浅谈影响铝型材用粉末涂料喷涂面积的因素

浅谈影响铝型材用粉末涂料喷涂面积的因素

摘要
通过采集某铝型材厂实际喷涂过程中的大量数据,再结合相关实验,分析得出在喷涂工艺相同下影响喷涂面积的主要因素,并提出了提高粉末喷涂面积的管控思路。
0 引言
随着铝型材企业节能减排意识和粉末成本意识的提高,铝型材公司对粉耗的关注度越来越高,对于不同的铝型材制定出来不同的评判方法,有的公司以每吨型材需要喷涂粉的重量进行评判,而有的公司是以平均每千克粉末喷涂平方数来评判。本文主要讨论影响每千克粉末喷涂的平方数的主要因素,且主要是指平均每千克粉末的喷涂铝型材的全面积(全面积是指型材的装饰面积和非装饰面积之和)。根据实际生产情况,喷涂工艺可以认为不变,从粉末静电喷涂的工作原理及某铝型材厂实际喷涂数据分析得出影响每千克粉末喷涂的全面积(下面简称喷涂面积)大小的因素主要有4 个方面:一是粉末涂料自身(配方、粉末粒度分布和流动性)因素;二是粉末涂料外观品种的影响;三是喷涂订单大小的结构;四是喷涂铝型材工件的形状结构。
1 粉末涂料配方、粒度分布、流动性的影响
在其他外在条件(如施工工艺、型材结构等)相同的情况下,影响喷涂全面积的主要因素是粉末涂料的上粉率。根据粉末静电喷涂原理可知,静电喷涂的主要吸附力是粉末颗粒受到的电场力。粉末上粉率的高低,主要取决于粉末颗粒带电的多少。根据库仑定律,在一定时间里,粉末涂料颗粒的带电量有如下关系:
式中:Qs—粉末颗粒的带电量;ε—粉末介电常数;d—粉末颗粒的粒径;E—外加的电场强度。
因此,提高粉末颗粒的带电能力,可以提高粉末涂料的上粉率,上粉率提高,喷涂全面积在其他条件相同的情况下就会相应提高。
由式(1)可知影响粉末带电能力的有ε 介电常数、d 粉末粒径、E 电场强度。
在粉末涂料组成成分中对介电常数影响最大的就是配方中的基料。对用于户外铝型材的粉末涂料基料基本上都是选择聚酯树脂, 介电常数基本接近,所以对粉末涂料介电常数有影响的主要是基料的含量,一般基料含量越高越容易带电, 那么上粉率就越高。通常通过测试粉末涂料的灰分(指粉末涂料在马弗炉中经过800 ℃煅烧后残留物的百分含量)来表征基料的含量,一般灰分越小,粉末涂料中无机物越少,即填料与无机颜料越少,所以灰分基本上是颜料和填料占粉末涂料质量的百分数。那么颜料和填料的占比越低,相应地基料含量就越高。介电常数就越大,粉末的上粉率就越高,相对的喷涂面积也就越大。由于各个粉末厂商要对成本加以控制,在粉末涂料中添加了不同含量的填料,所以不同粉末厂的灰分是有一定差别的,实验分别选取6 家粉末供应商的产品进行了灰分测试,对比分析结果见表1。
其次, 介电常数还与粉末的吸水性(含水量)有关,轻微吸湿使粉末带电量降低,上粉率降低。
再者,粉末的粒径分布对上粉率影响较大,对于超细粉(粒径<10 μm 的粉末),由于粒径较小、带电量少或不易带电,也容易被引风抽走。而且超细粉容易吸潮,一方面使介电常数变小,使粉末整体带电性降低,另一方面过潮的粉末容易结团,使文丘里管堵塞、喷枪堵塞,严重时可导致无法喷涂。对于太粗的粉末,由于重力作用不容易静电吸附上去,可能容易落地导致喷不上去。所以粉末粒径分布对上粉率影响较大,一般根据涂膜厚度要求,粉末粒度分布控制在一定的范围上粉效果好, 在此范围内D50 越小的粉末涂料上粉率越好。
另外,粉末涂料流动性(与树脂玻璃化温度、粉末粒度分布、配方组成有关)越好,粉末涂料的雾化效果就会越好,有利于上粉。不同粉末厂家的粒径控制及流动性是有区别的,实验对6 家粉末供应商的各种类型样粉进行了测试,各厂家粉末涂料的粒径分布范围分析结果见表2。各厂家粉末涂料的流动性分析结果见表
3。
根据上述分析,粉末涂料自身影响喷涂面积的因素,主要可以从粉末涂料配方中基料含量、粉末涂料粒径分布范围和流动性等3 个方面进行对比分析。
2
粉末涂料不同外观品种的影响
在正常的喷涂过程中,如果喷涂的膜厚越厚,其喷涂同样面积时需要消耗更多的粉末。在某型材厂跟踪现场喷涂时发现,砂纹粉喷涂的膜厚大约在50~70 μm之间、平面粉喷涂的膜厚大约在70~90 μm 之间,所以平面粉比砂纹粉的喷涂全面积少。然后根据公司提供的数据进行了统计分析,各厂家砂纹粉和平面粉的喷涂全面积差距对比分析结果见表4。
从表4 知:平面粉喷涂的全面积平方数比砂纹粉喷涂的全面积小,平均比砂纹粉少约11%。
3 喷涂订单大小结构的影响
通过对某铝型材厂大量的喷涂数据进行的统计分析:除去其他因素,对比不同粉末厂家产品对喷涂面积的影响。
正常喷涂时,由于存在系统浪费,所以在喷涂工艺和喷涂工件相同时,当喷涂订单的单色质量越小,其喷涂换色次数就会越多,铝合金工作台造成的系统浪费越多,那么最终计算出来的每千克喷涂的全面积就越小。通过对某铝型材公司提供的3 个月的所有粉末喷涂的明细表进行的详细的数据分析,各厂家小单(<300 Kg)与大单(>300Kg)每千克喷涂的全面积差距对比分析见表5。
从表5 可知:小单比大单喷涂的全面积平方数比大单喷涂的全面积平方数小,平均比大单小约40%,说明订单的大小对粉末喷涂的全面积也有很大的影响。
4 铝型材工件结构的影响
一般铝型材厂统计的都是每千克粉末喷涂的全面积, 而实际上每个型材的全面积都是由装饰面积(也称生产面积)铝型材生产厂家和非装饰面积组成的。正常喷涂过程中装饰面喷涂的膜厚比非装饰面的膜厚明显要厚,那么同样面积的装饰面比非装饰面需要更多的粉末涂料,所以型材的装饰面积占全面积比例越大,就会造成耗粉多,即每千克粉末喷涂的全面积就越少。根据某型材公司提供的3个月份粉末喷涂明细表进行了详细的数据分析论证,装饰面积与非装饰面积不同比例对于喷涂面积的影响结果见表6。
从表6 知, 一般装饰面积占全面积的比例越大,其每千克粉末喷涂的全面积就越低。
5 结语
通过上述4个方面因素的详细分析得知,影响粉末喷涂全面积的因素是多方面的。从粉末涂料考虑,配方中的基料含量、粉末粒度分布和流动性及涂膜外观是重要的影响因素;从涂装考虑,粉末涂料订单的大小、铝型材工件的结构等是决定喷涂面积大小的重要因素。

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