影響粉末涂層附著(zhù)力與各層間附著(zhù)力附著(zhù)力性能的因素及其控制措施

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• 摘要：在汽車(chē)車(chē)廂涂裝新型粉末涂料的開(kāi)發(fā)和應用過(guò)程中，探討了影響粉末涂料附著(zhù)力和層間附著(zhù)力的因素。因素及其控制措施。通過(guò)對汽車(chē)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、各工序工藝參數的反復驗證，驗證了影響粉末涂料與各層附著(zhù)力的因素，并進(jìn)行了分析調整進(jìn)行。 、可控、附著(zhù)力穩定，為粉末涂裝新工藝的推廣應用提供了一定的技術(shù)儲備。

  0 簡(jiǎn)介

  在全球環(huán)境日益惡化、全球環(huán)境生態(tài)危機逐漸加劇之際，中央和地方政府相繼對汽車(chē)涂裝三廢排放和原材料VOC含量進(jìn)行限制。標準油漆在線(xiàn)。涂料行業(yè)及其配套汽車(chē)主機廠(chǎng)積極開(kāi)展技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級活動(dòng)。汽車(chē)及其零部件涂裝線(xiàn)的設計與綠色、環(huán)保、節能的主題息息相關(guān)。粉末涂料以其無(wú)廢水、無(wú)廢氣（三廢）排放等技術(shù)特點(diǎn)，具有顯著(zhù)的環(huán)保節能優(yōu)勢，可大大降低汽車(chē)零部件的成本。繪畫(huà)費用。本文以粉末涂料在汽車(chē)車(chē)廂上的開(kāi)發(fā)和應用為例，在推動(dòng)粉末涂料工藝實(shí)施的過(guò)程中，從涂料配方與匹配優(yōu)化、基材、各涂料施工工藝參數等方面進(jìn)行了探討，對環(huán)境等進(jìn)行了詳細的分析討論，并針對附著(zhù)力不良提出了解決方案和預防措施。

  1粉末涂裝工藝特點(diǎn)

  1.1粉末涂裝工藝路線(xiàn)

  汽車(chē)車(chē)廂液體涂料的涂裝工藝路線(xiàn)為：預處理（脫脂、無(wú)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）→強制冷卻→檢驗→下線(xiàn)。

  汽車(chē)車(chē)廂用粉末涂料的工藝路線(xiàn)如下：預處理（脫脂、無(wú)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 ) → 強冷 → 檢查 → 下線(xiàn)。

  白色、藍色等素色，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(xiàn)適用于新車(chē)粉末涂裝和與液體涂料兼容的粉末涂裝線(xiàn)。

  1.2粉末涂料成膜及固化特性

  粉末噴涂一般采用往復機靜電噴涂技術(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(chē)廂內向工件移動(dòng)。當粉末涂層達到一定厚度時(shí)，由于粉末顆粒之間的靜電排斥，車(chē)廂內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(guò)程中與之前的涂料之間的結合力更大，在材料開(kāi)發(fā)、工藝調試和生產(chǎn)現場(chǎng)等階段更容易出現附著(zhù)力差的問(wèn)題。因此，探討粉末涂料附著(zhù)力差的問(wèn)題顯得尤為重要。

  2 影響粉末涂料附著(zhù)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、連續的薄膜靜電粉末噴槍，以達到保護和裝飾工件表面的目的。 Maitland和Mayne在對涂層鋼板電化學(xué)性能研究的基礎上，提出了涂層激發(fā)電阻的控制理論，并結合Fick擴散定律，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-離子擴散系數，Φ-常數，Ps-涂層附著(zhù)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厚度、涂層的附著(zhù)力和涂層的離子擴散系數，粉末涂料也是如此。一旦失去涂層的附著(zhù)力，基材就會(huì )失去涂層的基本保護作用，涂層的保護作用也就失效了。因此，在涂料配方設計、生產(chǎn)工藝、施工維護等過(guò)程中，應注意附著(zhù)力。

  按附著(zhù)力大小分類(lèi)，附著(zhù)力分為0、1、2、3、4、 5、粉末涂料在涂料中的附著(zhù)力車(chē)廂要求0級，刃口完全光滑，無(wú)剝落現象。粉末涂料間的附著(zhù)力通過(guò)100格的附著(zhù)力和剝離附著(zhù)力來(lái)評價(jià)。

  (1）百格附著(zhù)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(guān)察漆膜剝離情況，參考GB/T9286 -1998 年。

  (2）層間剝離附著(zhù)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(méi)有明顯的分界線(xiàn)，涂膜不能剝離連續并與電泳相互粘附，判定為合格。

  涂層在基材上的附著(zhù)力是涂層之間機械力和物理化學(xué)力共同作用的結果。因此，粉末涂料的附著(zhù)力與粉末涂料及配套涂料的配方、工件材料、工藝參數、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、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(zhù)力的因素，并提出相應的解決方案。

  2.1粉末涂料和涂料配方及層間相容性對附著(zhù)力的影響

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

  2.1.1 涂層成分的相容性

  當粉末涂料附著(zhù)在基材上時(shí)，涂料中的樹(shù)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(lái)說(shuō)，涂料中樹(shù)脂的極性越強，涂層的附著(zhù)力就越好。對于相鄰的兩個(gè)涂層，如果兩個(gè)涂層樹(shù)脂的極性不同，就很難保證層間的附著(zhù)力。因此，粉末涂料與電泳涂料、密封膠等之間的樹(shù)脂極性需要通過(guò)匹配試驗來(lái)驗證。良好的匹配是保證附著(zhù)力的基礎。

  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械性能 附著(zhù)力受到影響。在配方設計中，顏料與涂料的相互作用程度對涂料的附著(zhù)力有著(zhù)決定性的影響。不同的顏料、粒徑、形貌、表面性能和用量都會(huì )影響涂層的附著(zhù)力。

  2.1.3 添加劑在涂料中的作用

  主要包括附著(zhù)力改進(jìn)劑、收縮控制劑、增塑劑和一些樹(shù)脂助劑，主要原理是增加樹(shù)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(zhù)力的影響機理，對于粉末涂料、密封劑、電泳、前處理等多層涂料，涂料配方設計之間的匹配是涂層的決定因素。附著(zhù)力性能的基礎。只有相互匹配良好的涂料才能通過(guò)生產(chǎn)現場(chǎng)工藝參數的質(zhì)量控制和施工環(huán)境的控制達到良好的效果。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(huì )導致電泳漆膜脫落。過(guò)度干燥，力學(xué)性能下降，電泳與粉末涂料的附著(zhù)力差。

  同時(shí)，電泳漆和粉末涂料的配方設計中樹(shù)脂、顏料和填料的匹配性也需要通過(guò)試驗來(lái)驗證。一般的驗證方案是：根據粉末涂料生產(chǎn)線(xiàn)工藝靜電粉末噴槍，對復合涂層進(jìn)行常溫附著(zhù)力、力學(xué)性能、耐水性、濕熱后附著(zhù)力、中性鹽霧等項目測試。

  以整車(chē)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(jiàn)表2。

  

  如果生產(chǎn)現場(chǎng)調整了不同的配方，或者涂層穩定性發(fā)生變化，比如產(chǎn)量低的生產(chǎn)線(xiàn)的電泳涂裝長(cháng)期沒(méi)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到馬車(chē)涂層的質(zhì)量標準。

  (2）粉末涂料與密封膠的相容性驗證[1]

  傳統PVC密封膠的干燥條件為（130～140）℃×20min，為最大限度的節能，膠粉可同時(shí)干燥，無(wú)需設置膠水干燥爐，粉末在過(guò)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(zhù)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(jiàn)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(huì )出現膠條泛黃、膠條邊緣和油漆出現深色沉淀。選擇與粉末相容的密封劑。

  2.2 基材對粉末涂料附著(zhù)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(chē)廂焊縫表面的氧化膜與金屬表面的結合力相對較弱，而粉末涂料與上涂層的結合力相對較大。在噴涂后的附著(zhù)力測試中，涂層很容易從金屬表面剝離。因此，車(chē)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、油漆的結合力極弱，對附著(zhù)力影響很大。預處理和脫脂工藝主要包括預脫脂、脫脂等。脫脂處理液堿度低、pH值變化、工藝溫度不達標、脫脂工藝處理時(shí)間短等都會(huì )導致工件被脫脂。同時(shí)，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，加強車(chē)間日常生產(chǎn)中鍍液工藝參數的檢查和審核，確保工件的前處理工藝嚴格按照規定執行。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(guò)測量出現附著(zhù)不良階段（圖電泳漆A和無(wú)附著(zhù)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)?；曳趾浚y定方法：在已知質(zhì)量的瓷器上準確稱(chēng)取待測電泳漆約10g，置坩堝中，放入120℃烘箱中干燥1小時(shí)，然后放入馬沸爐中，緩慢加熱。最高（800±50）℃，加熱灰化1小時(shí)，放入干燥器中冷卻至室溫，發(fā)現瓷坩堝增加質(zhì)量（g）。

  

  在電泳漆中混入雜質(zhì)、紅褐色銹類(lèi)物質(zhì)，進(jìn)一步調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(zhù)力符合要求；

  解決方案：

  

  (1）車(chē)廂上部前手動(dòng)擦油、鐵渣，并檢查；

  (2）預處理，再次換缸，濾袋更換為50（從100μm到50μm）；

  (3）@ >建立并規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(zhù)力測試合格后，進(jìn)行試制、組裝、審核車(chē)廂板將被布置以穩定粉末涂料在生產(chǎn)線(xiàn)車(chē)廂上的附著(zhù)力。

  2.3 施工工藝參數影響粉末涂料對車(chē)廂的附著(zhù)力。武力的影響

  2.3.1粉末涂料內聚力對附著(zhù)力的影響

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

  當粉末涂裝和電泳涂裝配方型號不變時(shí)，粉末涂膜厚度越厚，內聚力越大，但附著(zhù)力不會(huì )增加，所以?xún)染哿透街?zhù)力的比值增加，而層間附著(zhù)力變差。當涂膜在剛性基材上形成時(shí)，由于不能收縮而產(chǎn)生內聚力，而涂層中的內聚力會(huì )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(guò)大，下層涂層剝離效果的內縮力也較低，會(huì )影響涂層、電泳與基材之間的附著(zhù)力。 、涂層的外觀(guān)、力學(xué)性能、耐老化性等。均衡。根據實(shí)驗驗證和經(jīng)驗數據，粉末涂料的涂層厚度控制在160 μm以下，附著(zhù)力可以穩定在0級。

  波紋板常用于汽車(chē)車(chē)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(guò)程中需要調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(zhù)力，同時(shí)滿(mǎn)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(zhù)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(zhù)力，涂料韌性好，附著(zhù)力好。硬質(zhì)或脆性涂層的附著(zhù)力較差。粉末涂料附著(zhù)后，如果粉末干燥固化時(shí)間和溫度不足，會(huì )增加涂料的脆性，干燥后涂料會(huì )太硬。附著(zhù)力測試時(shí)涂層會(huì )出現明顯的剝離，導致涂層附著(zhù)力不合格的問(wèn)題。

  

  因此需要對生產(chǎn)現場(chǎng)的爐溫曲線(xiàn)進(jìn)行跟蹤檢測，同時(shí)在該溫度條件下進(jìn)行涂層附著(zhù)力測試，確保涂膜附著(zhù)力達標，表面溫度和工件的固化時(shí)間滿(mǎn)足粉末涂料的固化要求。

  2.4 上涂工藝參數對粉末涂層附著(zhù)力的影響

  2.4.1 前處理過(guò)程異常

  (1）工件脫脂不干凈[2]

  已在本文的2.2.1 小節中討論過(guò)。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(huì )影響工件間界面的表面狀態(tài)。層，從而影響附著(zhù)力。因此，每道工序前后都要仔細擦拭。 ，檢查。

  (2）表面調整工藝參數異常

  磷化前的表面調整對磷化膜的質(zhì)量影響很大。當表面調整工藝參數出現異常時(shí)，磷化膜晶粒過(guò)大，磷化膜層疏松，嚴重影響粉末涂料的附著(zhù)力。

  (3）磷化膜差[3]

  磷化液的參數控制包括總酸度、游離酸度、促進(jìn)劑濃度、浴溫、磷化時(shí)間等。當磷化液的參數發(fā)生變化，如浴溫升高時(shí)，磷化反應為劇烈而失去有效離子含量，導致磷化膜結晶不規則，甚至二次結晶。磷化膜的顆粒嚴重大且相對稀疏而不致密，最終會(huì )導致噴粉后磷化層與基材之間出現縫隙。附著(zhù)力不穩定。生產(chǎn)現場(chǎng)需要每班監測一次槽液參數，監測脫脂狀態(tài)、溫度、脫脂堿度、磷化參數、磷化中離子含量控制等。同時(shí)要求預處理材料生產(chǎn)廠(chǎng)家要上門(mén)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”系統對磷化膜的厚度要求更為嚴格。正常時(shí)磷化膜的厚度應控制在1-2μm，相應的晶體照片如圖4所示。

  

  

  2.4.2 電泳槽參數異常

  當電泳線(xiàn)長(cháng)期產(chǎn)量過(guò)低，或長(cháng)時(shí)間停產(chǎn)時(shí)，會(huì )出現浴液老化現象，如：

  (1）當電泳漆浴的pH值和MEQ值同時(shí)偏低時(shí)，庫侖效率低，電泳膜厚度減小，浴液存在老化現象；

  (2）鍍液溶劑含量低，加劇鍍液老化。

  電泳槽穩定性的預防措施：

  ( 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）嚴格控制槽內溶劑含量0.8%～1.5%;

  (3）長(cháng)期停機期間(≥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

  粉末涂料比預處理電泳的結合力更強，一旦電泳涂料干燥不充分，容易與上層涂料咬合，出現附著(zhù)力差的問(wèn)題。

  但是，當電泳干燥時(shí)間設置過(guò)長(cháng)或干燥溫度設置過(guò)高時(shí)，也會(huì )造成電泳漆過(guò)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(zhù)力下降，存在層間附著(zhù)力差的問(wèn)題。

  在粉末涂料開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在烘箱中驗證了電泳干燥時(shí)間和溫度。驗證結果見(jiàn)表3。制版工藝為試板在線(xiàn)預處理（三元磷化）和電泳。測試板的電泳涂膜在實(shí)驗室根據不同的干燥條件進(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(mǎn)足粉膜厚度要求的測試板進(jìn)行附著(zhù)力測試。

  

  根據以上實(shí)驗驗證可以得出結論，如果電泳干燥條件發(fā)生變化或工件出現多次在線(xiàn)返修問(wèn)題，則需要貼鍍膜。專(zhuān)注于密鑰管理。在粉末涂裝線(xiàn)的生產(chǎn)過(guò)程中，還需要嚴格控制電泳干燥的狀態(tài)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

  (1）檢查電泳烘房和輸送鏈設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）工藝調試和試生產(chǎn)時(shí)，每天用試板掛第一片，測試電泳后的電泳附著(zhù)力和粉末附著(zhù)力。掛板附著(zhù)力合格后，就可以進(jìn)行生產(chǎn)了。附著(zhù)力穩定后，可以每天測試隨機掛板。

  2.5 自然氣候對粉末涂料附著(zhù)力的影響

  2.5.1 噴涂溫度和濕度對涂層附著(zhù)力的影響

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

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

  2.5.2光老化對涂層附著(zhù)力的影響

  粉末涂料涂料受陽(yáng)光照射會(huì )使涂料中的樹(shù)脂和顏料降解，化學(xué)結構發(fā)生變化，從而降低附著(zhù)力。因此，在粉末涂料的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除了測試正常的附著(zhù)力外，還應具備耐水、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(zhù)力測試必須達到0級。

  3 生產(chǎn)現場(chǎng)粘連問(wèn)題的解決方案

  粉體生產(chǎn)線(xiàn)投入使用后，如果涂層匹配良好，預處理電泳和粉體工藝設備的參數滿(mǎn)足工藝要求，一旦出現附著(zhù)力差的問(wèn)題，可以采用以下方法快速確定問(wèn)題的原因并解決它。

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

  (2）預處理和電泳異常判斷：生產(chǎn)現場(chǎng)的預處理和電泳由不同的供應商提供，生產(chǎn)過(guò)程中遇到異常很難確定責任歸屬。磷化電泳板，將該生產(chǎn)線(xiàn)的磷化電泳板與標準磷化電泳板噴涂粉末涂料確定附著(zhù)力，并通過(guò)交叉驗證的方法分析和驗證附著(zhù)力問(wèn)題的因素，以確定預處理電泳狀態(tài)是否生產(chǎn)線(xiàn)存在異常，指導解決粉末涂料附著(zhù)力差的問(wèn)題。

  4 結論

  由于粉末涂裝工藝和涂料固化機理的特殊性，粉末涂料的最終附著(zhù)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(zhù)力。如果現場(chǎng)工藝某個(gè)環(huán)節的工藝參數出現問(wèn)題，最終導致粉末涂料附著(zhù)力差，影響產(chǎn)品最終涂裝質(zhì)量。結合粉末涂料的工藝特點(diǎn)，從涂層附著(zhù)機理的角度深入分析了粉末涂料附著(zhù)力的影響因素，并提出了建議和措施，對開(kāi)發(fā)、驗證具有一定的指導意義。以及新建粉末涂裝線(xiàn)的工藝調試。