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涂魔师,粉末涂装尖锐边缘固化前的覆盖问题

来源:翁开尔有限公司
发布时间:2020-04-23T18:04:56
粉末涂料由于具有优越的机械性能和无溶剂特性,日益受到人们的青睐。涂层表面经粉末涂装后,不仅具有高质量的外观,而且具有多种功能特性,

粉末涂料由于具有优越的机械性能和无溶剂特性,日益受到人们的青睐。涂层表面经粉末涂装后,不仅具有高质量的外观,而且具有多种功能特性,其中最重要包括防腐蚀性和电气绝缘性,关键是需要把粉末涂料膜厚控制在规定范围内才能实现这些性能。

对于零部件凹凸或弯曲等形状复杂部位,精确测量其涂层厚度并控制在合格范围内,这无疑对大多数涂装车间是一项技术上的挑战。在粉末涂装期间,影响粉末颗粒运动主要有三种物理效应:静电力、空气动力和重力。其中,静电力和重力对粉末颗粒的影响很容易理解,但物理学与空气动力学的相互作用则是十分复杂。本文将讲述在尖锐边缘处的粉末涂层会产生的不一样情况。


图 1: 主要影响粉末涂料的物理效应包括:a静电力、b重力、c空气动力

即使对产品进行了涂装,尖锐边缘处仍是腐蚀防护和电气绝缘的薄弱部位,因为粉末难以在尖锐边缘的形成足够的膜厚。尖锐边缘通常由钣金件的机械或激光切割而成。如果通过喷砂或打磨使尖锐边缘变圆滑,可以有效解决涂层覆盖不良的问题。当粉末涂料经高温软化时,边缘处的涂层由于表面张力作用出现收缩现象,涂料从边缘处流出。所以,边缘处的膜厚会低于合格膜厚范围的下限值。


图2:激光切割钣金件时会形成尖锐边缘,应在涂装前采取有效手段提高其曲率半径。

现有一项新研究表明,烘干前的边缘涂层厚度低于一般预估膜厚。在研究实验中,同时对不同曲率半径(5mm和0.5mm)的两个基材进行粉末涂装(RAL 2008, smooth finish)。首先将高压喷枪放在距离物体50厘米处,设置电压为50kV和输送空气气流为xx l/min,然后进行粉末涂装。在涂层固化前使用涂魔师coatmaster 3D非接触式成像测厚系统测量涂层厚度,最终获得整个样板的膜厚分布图像。膜厚分布图像面积是25毫米x 25毫米,空间分辨率为100微米。


图3:使用涂魔师coatmaster 3D Atline非接触式成像测厚系统,记录不同曲率半径基材的涂层厚度分布情况

涂魔师coatmaster 3D Atline膜厚分布图(图3)可以看出,其后半部分是曲率半径为5mm基材的涂层厚度分布情况,该边缘区域的涂层厚度大约比侧面的涂层厚度高40%。而另一样情况,边缘的曲率半径为0.5mm的基材,其边缘区域的涂层厚度比周边区域的涂层厚度低20%左右。

圆滑的边缘涂层厚度偏高是因为喷枪和接地零件之间产生静电效应,带电的粉末颗粒沿电场线加速运动,到达边缘处并沉降下来。对于尖锐的边缘涂层厚度偏小,除了受静电力影响之外,空气动力才是主要的影响因素。当空气围绕尖锐边缘流动时,气流会自行分离,形成明显的低压区。根据伯努利效应,这与边缘处流动速度明显加快有关。因此,在尖锐边缘附近的空气动力大于静电力,粉末颗粒不会沉降在基材上。

除了边缘因素,流体力学也是粉末涂料防腐蚀和电气绝缘薄弱部位形成的主要原因。现有一项研究正在进行,目的是优化功能性粉末涂料的流动性,认为涂层材料既可以从边缘流走(classical edge alignment),也可以流向边缘(edge feed)。3D成像涂层厚度测量技术对于涂装材料的发展起着至关重要的作用,能高效协助改善涂装材料在边缘覆盖的难题,从而提高涂装材料的腐蚀防护和电气绝缘性。

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