靜電噴涂工藝
我廠噴涂設備可靠性特點:
1.一次上粉率高,無論是噴涂大平面工件或是復雜的幾何形狀時都能有效的節省粉末。
2.先進的靜電輸出控制功能和獨特的氣路設計,有效的克服了 “法拉第效應”及“反電離”現象,可以達到與摩擦槍相比的效果,無摩擦槍的缺點。
3.涂層表面質量優異,可達很高的平整度。無桔皮現象。
4.能噴涂目前市場上所有熱固性粉末和大部分熱塑性粉末{如尼龍粉,pe等}。無需任何額外配件,即可象噴一般粉末一樣噴涂金屬粉。
5.安全性高,絕無打火現象。
6.手動和自動設備大部分配件可以互換,減少了配件成本。具有電極清潔氣路配置,保證噴嘴和放電極始終處于清潔的工作狀態,并能在長時間的工作狀態下有良好的出粉狀態和靜電輸出。
粉末涂料的靜電噴涂稱為噴塑其原理:是利用電暈放電現象使粉末涂料吸附在工件上的。其過程是這樣的:粉末涂料由供粉系統借壓縮空氣氣體送入噴槍,在噴槍前端加有高壓靜電發生器產生的高壓,由于電暈放電,在其附近產生密集的電荷,粉末由槍嘴噴出時,形成帶電涂料粒子,它受靜電力的作用,被吸到與其極性相反的工件上去,隨著噴上的粉末增多,電荷積聚也越多,當達到一定厚度時,由于產生靜電排斥作用,便不繼續吸附,從而使整個工件獲得一定厚度的粉末涂層,然后經過熱使粉末熔融、流平、固化,即在工件表面形成堅硬的涂膜。粉狀涂層經過高溫烘烤流平固化,變成效果各異(粉末涂料的不同種類效果)的最終涂層;噴涂效果在機械強度、附著力、耐腐蝕、耐老化等方面優于噴漆工藝,成本也在同效果的噴漆之下。
高溫固化:
目的:將工件表面的粉末涂料加熱到規定的溫度并保溫相應的時間,使之熔化、流平、固化,從而得到我們想要的工件表面效果。
工藝步驟: 將噴涂好的工件推入固化爐,加熱到預定的溫度(一般185度),并保溫相應的時間(15分鐘);開爐取出冷卻即得到成品。
提示:加熱及控制系統(包括電加熱、燃油、燃氣、燃煤等各種加熱方式) + 保溫箱體=固化爐。
粉末靜電噴涂工藝流程有哪些工序?
(1)表面預處理。主要是脫脂、除銹、磷化,其方法與涂液態漆的預處理相同。
(2)刮膩子。根據工件缺陷程度涂刮導電膩子,干燥后用砂紙磨平滑,即可進行下道工序。
(3)保護(也稱蔽覆)。工件上若某些部位不要求有涂層,在預熱前可采用保護膠等掩蓋起來,以避免噴上涂料。
(4)預熱。一般可不需預熱。如果要求涂層較厚,可將工件預熱至180~20℃,這樣可以增加涂層厚度。
(5)噴涂。在高壓靜電場下,將噴粉槍接負極,工件接地(正極)構成回路,粉末借助壓縮空氣由噴槍噴出即帶有負電荷,按異性相吸原理噴涂到工件上。
(6)固化。噴涂后的工件,送入180~200℃的烘房內加熱,使粉末固化。
(7)清理。涂層固化后,取下保護物,修平毛刺。
(8)檢驗。檢查工件涂層,凡有漏噴、碰傷、針氣泡等缺陷的,都應返工重噴。
(9)缺陷處理。對被檢出的有漏噴、針孔、碰傷、氣泡等缺陷的工件,進行返修或重噴。
靜電噴塑比傳統噴漆工藝的優勢(“靜電粉末噴涂”俗稱“靜電噴塑”):
1、不需稀料,施工對環境無污染,對人體無毒害;
2、涂層外觀質量優異,附著力及機械強度強;
3、噴涂施工固化時間短;
4、涂層耐腐耐磨能力高出很多;
5、不需底漆;
6、施工簡便,對工人技術要求低;
7、成本低于同效果的噴漆工藝;
8、有些應用場合已經明確提出必須使用靜電噴塑工藝處理;
9、靜電噴粉噴涂過程中不會出現噴漆工藝中常見的流淌現象;
10、噴涂效果在機械強度、附著力、耐腐蝕、耐老化等方面優于噴漆工藝;
11、發展速度快,除了象錘紋、桔紋、磨砂、高光、亞光、裂紋、閃金、閃銀等各種效果之外,近幾年陸續出現了耐高溫粉末、內低溫粉末、高耐候性粉末、耐水粉末、耐酸粉末、低溫固化粉末、UV固化粉末等等,使靜電粉末噴涂具有更為廣闊的前景。
粉末靜電涂裝法有何特點及在汽車涂裝中的應用如何?
為了解決涂裝公害問題,涂裝行業除了涂裝材料水性化外,另一個解決方案是采用無溶劑的粉末涂料。在汽車行業,目前除了部分零部件已采用粉末涂裝外,寶馬公司車身采用粉末涂料罩光。美國克萊斯勒公司已在兩家工廠的車身底盤零件的涂裝上應用粉末涂料;福特、通用汽車公司對外觀性能要求不很高的零件如缸體、底盤件、車輪等使用了粉末涂裝。現在美國三大汽車公司(福特、通用、克萊斯勒)決定聯合開發汽車用粉末防銹涂料和粉末面漆涂料,開發后的新技術準備用于美國境內的約50個轎車和輕型車廠。
可用于汽車涂裝的粉末靜電噴涂法的基本原理與靜電噴涂溶劑涂料的原理是相同的,被涂件接地為正極。粉末涂裝一次涂裝涂層可達60~100um以上的厚度,一次烘烤,形成的涂層均勻,附著力強,涂層的保護和裝飾性能都較高。粉末可回收再用,粉末利用率如回收經過篩再用,可達95%左右,又因無溶劑和飛散粉末可回收,環境污染比其他涂裝方法都小,易形成機械化、自動化流水線涂裝生產,適宜多種金屬件進行涂裝,一次涂裝,一次烘烤成膜,涂裝生產周期短。
粉末回收工藝
粉末回收原理:
隨著粉末靜電噴涂技術應用的不斷推廣,人們越來越認識到粉末噴涂回收裝置的重要性,并不斷對其提出更高的要求。的確,一套科學合理的、高效的粉末噴涂回收系統,不但可以減少粉末的損失,而且能降低產品的成本,同時對減少環境污染及改善工人的勞動條件起著重要的作用。所以,先進的粉末噴涂回收工藝,將會產生巨大的經濟效益和社會效益。
一、國內粉末回收工藝現狀
從我國粉末噴涂裝置的現狀看,目前普遍采用的粉末回收工藝大致可分為兩類:第一類,二級回收工藝,其代表為旋風分離器加布袋回收裝置;第二類,一級回收工藝,其代表為濾芯過濾器。上面兩種回收方式在使用過程中都存在著不足之處。第一類,由于采用的旋風除塵器(目前有擴散式、長錐體及多管式等)的回收效率有限,使得一部分較細的粉末流失到二級回收裝置布袋除塵器內,增加了布袋的負擔,因而常常出現這樣的情況,在設備投入運行初期,其使用效果不錯,但在長期使用后,由于在布袋表面積聚的微細粉末層達到了一定的厚度,使濾布的透氣性能顯著降低,造成整個回收系統阻力增加,回收系統抽風量逐漸減少,導致噴粉室出現嚴重的溢粉現象,噴涂車間的環境也隨之惡化,同時還帶來爆燃事故隱患。雖然目前采用的布袋二級回收都有手動、機械或脈沖及吹等清灰手段,但由于氣候條件(如空氣相對濕度大)和運行管理跟不上等因素,清灰達不到理想的效果,因而不可避免地出現上述問題。第二類,濾芯或回收裝置一般是緊靠著噴粉室側面設置的。濾芯式和布袋式只是過濾材料的不同,其過濾原理是相同的,因而濾芯式回收同樣存在著上述布袋所有的缺點。
從整個噴涂工藝講,上面提到的兩類粉末回收工藝都給產品的換色帶來很大麻煩,因為布袋和濾芯的清粉是相當困難的。目前也有采用一種顏色就更換一套布袋或濾芯回收裝置的做法,但這種工藝將給產品色彩多樣的企業帶來投資的增加及更換濾料的麻煩,因而很難推廣使用。
二、粉末噴涂回收新工藝
鑒于目前普遍采用的粉末回收工藝存在上面提到的缺點,在積累多年從事涂裝工程設計經驗的基礎上,提出一種新的粉末回收工藝,即反射型龍卷風除塵器加濕式除塵器的二級回收新工藝。
龍卷風除塵器又名旋流式除塵器,由于采用二次氣流,不但加速了氣流的旋轉速度,增強了分離塵粒的離心力,而且由于存在二次氣流,其湍流擾動影響比一般旋風除塵器要小,因而使其除塵的分離粒徑可小于5μm,在結構上又消除了旋風除塵器的返混,紊流等缺點,所以除塵效率比一般旋風除塵器要高,在一定條件下可達99.9%。
反射型龍卷風除塵器是龍卷風除塵器中壓力損失最低的一種,其工作原理是:含粉末氣流作為一次風被送入反射型龍卷風除塵器的一次分離室,而向下旋轉,旋轉氣流下旋到達反射板而反轉成上升氣流,在此處,旋轉氣流中所含的粗粉末由于離心力和重力的作用,從氣流中分離出來,而上升氣流中的細粉末向旋轉氣流的外周匯集。在二次分離室外周,有二次風噴嘴以60m/s的速度噴入二次風,成為向下旋轉流,在上升氣流外側同方向旋轉,使細粉末加速向外周匯集,并被二次風強制帶到灰斗。 從該除塵器的原理可以看出,含粉末氣流從進入除塵器體內到排出,經過了兩次分離捕集,因而其效率高。國內某電科所曾實測龍卷風除塵器對低壓聚乙烯粉末的回收率達99%。
新工藝的二級凈化采用的是一種濕式除塵器,其工作原理是:經過一級回收未被捕集的,主要是5μm以下的,即使回收后也不能再利用的超細粉末,以一定的速度被送入該濕式除塵器中,通過含粉氣流和水充分接觸,并在出口處產生沖激,使氣水進一步混合,從而達到較高的捕集效率。同時水可以循環使用。一段時期后,廢水經處理,符合國家有關標準后排放。
通過以上分析比較,該工藝不僅運行可靠,而且避免了上述兩類回收工藝帶來的清粉麻煩,給噴粉換色也帶來便利。
三 、新工藝在應用中的不斷完善
粉末回收工藝由于采用了壓力損失較一般旋風除塵器大的反射型龍卷風除塵器,因而整個噴涂系統的壓力損失相應增大,加上系統管道阻力及二級濕式除塵器的壓損,總壓損大概在350~400mmH2O左右,所以在工藝設計時應注意和完善以下幾點:
1 、二次風單獨使用一臺風機輸送;
2 、合理設計回收系統管路,使管道阻力降到最低;
3、 風機必須考慮減振措施及風機與管道連接須有柔性接頭。
雖然,新工藝帶來了系統壓損的增大,但在整個設備運行過程中,其壓力損失是相對穩定的,避免了上述兩種回收工藝帶來初始運行壓損小,長期運行壓損變大的現象。
綜上所述,本文提出的粉末回收新工藝和目前普遍采用的幾種回收工藝相比,更具科學合理性,運行穩定性,而且回收效率高,因而具有很大的推廣應用價值。
磷化工藝
工件涂裝前處理工藝介紹
目的:除掉工件表面的油污、灰塵、銹跡,并在工件表面生成一層抗腐蝕且能夠增加噴涂涂層附著力的“磷化層”。
主要工藝步驟:除油、除銹、磷化、鈍化。工件經前處理后不但表面沒有油、銹、塵,而且原來銀白色有光澤的表面上生成一層均勻而粗糙的不容易生銹的灰色磷化膜,既能防銹又能增加噴塑層的附著力
磷化原理
一般情況下,磷化處理要求工件表面應是潔凈的金屬表面(二合一、三合一、四合一例外)。工件在磷化前必須進行除油脂、銹蝕物、氧化皮以及表面調整等預處理。特別是涂漆前打底用磷化還要求作表面調整,使金屬表面具備一定的“活性”,才能獲得均勻、細致、密實的磷化膜,達到提高漆膜附著力和耐腐蝕性的要求。因此,磷化前處理是獲得高質量磷化膜的基礎。
1 除油脂
除油脂的目的在于清除掉工件表面的油脂、油污。包括機械法、化學法兩類。機械法主要是:手工擦刷、噴砂拋丸、火焰灼燒等。化學法主要:溶劑清洗、酸性清洗劑清洗、強堿液清洗,低堿性清洗劑清洗。以下介紹化學法除油脂工藝。
1.1 溶劑清洗
溶劑法除油脂,一般是用非易燃的鹵代烴蒸氣法或乳化法。最常見的是采用三氯乙烷、三氯乙烯、全氯乙烯蒸汽除油脂。蒸汽脫脂速度快,效率高,脫脂干凈徹底,對各類油及脂的去除效果都非常好。在氯代烴中加入一定的乳化液,不管是浸泡還是噴淋效果都很好。由于氯代鹵都有一定的毒性,汽化溫度也較
高,再者由于新型水基低堿性清洗劑的出現,溶劑蒸汽和乳液除油脂方法現在已經很少使用了。
1.2 酸性清洗劑清洗
酸性清洗劑除油脂是一種應用非常廣泛的方法。它利用表面活性劑的乳化、潤濕、滲透原理,并借助于酸腐蝕金屬產生氫氣的機械剝離作用,達到除油脂的目的。酸性清洗劑可在低溫和中溫下使用。低溫一般只能除掉液態油,中溫就可除掉油和脂,一般只適合于浸泡處理方式。酸性清洗劑主要由表面活性劑、普通無機酸、緩蝕劑三大部分組成。由于它兼備有除銹與除油脂雙重功能,人們習慣稱之為“二合一”處理液。
鹽酸、硫酸酸基的清洗劑應用最為廣泛,成本低,效率較高。但如果酸洗后水洗不徹底殘留的Cl-、SO42-對工件的后腐蝕危害很大。而磷酸酸基沒有腐蝕物殘留的隱患,但磷酸成本較高,清洗效率低些。
對于鋅件,鋁件一般不采用酸性清洗劑清洗,特別鋅件在酸中的腐蝕極快。
1.3強堿液清洗
強堿液除油脂是一種傳統的有效方法。它是利用強堿對植物油的皂化反應,形成溶于水的皂化物達到除油脂的目的。純粹的強堿液只能皂化除掉植物油脂而不能除掉礦物油脂。因此人們通過在強堿液中加入表面活性劑,一般是磺酸類陰離子活性劑,利用表面活性劑的乳化作用達到除礦物油的目的。強堿液除油脂的使用溫度都較高,通常>80℃。處理時間 5~20min,處理方式浸泡、噴淋均可。強堿液除油脂需要較高溫度,能耗大,對設備腐蝕性也大,并且材料成本并不算低,因此這種方法的應用正逐步減少。
1.4低堿性清洗液清洗
低堿性清洗液是當前應用最為廣泛的一類除油脂劑。它的堿性低,一般pH值為9~12。對設備腐蝕較小,對工件表面狀態破壞小,可在低溫和中溫下使用,除油脂效率較高。特別在噴淋方式使用時,除油脂效果特別好。低堿性清洗劑主要由無機低堿性助劑、表面活性劑、消泡劑等組成。無機型助劑作用是提供一定的堿度,有分散懸浮作用。可防止脫下來的油脂重新吸附在工件表面。表面活性劑主要采用非離子型與陰離子型,一般是聚氯乙烯OP類和磺酸鹽型,它在除油脂過程中起主要的作用。在有特殊要求時還需要加入一些其它添加物,如噴淋時需要加入消泡劑。
處理溫度:常溫~70℃,處理時間:5~20min
浸泡型清洗劑主要應注意的是表面活性劑的濁點問題,當處理溫度高于濁點時,表面活性劑析出上浮,使之失去脫脂能力,一般加入陰離子型活性劑即可解決。噴淋型清洗劑應加入足夠的消泡劑,在噴淋時不產生泡沫尤為重要。
鋁件、鋅件清洗時,必須考慮到它們在堿性條件下的腐蝕問題,一般宜用接近中性的清洗劑。
2 酸洗
酸洗除銹、除氧化皮的方法是工業領域應用最為廣泛的方法。利用酸對氧化物溶解以及腐蝕產生氫氣的機械剝離作用達到除銹和除氧化皮的目的。酸洗中使用最為常見的是鹽酸、硫酸、磷酸。硝酸由于在酸洗時產生有毒的二氧化氮氣體,一般很少應用。鹽酸酸洗適合在低溫下使用,不宜超過45℃,使用濃度10%~45%,還應加入適量的酸霧抑制劑為宜。硫酸在低溫下的酸洗速度很慢,宜在中溫使用,溫度50~80℃,使用濃度10%~25%。磷酸酸洗的優點是不會產生腐蝕性殘留物(鹽酸、硫酸酸洗后或多或少會有少會有Cl-、SO42-殘留),比較安全,但磷酸的缺點是成本較高,酸洗速度較慢,一般使用濃度10%~40%,處理溫度可常溫到80℃。在酸洗工藝中,采用混合酸也是非常有效的方法,如鹽酸-硫酸混合酸,磷酸-檸檬酸混合酸。
在酸洗除銹除氧化皮槽液中,必須加入適量的緩蝕劑。緩蝕劑的種類很多,選用也比較容易,它的作用是抑制金屬腐蝕和防止“氫脆”。但酸洗“氫脆”敏感的工件時,緩蝕劑的選擇應特別小心,因為某些緩蝕劑抑制二個氫原子變為氫分子的反應,即:2→H2↑,使金屬表面氫原子的濃度提高,增強了“氫脆”傾向。因此必須查閱有關腐蝕數據手冊,或做“氫脆”試驗,避免選用危險的緩蝕劑。
3 表面調整
表面調整的目的,是促使磷化形成晶粒細致密實的磷化膜,以及提高磷化速度。表面調整劑主要有兩類,一種是酸性表調劑,如草酸。另一種是膠體鈦。兩者的應用都非常普及,前者還兼備有除輕銹(工件運行過程中形成的“水銹”及“風銹”)的作用。在磷化前處理工藝中,是否選用表面調整工序和選用那一種表調劑都是由工藝與磷化膜的要求來決定的。一般原則是:涂漆前打底磷化、快速低溫磷化需要表調。如果工件在進入磷化槽時,已經二次生銹,最好采用酸性表調,但酸性表調只適合于≥50℃的中溫磷化。一般中溫鋅鈣系磷化不表調也行。
磷化前預處理工藝是:
重油、銹、氧化皮工件:除油脂→水洗→酸洗→水洗→中和→表調→磷化→水洗
輕油、銹工件: 除油除銹“二合一”→水洗→中和→表調→磷化→水洗
無銹工件: 除油脂→水洗→表調→磷化→水洗
高檔涂裝工件: 預清理→熱水噴淋→預脫脂(噴)→脫脂(噴+浸+噴)→水洗(噴)→水洗(噴+浸+噴)→表調(噴+浸+噴)→磷化(噴+浸+噴)→水洗(噴+浸+噴)→去離子水洗(噴)→新鮮去離子水洗(噴)
關于磷化沉渣。因為磷化沉渣主要是FePO4,要相減少沉渣量就必須降低Fe3+的產生量,即通過兩個方法:降低磷化液的H+濃度(低游離酸度)減少Fe2+氧化成為Fe3+。
鋅材與鋁材磷化機理基本與上相同。鋅材的磷化速度較快,磷化膜只有磷酸鋅鹽單一組成,并且沉渣很少。鋁材磷化一般要加入較多的氟化合物,使之形成AlF3、 AlF63-,鋁材磷化步聚與上述機理基本相同。
4 磷化分類
磷化的分類方法很多,但一般是按磷化成膜體系、磷化膜厚度、磷化使用溫度、促進劑類型進行分類。
4.1 按磷化膜體系分類
按磷化成膜體系主要分為:鋅系、鋅鈣系、鋅錳系、錳系、鐵系、非晶相鐵系六大類。
鋅系磷化槽液主體成他是:Zn2+、H2PO3-、NO3-、H3PO4、促進劑等。形成的磷化膜主體組成(鋼鐵件):Zn3(po4)2·4H2O 、Zn2Fe(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈樹枝狀、針狀、孔隙較多。廣泛應用于涂漆前打底、防腐蝕和冷加工減摩潤滑。
鋅鈣系磷化槽液主體成分是:Zn2+、Ca2+、NO3-、H2PO4-、H3PO4以及其它添加物等。形成磷化膜的主體組成(鋼鐵件):Zn2Ca(PO4)2·4H2O、Zn2Fe(PO4)2·4H2O、Zn3(PO4)2·4H2O。磷化晶粒呈緊密顆粒狀(有時有大的針狀晶粒),孔隙較少。應用于涂裝前打底及防腐蝕。
鋅錳系磷化槽液主體組成:Zn2+、Mn2+、NO3-、PO4-、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主體組成:Zn2Fe(PO4)2·4H2O、Zn3(PO4)2·4H2O、(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O,磷化晶粒呈顆粒-針狀-樹枝狀混合晶型,孔隙較少。廣泛用于漆前打底、防腐蝕及冷加工減摩潤滑。
錳系磷化槽液主體組成:Mn2+、NO3-、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。在鋼鐵件上形成磷化膜主體組成:(Mn,Fe)5H2(PO4)4·4H2O。磷化膜厚度大、孔隙少,磷化晶粒呈密集顆狀。廣泛應用于防腐蝕及冷加工減摩潤滑。
鐵系磷化槽液主體組成:Fe2+、H2PO4、H3PO4以及其它一些添加物。磷化膜主體組成(鋼鐵工件):Fe5H2(PO4)4·4H2O,磷化膜厚度大,磷化溫度高,處理時間長,膜孔隙較多,磷化晶粒呈顆粒狀。應用于防腐蝕以及冷加工減摩潤滑。
非晶相鐵系磷化槽液主體成分:Na+(NH4+)、H2PO4、H3PO4、MoO4-(ClO3-、NO3-)以及其它一些添加物。磷化膜主體組成(鋼鐵件):Fe3(PO4)2·8H2O, Fe2O3,磷化膜薄,微觀膜結構呈非晶相的平面分布狀,僅應用于涂漆前打底。
4.2 按磷化膜的厚度分類
按磷化膜厚度(磷化膜重)分,可分為次輕量級、輕量級、次重量級、重量級四種。次輕量級膜重僅0.1~1.0g/m2,一般是非晶相鐵系磷化膜,僅用于漆前打底,特別是變形大工件的涂漆前打底效果很好。輕量級膜重1.1~4.5 g/m2,廣泛應用于漆前打底,在防腐蝕和冷加工行業應用較少。次重量級磷化膜厚4.6~7.5 g/m2,由于膜重較大,膜較厚(一般>3μm),較少作為漆前打底(僅作為基本不變形的鋼鐵件漆前打底),可用于防腐蝕及冷加工減摩滑潤。重量級膜重大于7.5 g/m2,不作為漆前打底用,廣泛用于防腐蝕及冷加工。
4.3 按磷化處理溫度劃分
按處理溫度可分為常溫、低溫、中溫、高溫四類。常溫磷化就是不加溫磷化。低溫磷化一般處理溫度30~45℃。中溫磷化一般60~70℃。高溫磷化一般大于80℃。溫度劃分法本身并不嚴格,有時還有亞中溫、亞高溫之法,隨各人的意愿而定,但一般還是遵循上述劃分法。
4.4 按促進劑類型分類
由于磷化促進劑主要只有那么幾種,按促進劑的類型分有利于槽液的了解。根據促進劑類型大體可決定磷化處理溫度,如NO3-促進劑主要就是中溫磷化。促進劑主要分為:硝酸鹽型、亞硝酸鹽型、氯酸鹽型、有機氮化物型、鉬酸鹽型等主要類型。每一個促進劑類型又可與其它促進劑配套使用,有不少的分支系列。硝酸鹽型包括:NO3-型,NO3-/NO2-(自生型)。氯酸鹽型包括:ClO3-,ClO3-/ NO3-,ClO3-/ NO2-。亞硝酸鹽包括:硝基胍R- NO2-/ ClO3-。鉬酸鹽型包括:MoO4-, MoO4-/ ClO3-, MoO4-/ NO3-。
磷化分類方法還有很多,如按材質可分為鋼鐵件、鋁件、鋅件以及混合件磷化等。