粉末涂料及配套涂料的配方、工件材料、工艺参数、粉末涂料及其用途密切相关。环境等因素，本文将重点介绍粉末涂料的工艺特点，从涂料配方与相容性、工件状态、喷涂膜厚、各涂层工艺参数、前一道涂层的工艺质量状态、施工环境等方面入手。以探讨影响粉末涂料附着力的因素，并提出相应的解决方案。

  2.1粉末涂料和涂料配方及层间相容性对附着力的影响

  粉末涂料及其配套涂料配方对涂料附着力的影响主要体现在以下几个方面。

  2.1.1 涂层成分的相容性

  当粉末涂料附着在基材上时，涂料中的树脂成分如羟基、羧基、酰胺基、环氧基、氨基、异氰酸酯基等，可形成高极性的化学活性粘合中心。一般来说，涂料中树脂的极性越强，涂层的附着力就越好。对于相邻的两个涂层，如果两个涂层树脂的极性不同，就很难保证层间的附着力。因此，粉末涂料与电泳涂料、密封胶等之间的树脂极性需要通过匹配试验来验证。良好的匹配是保证附着力的基础。

  2.1.2 涂料中的颜料和填料

  涂料中的颜料和填料影响涂料的流变和机械性能 附着力受到影响。在配方设计中，颜料与涂料的相互作用程度对涂料的附着力有着决定性的影响。不同的颜料、粒径、形貌、表面性能和用量都会影响涂层的附着力。

  2.1.3 添加剂在涂料中的作用

  主要包括附着力改进剂、收缩控制剂、增塑剂和一些树脂助剂，主要原理是增加树脂的极性，帮助形成化学活化中心，控制涂层的固化收缩。

  鉴于上述涂料配方对涂层附着力的影响机理，对于粉末涂料、密封剂、电泳、前处理等多层涂料，涂料配方设计之间的匹配是涂层的决定因素。附着力性能的基础。只有相互匹配良好的涂料才能通过生产现场工艺参数的质量控制和施工环境的控制达到良好的效果。对于选择的与粉末涂装工艺相关的工艺材料，需要进行粉末涂装与前处理、电泳涂装、粉末涂料和密封胶的相容性验证。

  (1）粉末涂料与预处理和电泳涂料的相容性测试[2]粉末涂料的烘烤工艺要求一般为（180～190）℃×20min，一般烘烤工艺要求电泳漆的温度一般为（160～170）℃×20min。如果将电泳干燥后的工件再次干燥（180～190）℃×20min），可能会导致电泳漆膜脱落。过度干燥，力学性能下降，电泳与粉末涂料的附着力差。

  同时，电泳漆和粉末涂料的配方设计中树脂、颜料和填料的匹配性也需要通过试验来验证。一般的验证方案是：根据粉末涂料生产线工艺静电粉末喷枪，对复合涂层进行常温附着力、力学性能、耐水性、湿热后附着力、中性盐雾等项目测试。

  以整车前处理及底面一体化电泳、超耐候性聚酯粉体为例进行匹配性验证，需进行的相关性能测试见表2。

  

  如果生产现场调整了不同的配方，或者涂层稳定性发生变化，比如产量低的生产线的电泳涂装长期没有更新，粉末涂料的配方需要重新实验验证直到匹配的性能才能达到马车涂层的质量标准。

  (2）粉末涂料与密封胶的相容性验证[1]

  传统PVC密封胶的干燥条件为（130～140）℃×20min，为最大限度的节能，胶粉可同时干燥，无需设置胶水干燥炉，粉末在过高的温度（180～190℃）×20min下干燥，干燥容易使胶条变黄、流淌、二次流挂，密封胶中溶剂的挥发影响粉末涂料的附着力. 密封胶的选择是必要的，粉末涂料选用耐高温PVC或聚氨酯密封胶。粉末涂料与密封胶相容性的相关性能试验见表3。

  

  表3 粉体与密封胶配套项目的验证 由试验可知，粉体与密封胶材料会出现胶条泛黄、胶条边缘和油漆出现深色沉淀。选择与粉末相容的密封剂。

  2.2 基材对粉末涂料附着力的影响

  2.2.1基材表面形貌的影响及表面处理的影响

  车厢焊缝表面的氧化膜与金属表面的结合力相对较弱，而粉末涂料与上涂层的结合力相对较大。在喷涂后的附着力测试中，涂层很容易从金属表面剥离。因此，车厢上部喷漆前需要用人工氧化皮清洗或喷丸处理。 .

  油污是一种表面张力低的物质，与金属、油漆的结合力极弱，对附着力影响很大。预处理和脱脂工艺主要包括预脱脂、脱脂等。脱脂处理液碱度低、pH值变化、工艺温度不达标、脱脂工艺处理时间短等都会导致工件被脱脂。同时，有些板材上的防锈油特别难去除，在板材的选择上要特别注意。

  处理方法：在粉末涂料涂装工艺文件中，加强车间日常生产中镀液工艺参数的检查和审核，确保工件的前处理工艺严格按照规定执行。处理文件。

  2.2.2 电泳涂层中杂质成分对表面能的影响

  通过测量出现附着不良阶段（图电泳漆A和无附着力不良阶段（图3）对电泳漆B的灰分进行取样判断电泳漆是否混入杂质。灰分含量）测定方法：在已知质量的瓷器上准确称取待测电泳漆约10g，置坩埚中，放入120℃烘箱中干燥1小时，然后放入马沸炉中，缓慢加热。最高（800±50）℃，加热灰化1小时，放入干燥器中冷却至室温，发现瓷坩埚增加质量（g）。

  

  在电泳漆中混入杂质、红褐色锈类物质，进一步调查是由于铁离子被托板带入电泳槽。试验证实，电泳抛光清洗后，层间附着力符合要求；

  解决方案：

  

  (1）车厢上部前手动擦油、铁渣，并检查；

  (2）预处理，再次换缸，滤袋更换为50（从100μm到50μm）；

  (3）@ >建立并规范电泳漆除油滤袋等的更换频率，并对槽液状态进行管理；层间附着力测试合格后，进行试制、组装、审核车厢板将被布置以稳定粉末涂料在生产线车厢上的附着力。

  2.3 施工工艺参数影响粉末涂料对车厢的附着力。武力的影响

  2.3.1粉末涂料内聚力对附着力的影响

  粉末涂料的内聚力是由涂料本身的内聚力产生的。附着力是涂料与基材之间的附着力。多涂时，应控制内聚力和附着力的比例关系。

  当粉末涂装和电泳涂装配方型号不变时，粉末涂膜厚度越厚，内聚力越大，但附着力不会增加，所以内聚力和附着力的比值增加，而层间附着力变差。当涂膜在刚性基材上形成时，由于不能收缩而产生内聚力，而涂层中的内聚力会抵消粘附力，因此只需很小的外力就可以破坏粘合力。漆膜厚度过大，下层涂层剥离效果的内缩力也较低，会影响涂层、电泳与基材之间的附着力。 、涂层的外观、力学性能、耐老化性等。均衡。根据实验验证和经验数据，粉末涂料的涂层厚度控制在160 μm以下，附着力可以稳定在0级。

  波纹板常用于汽车车厢，表面凹凸较多，容易造成粉末厚度分布不均，因此在涂膜厚度过程中需要调整粉末涂层厚度涂层的厚度控制在70~160 μm之间，保证了粉末涂料的附着力，同时满足了粉末涂料的最低工程遮盖力。

  2.3.2粉末涂料固化对附着力的影响[2]

  粉末固化影响粉末涂料的力学性能，直接影响粉末涂料的附着力，涂料韧性好，附着力好。硬质或脆性涂层的附着力较差。粉末涂料附着后，如果粉末干燥固化时间和温度不足，会增加涂料的脆性，干燥后涂料会太硬。附着力测试时涂层会出现明显的剥离，导致涂层附着力不合格的问题。

  

  因此需要对生产现场的炉温曲线进行跟踪检测，同时在该温度条件下进行涂层附着力测试，确保涂膜附着力达标，表面温度和工件的固化时间满足粉末涂料的固化要求。

  2.4 上涂工艺参数对粉末涂层附着力的影响

  2.4.1 前处理过程异常

  (1）工件脱脂不干净[2]

  已在本文的2.2.1 小节中讨论过。除了工件脱脂不良另外，带入工件的磨灰、碳粉、油污、焊渣、铁粉等处理不彻底，会影响工件间界面的表面状态。层，从而影响附着力。因此，每道工序前后都要仔细擦拭。 ，检查。

  (2）表面调整工艺参数异常

  磷化前的表面调整对磷化膜的质量影响很大。当表面调整工艺参数出现异常时，磷化膜晶粒过大，磷化膜层疏松，严重影响粉末涂料的附着力。

  (3）磷化膜差[3]

  磷化液的参数控制包括总酸度、游离酸度、促进剂浓度、浴温、磷化时间等。当磷化液的参数发生变化，如浴温升高时，磷化反应为剧烈而失去有效离子含量，导致磷化膜结晶不规则，甚至二次结晶。磷化膜的颗粒严重大且相对稀疏而不致密，最终会导致喷粉后磷化层与基材之间出现缝隙。附着力不稳定。生产现场需要每班监测一次槽液参数，监测脱脂状态、温度、脱脂碱度、磷化参数、磷化中离子含量控制等。同时要求预处理材料生产厂家要上门服务。 ，并提供有关离子含量检测的每周报告。

  经实际生产验证，“电泳+粉末喷涂”系统对磷化膜的厚度要求更为严格。正常时磷化膜的厚度应控制在1-2μm，相应的晶体照片如图4所示。

  

  

  2.4.2 电泳槽参数异常

  当电泳线长期产量过低，或长时间停产时，会出现浴液老化现象，如：

  (1）当电泳漆浴的pH值和MEQ值同时偏低时，库仑效率低，电泳膜厚度减小，浴液存在老化现象；

  (2）镀液溶剂含量低，加剧镀液老化。

  电泳槽稳定性的预防措施：

  ( 1）将浴液的pH值控制在5.6～5.8之间；MEQ值每周测试一次，控制范围在28-32之间;

  (2）严格控制槽内溶剂含量0.8%～1.5%;

  (3）长期停机期间(≥7d)，电泳槽温度控制在25℃；

  (4）杂质离子：定期检查杂质离子含量和电泳槽油含量。

  2.4.3 工件电泳干燥异常

  粉末涂料比预处理电泳的结合力更强，一旦电泳涂料干燥不充分，容易与上层涂料咬合，出现附着力差的问题。

  但是，当电泳干燥时间设置过长或干燥温度设置过高时，也会造成电泳漆过固化，增加电泳涂料的表面张力，造成粉末涂料在电泳涂膜上。附着力下降，存在层间附着力差的问题。

  在粉末涂料开发过程中，在烘箱中验证了电泳干燥时间和温度。验证结果见表3。制版工艺为试板在线预处理（三元磷化）和电泳。测试板的电泳涂膜在实验室根据不同的干燥条件进行干燥。板材喷粉，喷粉厚度控制在100~120μm。每种干燥条件下，选择3块满足粉膜厚度要求的测试板进行附着力测试。

  

  根据以上实验验证可以得出结论，如果电泳干燥条件发生变化或工件出现多次在线返修问题，则需要贴镀膜。专注于密钥管理。在粉末涂装线的生产过程中，还需要严格控制电泳干燥的状态，主要从以下几个方面进行：

  (1）检查电泳烘房和输送链设备是否符合工艺状态；

  (2）每天用脱脂棉蘸丙酮擦拭电泳后的工件，检查电泳漆膜的干度；

  (3）工艺调试和试生产时，每天用试板挂第一片，测试电泳后的电泳附着力和粉末附着力。挂板附着力合格后，就可以进行生产了。附着力稳定后，可以每天测试随机挂板。

  2.5 自然气候对粉末涂料附着力的影响

  2.5.1 喷涂温度和湿度对涂层附着力的影响

  喷涂室的温度变化会导致不同涂层的弹性模量不同发生变化，涂层之间的微观形变不同，涂层中的机械应力也会发生变化，从而影响附着力。喷涂室相对湿度增加时，涂料的附着力会下降。在高湿度下，涂层易膨胀，水溶性成分易分离，附着力下降。

  每道涂料施工过程中，必须按照工艺文件的要求，严格控制施工温度和湿度。

  2.5.2光老化对涂层附着力的影响

  粉末涂料涂料受阳光照射会使涂料中的树脂和颜料降解，化学结构发生变化，从而降低附着力。因此，在粉末涂料的开发过程中，除了测试正常的附着力外，还应具备耐水、耐热、耐湿、耐化学性、耐盐雾性、耐老化等测试项目后，涂层附着力测试必须达到0级。

  3 生产现场粘连问题的解决方案

  粉体生产线投入使用后，如果涂层匹配良好，预处理电泳和粉体工艺设备的参数满足工艺要求，一旦出现附着力差的问题，可以采用以下方法快速确定问题的原因并解决它。

  (1）喷粉板异常判定：直接喷涂标准预处理板，放入实验室小型烘箱烘烤，判断喷粉是否异常。

  (2）预处理和电泳异常判断：生产现场的预处理和电泳由不同的供应商提供，生产过程中遇到异常很难确定责任归属。磷化电泳板，将该生产线的磷化电泳板与标准磷化电泳板喷涂粉末涂料确定附着力，并通过交叉验证的方法分析和验证附着力问题的因素，以确定预处理电泳状态是否生产线存在异常，指导解决粉末涂料附着力差的问题。

  4 结论

  由于粉末涂装工艺和涂料固化机理的特殊性，粉末涂料的最终附着力不仅包括基材与磷化、磷化和电泳，还包括电泳与粉末之间的层间附着力。如果现场工艺某个环节的工艺参数出现问题，最终导致粉末涂料附着力差，影响产品最终涂装质量。结合粉末涂料的工艺特点，从涂层附着机理的角度深入分析了粉末涂料附着力的影响因素，并提出了建议和措施，对开发、验证具有一定的指导意义。以及新建粉末涂装线的工艺调试。