粉末噴涂不同固化工藝下的涂層性能測試分析

林玉金

（佛山三水鳳鋁鋁業有限公司 廣東佛山 528137）

1 概述

粉末噴涂鋁合金型材生產過程中，涂層的固化工藝控制是一個關鍵控制點，直接影響粉末涂層產品的綜合性能。粉末涂層在烘烤爐中特定溫度和時間內固化，熔融流平交聯固化成膜；如果烘烤溫度達不到規定溫度或者烘烤時間達不到規定時間，涂膜的交聯固化不完全，影響涂膜的物理力學性能和耐化學藥品等性能；反過來烘烤溫度過高或烘烤時間過長，使涂膜變色或老化而影響涂膜的各種性能。因此，為了保證固化條件，需要制定嚴格的工藝，并按要求操作。生產現場為了保證烘烤爐固化條件的穩定性，會選擇和配備指示及控制準確、靈敏、穩定和可靠的溫度控制儀器和設備。企業在采購新的原輔材料過程中，一般會對新涂料品種進行相關工藝及性能的探測，以求生產和質量的穩定。本文在研究固化工藝與涂層性能的關系所使用的烘烤設備是實驗室用烘箱，在實際生產過程中，車間都是大型烘烤爐，爐溫均勻性控制不及實驗室，所以我們力求找到一個合適的溫度區間，確保產品性能的穩定。

2 試驗

2.1 試驗目的

驗證不同溫度、不同時間條件下粉末涂層的固化效果，找出能確保產品質量穩定適合生產現場的固化工藝范圍。

2.2 試驗過程

在烘箱里（經爐溫跟蹤儀測試溫度曲線穩定），設定不同溫度和不同的時間對現場噴涂板（標準試板70mm×120mm）進行烘烤固化后，放置48小時進行涂層性能的檢測，包括：膜厚、附著力、彎曲、杯突、正沖擊、反向沖擊、耐溶劑光澤度、色差。本次試驗所選粉末涂料為某一廠家白色系9010，主要是為了便于觀察固化后涂層表面顏色的變化。

2.3 固化條件

于生產現場取樣，不同工藝條件每組測試試樣8塊，按表1固化工藝，在烘箱中進行固化。

3 固化后涂層性能檢測結果

對不同固化工藝條件下所制得的帶涂層試板，按照GB 5237.4標準的測試方法進行相關性能檢測，檢測結果見表2。

4 數據分析

從表2涂層性能檢測來看，不同固化條件所得試板，其涂層的附著力，彎曲試驗和杯突試驗均合格，無法分析。我們從壓痕、沖擊、耐溶劑和光澤色差幾個測試指標著手分析。

（1）試板按壓痕硬度的標準測試方法進行測試，記錄壓痕的長度，按照粉末涂層抗壓痕性大于80的要求，壓痕長度需小于1.25mm才能合格，但涂層過軟或過硬都對綜合性能不利，壓痕長度一般控制在1.1mm～1.2mm的范圍比較合適。不同固化工藝下，壓痕試驗的數據比對見表3，表3中黃色底框顯示的壓痕長度均符合理想的涂層性能要求。

表1 試驗固化工藝

表2 不同固化條件下涂層性能

（2） 不同固化工藝條件下烘烤所得涂層試板，按標準方法進行反向沖擊試驗，沖擊試驗結果比對見表4，表4中A、B、C、D分別表示開裂級別，A表示涂層完好，無開裂脫落；B表示輕微開裂，無脫落；C表示明顯開裂，D表示開裂脫落。從表4看，經沖擊試驗后，涂層完好達到A狀態的為黃色底框顯示的工藝狀態下獲得的涂層。

（3） 試板按耐溶劑標準測試方法進行檢測，考慮溶劑測試后用指甲劃痕的評定方法受指甲硬度的影響可能會干擾測試結果的評定，因此測試完成后，實驗室用壓痕硬度測量的方法，通過測量壓痕的長度，來判斷涂層軟化程度，即壓痕長度越長，說明涂層越軟。從表5中測試數據看，經耐溶劑測試后，180℃溫度下不同固化時間時，涂層基本都偏軟，220℃溫度下固化時間10min以上涂層都偏硬。黃色底框顯示的固化條件下，涂層的耐溶劑性較好。

表3 壓痕試驗比對

表4 沖擊試驗比對

表5 溶劑試驗

表6 光澤度比對

表7 色差比對

（4）將不同固化工藝條件下獲得的樣板，以粉末涂料供應商提供的9010標準色板為校對板進行比對，測試光澤度和色差，所測結果分別見表6和表7。標準板的光澤值為69，經過不同固化工藝獲得的涂層表面光澤度見表6，按照標準要求允許偏差為±7個光澤值。黃色底框中的光澤值符合光澤要求。

不同固化條件下獲得的涂層樣板與標準板之間比對測試色差，色差值見表7，按照標準要求色差值控制在1.5以內為合適，從測試的色差情況看，除了220℃、25min工藝條件固化的樣板色差超出1.5，其他所有樣板的色差都在要求范圍內，但黃色底框顯示的固化工藝條件下獲得的樣板色差與標準板偏離更小，而且190℃～210℃溫度下，不同固化時間條件下色差相對穩定在較小范圍。

綜上所陳述的結果，分布在黃色底框中的固化工藝條件是各項所測試性能可優選的工藝，對于涂層的整體性能，我們需綜合考慮附著力、壓痕硬度、彎曲試驗、杯突試驗、沖擊試驗各項性能，按照黃色底框的分布趨勢，不難看出綜合性能比較好的噴涂固化優選工藝分布區間在：溫度200℃～210℃，時間10～25min。在這個條件下，所獲得的性能較為穩定。