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PVD底粉生產工藝和品質實現的研究

日期：2024-12-04 11:36
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摘要： 摘要 本文通過對底粉材料特性研究、生產工藝中的生產設備和生產環境的改造、生產設備參數設置等研究，使得介質粉產品外觀、產品品質達標而且穩定。 粉末涂料作為底粉取代介質漆，成功應用于真空電鍍介質層。此工藝對提升介質粉的品質、推廣在真空電鍍介質層上的應用，具有巨大推動作用。 前言 PVD(PhysicalVaporDeposition，PVD)即物理/氣相沉積技術，由于其具有材料適應性好、工藝溫度低、成膜速度快、鍍膜組織致密、與基體結合力強，相對于傳統電鍍工藝...

摘要


       本文通過對底粉材料特性研究、生產工藝中的生產設備和生產環境的改造、生產設備參數設置等研究，使得介質粉產品外觀、產品品質達標而且穩定。

       粉末涂料作為底粉取代介質漆，成功應用于真空電鍍介質層。此工藝對提升介質粉的品質、推廣在真空電鍍介質層上的應用，具有巨大推動作用。

前言


      PVD(PhysicalVaporDeposition，PVD)即物理/氣相沉積技術，由于其具有材料適應性好、工藝溫度低、成膜速度快、鍍膜組織致密、與基體結合力強，相對于傳統電鍍工藝由于不再使用強酸、強堿及氰化物、鉻酐等有毒有害化學品，對環境影響小、對比傳統電鍍工藝純物理、無污染等優點。
      PVD鍍膜技術主要有真空蒸鍍、濺鍍、離子鍍三種，廣泛應用于機械、電子、通訊、汽車等領域，真空電鍍已經成環保新趨勢。在汽車工業領域，真空電鍍技術替代傳統電鍍工藝直接應用于輪轂、車大燈、霧燈、車標、鍍鉻件裝飾條等金屬和非金屬部件的電鍍。由于金屬部件基材的平整性差、制造表面有缺陷，在基材上直接鍍膜會存在光澤不穩定、附著力不合格、耐鹽霧性弱、耐水性差、外觀缺陷等問題。所以在這些金屬部件和電鍍層之間需要有一層介質層進行承接，以滿足真空電鍍鍍膜對底層的光澤、飽滿度、平整性要求和各項性能要求，使PVD鍍層即起到美觀裝飾作用，又能滿足汽車部件的性能標準要求。

       目前使用的介質層主要有溶劑型介質漆和固態介質粉，溶劑型介質漆施工簡單，在汽車售后部件廣泛應用，通常的生產工藝是“底材+溶劑型底漆+溶劑型介質漆+電鍍層+溶劑型清漆"。

       但其產品中VOC的排放不適應越來越嚴格的國家環保政策、污染環境，而且溶劑型介質漆作為介質層。電鍍后電鍍層的附著力、耐熱沖擊、防腐、耐燃料油等難以達到現行汽車部件性能標準的性能要求，各大汽車金屬部件真空電鍍廠家紛紛轉向零VOC排放的粉末涂料尋求解決方案，掀起一輪漆改粉熱潮。粉末涂料作為介質層有著高光澤、高飽滿度、高良率和附著力、耐熱沖擊、防腐、耐燃料油等性能更好的優點。這種粉末涂料被稱為介質粉，使用介質粉的真空電鍍工藝是“金屬底材+底粉+介質粉+電鍍層+透明粉"，介質粉作為介質層的真空電鍍件，更容易滿足現行汽車部件性能標準，介質粉在汽車領域大批量地采用，市場份額越來越大。但是介質粉的生產制造比較困難，因真空電鍍對介質層涂膜要求零缺陷，對涂膜縮孔、針孔、顆粒等缺陷零容忍、對產品批次的涂膜光澤、飽滿度要求高。所以介質粉的生產工藝相較于普通粉末涂料的生產，存在著生產難度大、生產效率低、產品成品率低的問題。 

      本研究在現行介質粉生產工藝基礎上，研究了介質粉生產工藝升級改善，通過對PVD底粉材料特性研究、生產工藝中的生產設備和生產環境的改造、生產設備參數設置等研究，使得介質粉的生產難度降低、生產效率提高、成品率高，實現產品品質穩定。

1、介質粉的基礎配方和PVD真空電鍍工藝簡介


1.1 介質粉的基礎配方（見表1）




 
1.2 介質粉的一般技術指標

1.2.1 PVD真空電鍍工藝簡介
      粉末涂料作為真空電鍍介質層，通常的電鍍工藝是“金屬底材+底粉+介質粉+電鍍層+透明粉"。以輪轂的真空電鍍工藝為例，先按照正常的輪轂底粉噴涂工藝涂裝輪轂底粉，再在底粉涂膜上按照介質粉的涂裝工藝噴涂介質粉，生成“玻璃狀表面";
然后把噴涂好的輪轂部件放到含有少量氬氣的真空金屬噴鍍室內，主要使用蒸鍍或濺鍍的方法將所選定材質的靶材如鎳、鉻、鋁等鍍到部件上，厚度約為1.0×10-7m，*后使用丙烯酸透明粉作為電鍍層的保護層。粉末涂層作為介質層，表面*重要的是形成類似“玻璃狀表面"，具有高流平、高光澤、高飽滿度等特點，以使電鍍層達到無霧影的鏡面效果，介質層的涂膜基本參數如下表2：
 
         
1.2.2 粉末涂料
       不含機械雜質，松散不結團（目測），粉末涂料密度：1.1±0.5g/ml，含水率：≤1%。

1.2.3 涂膜（技術指標見表2）



2、實驗

2.1 原料及設備
      陶氏環氧樹脂：市售；酚類固化劑：市售；粉末涂料通用助劑（流平劑，安息香），進口；21.1 P 82雙螺桿擠出機：科倍隆機械有限公司，ACM2PSR磨粉機：HOSOKAWA MIKROPUL GmbH、混料機。

2.2 生產工藝流程及介質粉制備
     介質粉生產同其他粉末涂料的生產流程類似，經過以下工序：配料→預混合→熔融擠出→壓片→粉碎→篩分。（見圖1）   按照配方（表1）稱取各個組份，預混后通過雙螺桿擠出機進行熔融混合擠出，使用冷卻輥筒壓片，隨后用粉碎機進行研磨粉碎，*后篩分得到粉末。

2.3 品質檢測
      涂料成品粒徑達標后，通過噴板固化后，經一系列的測試，評價其涂料品質的好壞。因作為真空電鍍介質層，介質層涂膜需要做到外觀零缺陷，其中包括膜厚、顆粒、粉點、縮孔、針孔、光澤、流平等檢測，還包括批次之間的兼容、每箱之間的兼容、涂膜附著力、涂膜彎曲、沖擊、表面硬度、杯突等。表3是檢驗的結果。
            

 
2.3.1 檢測環境
       介質層涂膜需要做到外觀零缺陷，檢測環境的誤判干擾因素需要排除，主要包括纖維類顆粒、粉點、靜電孔等，主要的做法是封閉的噴涂檢驗室，噴槍電壓、電流、出粉量等參數不宜過大。
2.3.2 涂膜膜厚
       測試使用膜厚儀進行測定。
2.3.3 涂膜外觀
       檢測在膜厚符合的情況下，目測涂膜，涂膜上不能存在顆粒、粉點、縮孔、針孔等缺陷。
2.3.4 涂膜光澤、附著力、彎曲、流平等檢測
       在膜厚符合的情況下，使用光澤儀、百格儀、軸棒彎曲儀測定，流平檢測需要與比對板進行比對判定。
2.3.5 兼容測試
       介質粉需要測試兼容，測試粉末按50：50比例混合后，通過噴板固化，使用光澤儀和目測，判定其不能有失光和發霧情況，需要對每批首、中、尾箱號，多批次之間進行兼容檢測。
2.3.6 涂膜容易出現的問題缺陷
       介質粉固化后，涂膜出現概率比較大的缺陷是顆粒、DOI值和光澤偏低、流平不達標、縮孔、針孔等缺陷。

3、結果與討論

3.1 材料特征對生產難度和品質的影響

      由于介質粉需要流平(R)≥9的流平性，光澤≥110％，而且涂膜表面不能出現縮孔、顆粒、針孔等缺陷，就要求樹脂與固化劑分子基團相容性極好，基本特征接近，以便于有良好的機械加工性能。樹脂與固化劑充分均勻混合，以達到整個涂膜在固化過程中反應的均一性，為產品性能可靠性提供保證。但是在保證流平等性能情況下，所選的低分子量環氧樹脂和酚類固化劑的軟化點、黏度等基本特征有一定的差異性，導致一般效果的擠出混煉達不到介質粉涂膜高要求。樹脂及固化劑的基本特征如表4所示，采用固定的生產工藝，其組合得到的測試結果如表5所示。



                 
      2型環氧+固化劑1組合可以得到*好的結果，由此可見環氧和固化劑的黏度對*終的產品品質有決定性作用，選擇2型環氧和適當黏度的酚醛固化劑可以得到合格的品質。
3.2 生產環境對粉末品質的影響
      介質粉極易受外界環境的污染，造成涂膜容易出現縮孔、顆粒等缺陷，所以對生產設備、生產環境的潔凈度要求非常高，采取建立獨立生產車間、生產環境空氣隔離過濾，空氣顆粒潔凈度保持50萬級。
3.3 擠出機螺桿對涂膜品質的影響
     擠出機螺桿由喂料段、熔融、均化段組成（見圖2），擠出機混煉效果好壞，將影響產品光澤和流平；
              
     擠出機的功率，螺桿的長徑比、橫截面積、螺紋深度、轉速等對物料的分散均勻有著影響；


 
     研究測試選用了長涇比為24：1的螺桿，采用不同規格，不同擠出機螺桿對涂膜的光澤、流平影響結果見表6。


  
      研究表明，增加螺桿長度、螺紋深度，對介質粉的外觀改良可以達到目的；采用二次重復擠出，可以解決批次之間的兼容性問題。

4、結論

      通過對原材料的特性進行分析，所用原料軟化點、黏度等差異比較大，介質粉涂膜要求的零缺陷，造成介質粉的生產工藝相較于普通粉末涂料，存在著生產難度大、生產效率低、產品成品率低的問題。研究通過對生產環境的潔凈度保證，擠出機螺桿的選擇，二次擠出，保證充分均一分散混合，粉末中雜質的杜絕。檢驗方式和檢驗環境能夠保證品質問題能夠及時發現和反饋，使得介質粉的品質得到提升，獲得更加高效的生產率，提高了成品率，保證了外觀合格和品質穩定性。


文章來源：真空技術與設備網

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