聚酯型粉末涂層附著力異常的原因分析

姚俊合，李英華，趙毅

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519000）

聚酯型粉末涂料是繼環(huán)氧和環(huán)氧?聚酯粉末涂料后發(fā)展起來(lái)的熱固型耐候粉末涂料，主要由聚酯樹(shù)脂、固化劑、填料、顏料、助劑等混合而成，由于較環(huán)保而被廣泛應(yīng)用在家電、建筑、汽車等行業(yè)[1]。金屬材料經(jīng)前處理后表面噴涂聚酯粉末涂料，再通過(guò)烘烤熔融流平，固化成膜得到粉末涂層[2]。

在噴涂過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，其中涂層脫落就是常見(jiàn)問(wèn)題之一。涂層脫落的實(shí)質(zhì)是涂層附著力差[3]。涂層的附著力包括涂層自身的凝聚力及其與金屬表面之間的粘附力，與基材表面狀態(tài)、前處理工藝、涂料性能、涂層厚度、固化溫度、工作環(huán)境等因素有關(guān)[4-5]。筆者所在公司的某熱鍍鋅板采用靜電粉末噴涂，主要工藝流程為：脫脂→水洗→陶化→水洗→烘干→靜電噴涂→固化。在噴涂過(guò)程中涂層嚴(yán)重脫落，故障件占比約10%。本文對(duì)此進(jìn)行原因分析。

1 故障件特征

如圖1所示，故障件劃格后涂層嚴(yán)重脫落，沿著脫落部位的邊緣很容易就將涂層撕裂。

圖1 正常樣品(a)和故障件(b)經(jīng)劃格試驗(yàn)后的照片F(xiàn)igure 1 Photos of normal sample (a) and defective sample (b) after cross-cut adhesion test

2 涂層脫落原因分析

2. 1 基材表面形貌與元素含量分析

采用日本電子JSM-6510 型掃描電鏡(SEM)觀察涂層脫落后的基材表面和經(jīng)正常前處理的未噴涂基材(指經(jīng)脫脂、陶化和烘干的基材，下同)的表面形貌，結(jié)果見(jiàn)圖2。正常前處理的基材表面光滑。涂層脫落的基材表面存在大量黑點(diǎn)，整體猶如由山脊和山谷組成，山脊表面光滑，山谷表面疏松。

圖2 涂層脫落(a)和正常前處理(b)基材的表面形貌Figure 2 Surface morphologies of (a) the substrate exposed after exfoliation of coating and (b) normally pretreated substrate

采用電鏡附帶的能譜儀分析兩種基材不同區(qū)域的表面成分，結(jié)果見(jiàn)表1。涂層脫落的基材表面O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，尤其是山谷處。初步推測(cè)樣品在生產(chǎn)過(guò)程中表面發(fā)生了氧化，氧化產(chǎn)物覆蓋在基材表面，從而影響了后續(xù)涂層的附著力。

表1 基材表面不同區(qū)域的元素組成Table 1 Elemental compositions at different areas of substrate surface

2. 2 基材表面清潔度分析

采用德國(guó)SITA Messtechnik表面清潔度儀檢測(cè)涂層脫落的基材和正常前處理后的基材表面清潔度，結(jié)果見(jiàn)表2。可見(jiàn)涂層脫落后基材表面的有機(jī)污染物明顯較多。

表2 清潔度測(cè)試數(shù)據(jù)Table 2 Results of cleanness testing（單位：RFU）

表面油污未洗凈和涂層殘留均有可能引起基材表面有機(jī)污染物超標(biāo)。因此，在涂層脫落的基材表面均勻選取4個(gè)點(diǎn)進(jìn)行EDS分析，結(jié)果未檢測(cè)到粉末涂料的顏料TiO2和填料BaSO4中的Ti與Ba(見(jiàn)表3)，說(shuō)明其表面沒(méi)有或極少有粉末涂料殘留。基本排除涂層殘留引起基材表面清潔度超標(biāo)這一因素。

表3 基材表面不同點(diǎn)位的EDS測(cè)試數(shù)據(jù)Table 3 EDS analysis result at different positions of the substrate

2. 3 基材表面紅外光譜分析

采用英國(guó)Bio-Rad公司的FTS-3000型傅里葉紅外吸收光譜儀對(duì)涂層脫落的基材和正常前處理的基材進(jìn)行表面分析，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同樣品的紅外光譜Figure 3 IR spectra of different samples

正常前處理的基材表面在3 228 cm?1處出現(xiàn)明顯的紅外吸收峰，對(duì)應(yīng)─OH的伸縮振動(dòng)峰，峰形寬而鈍，說(shuō)明硅烷復(fù)合陶化劑中的硅醇Si─OH在陶化過(guò)程中并未完全縮合；1 035 cm?1和1 001 cm?1處的峰對(duì)應(yīng)Si─O的復(fù)雜吸收帶[6]。涂層脫落的基材表面則并未檢測(cè)到硅烷的相關(guān)特征吸收峰，說(shuō)明正常前處理的基材表面有陶化膜生成，而涂層脫落的基材表面未形成陶化膜或形成的陶化膜隨涂層一起脫落。

綜上可知，涂層脫落的主要原因如下：

(1) 熱鍍鋅板基材表面氧化，使鍍鋅層表面疏松，影響陶化成膜。

(2) 基材表面的油污未除凈，影響后續(xù)陶化膜與噴塑層和基材之間的結(jié)合。

3 解決措施

針對(duì)鍍鋅板表面氧化的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)人員在交接班時(shí)，生產(chǎn)線會(huì)停線1 h以上，其間零件依然在前處理槽中，導(dǎo)致零件在潮濕環(huán)境中的時(shí)間較長(zhǎng)，極易發(fā)生氧化，因此要求在生產(chǎn)過(guò)程中必須長(zhǎng)時(shí)間停線等待時(shí)不能有零件處于前處理槽中。

針對(duì)基材表面油污未處理干凈的問(wèn)題，要求在前處理結(jié)束后每2 h對(duì)零件進(jìn)行清潔度抽樣測(cè)試，將清潔度控制在合理的范圍內(nèi)。

采用上述措施后涂層脫落問(wèn)題得到了有效控制。