鋁型材返噴砂紋粉末層間脫層問題分析

【鋁道網】1前言

鋁型材表面經粉末噴塗後具有很好的防護性能與裝飾性能，經過幾十年的發展，鋁型材噴塗工藝愈發完善，同時噴塗成品率也不斷提高。一般情況下，如果嚴格控制前處理及噴塗工藝，可zui大限度地控制不合格品的產生。但由於原輔材料、擠壓坯料、噴塗設備、生產環境因素以及員工責任心等，鋁型材粉末噴塗一次成品率很難達到100%，其中大部分缺陷是需要返工修復的。據觀察，當砂紋表面出現質量缺陷需要重新返噴時，有時會出現返噴塗層與第 一道砂紋塗層間出現脫層問題，也即常說的「兩張皮」現象，而返噴平光粉末塗料時卻極少出現脫層問題。由於塗層的附著力對塗層的耐候性、耐鹽霧性、耐酸鹼性等有極大的影響，一旦附著力不合格，則塗層失去了對基材的保護作用，因而附著力顯得尤為重要。

2返噴砂紋粉末附著理論

砂紋粉末塗料之所以更易出現層間脫層現象，必有其特殊性。

附著力實質是界面間的作用力，是有機塗層與基體間通過物理和化學作用結合在一起的牢固程度，它主要包括兩方面內容：有機塗層與金屬基體間相互結合的能力及有機塗層分子間交聯的程度，塗層與基體間的結合力越大越好，塗層固化越徹底，分子間的交聯就越穩定，形成的塗層就越緻密牢固。

粉末塗料噴塗時依靠靜電吸附到工件表面後，在固化爐中經過熔融、流平、膠化、固化四個過程。其中，在熔融、流平、膠化三個過程中粉末呈液態特徵，潤溼底材並且滲入到底材的表面孔隙中，從而使粉末與被塗底材緊密結合，形成附著力。

如果在熔融、流平、膠化、三個過程中粉末層不能與底材緊密結合，那麼工件在受到外力作用時會出現塗層與底材分離的現象，即人們常說的「掉塑」、「脫塑」、「塗層脫落」或者「附著力不合格」。考查附著力時潤溼性是必須的標準，只有當塗料有效潤溼底材時才起作用，塗料對底材的潤溼是形成附著力的關鍵。被塗表面的潤溼可從熱力學角度描述，塗料在液態時的表面張力以及底材和固態塗膜的表面能是影響界面連接強度和附著力形成的重要參數。

所以要得到良好的附著力粉末在熔融狀態對底材的潤溼至關重要，而潤溼過程與底材的表面張力，熔體的粘度以及接觸時間有關。由於砂紋粉固化時表現出的高粘度及較短的膠化時間特性，當返噴在低表面能的砂紋表面時對底層砂紋表面的潤溼是恰恰不利的。

有報導稱加入少量的某些含氮基團能大大提高附著力。因為界面上兩相間發生氨-酯交換反應，形成醯胺鍵，但在實際操作中並未得到證實。

R1NH2+RCOOR2→RCONH-R1

附著力通常以圖1所示的幾種形式形成對底材的附著，附著力的大小取決於底材表面和塗料的性質。廣義上，這些結合力可分為二類：主價力和次價力。化學鍵即為主價力，具有比次價力高得多的附著力，次價力是以氫鍵為代表的弱得多的作用力。當粉末塗料噴塗於底材上，在固化的過程中就形成了附著力。在熱固性聚酯粉末塗料界面間可能形成共價鍵，相互反應的化學基團牢牢結合在底材和塗料上。在具有極性基團，如含結晶水的轉化膜（鉻化膜）的底材上更易以化學鍵結合（聚酯粉末中反應性的羧基基團與金屬底材轉化膜界面間形成共價鍵，這一相互反應的化學基團牢牢結合在底材和塗料上，解決聚酯粉末塗層與鋁型材表面附著力的問題），因此這類連結屬於化學鍵結合且zui強耐久性zui佳。而在非極性表面如完全固化交聯的聚酯粉末塗層上則具有較少的化學鍵，因此返噴塗層就不會與基層塗層發生化學交聯反應，只能進行物理附著或少量氫鍵結合。因此在砂紋表面返噴砂紋粉末更適合於機械連接理論解釋。

圖1常見的幾種附著結合方式

機械連接理論

當熔融的粉末與含有孔、洞的砂紋表面接觸時，熔體能夠滲透進去並起到機械定錨作用。雖然砂紋的表面粗糙化能提高附著力，但必須注意避免深而尖的塗層形狀（砂紋光澤過低，表面過於乾燥的砂紙狀塗層），這種粗糙化的砂紋塗層會出現透底現象，而且，深而尖的隆起會形成不均一的塗層，從而生成應力集中點，降低附著力。當剝離返噴砂紋塗層時，可以看到返噴砂紋塗層的背面是光滑的，也就是說返噴的砂紋粉末熔融時並未真正地滲透進第 一層粗糙的砂面塗層的縫隙中。若不能完全滲入，則塗料與表面的接觸會比相應的幾何面積還小，並且在塗料和底材間留有空隙，空隙中駐留的氣泡會導致水汽的聚積，zui終導致附著力的損失。這與砂紋粉末的特性有關：首先第 一層砂紋塗層固化後表面張力較低，當塗層過度固化時表面張力變得更低；其次由於砂紋粉熔融時的粘度較大，而且返噴時有第 一層塗層的「熱阻隔」作用，使得真實的工件受熱溫度較第 一次噴塗時低，在較低溫度下熔體粘度更難降低，高粘度低流動性的砂紋粉末熔體在較低的「工件溫度」下難以滲透進第 一塗層的表面，隨著粘度和塗層剛性的增加的同時也逐漸形成會生成大量的應力，並殘留於塗層中，因此塗層間的機械連接力較低，在受到外力時便產生脫層現象。

3返噴時層間脫層原因分析

通過以上理論再結合砂紋粉末的特性可以總結返噴砂紋粉時可能產生的脫層原因：

3.1聚酯樹脂含量偏低

如果聚酯樹脂含量低（填料量過大），有效成膜物質少，固化過程中會導致塗層交聯不完全，固化後塗層會發脆，遇到外力塗層就會脫落。

3.2低檔次的聚酯樹脂

聚酯樹脂由縮聚反應逐步聚合而成。嚴格控制縮聚工藝（控制升溫速率和縮聚反應後期的真空度）可得到分子量呈正態分布的質量上佳的產品，若縮聚工藝控制不當（升溫速率太快）尤其是縮聚後期真空度達不到，則得到的聚酯樹脂分子量分布寬，意味著樹脂中存在大量的不耐熱的低分子量縮聚物，在較高的固化溫度下，這些低分子量縮聚物會從塗層內分解揮發出來而浮於塗層的表面，形成低分子「油膜」，嚴重影響了附著力。

3.3添加劑不合適或用量不當

砂紋粉末塗料配方中要添加砂紋劑以及為提高耐刮傷性能而添加一定量的蠟（通常是聚乙烯蠟），砂紋劑的主要成份是聚四氟乙烯，也就是我們常見的特氟龍不粘鍋塗料的主要成份，聚四氟乙烯和聚乙烯蠟的加入都會降低塗層的表面張力，適量的添加量對附著力不會產生較大的影響，但如果使用過量，則會極大地降低砂紋塗層的表面張力，形成一個類似的不粘的低表面能的表面，使塗料對其表面的潤溼效果變差，熔融的返噴粉末難以完全滲透的底塗層的孔隙中，且在兩層塗層間留有空隙，使返噴在其上的砂紋塗層很難與其牢固結合，zui終導致塗層間附著力不合格。

3.4噴塗砂紋粉末時摻入了過多回收粉或過期粉

所有鋁型材客戶都會存有大量的庫齡較長的庫存粉以及回收粉，為了消耗部分粉末庫存以及降低成本，鋁型材噴塗廠家通常都將庫存較長時間的相近顏色的平光粉或砂紋粉按比例混合到新粉中噴塗，由於混入的這些庫存粉或回收粉很可能已產生預交聯反應甚至已經過期，使得噴塗的砂紋粉中各種材料的比例已經偏離了正常新粉配方，兩者混合使用時，會使塗層的潤溼效果變差，塗料不能完全滲透到底層砂紋塗層的孔隙中，在返噴塗層與底塗層間留有空隙，zui終導附著力不合格。過期粉中由於聚酯樹脂與固化劑（TGIC或HAA）已部分預交聯，而使得塗層固化的有效反應點降低（官能度降低），這也將嚴重影響塗層的附著力。

3.5固化溫度過低或時間過短

固化溫度低或時間短，嚴重影響聚酯樹脂與固化劑（TGIC或HAA）之間的交聯反應，固化後塗層柔韌性差且附著力變差。

3.6固化溫度過高或時間過長

當塗料在比原定溫度高得多的溫度下固化或烘烤時間延長時附著力變差。主要原因是在這兩種情況下，部分塗料發生碳化，嚴重影響塗料分子之間的交聯。通常鋁型材用的聚酯粉末塗料的固化溫度為180℃（HAA固化）或200℃（TGIC固化），時間為15——20分鐘。過度交聯的塗層會形成低表面能的表面，返噴砂紋塗層受熱形成的高粘度熔體難以潤溼其低表面能的表面。

砂紋粉末中反應性羧基基團傾向於和含有類似基團的底材更牢固地附著，如果第 一塗層適當固化，則第 一塗層的剩餘少量羧基會與第二道塗層內的固化劑TGIC或HAA反應，有利於將返噴塗層與底塗層粘合在一起。當第 一塗層過烘烤（烘烤時間過長和/或固化溫度過高）時，第 一塗層幾乎無羧基剩餘，返噴塗層的附著力顯著減弱，有時甚至無附著力。

3.7採用直排燃氣爐

直排燃氣爐直接將燃燒產物排放於固化爐內，若使用了不純淨的燃氣，未充分燃燒時形成的小分子碳化產物會附著於固化塗層的表面，形成「油膜」，返噴時若不除去，將直接造成返噴塗層附著失敗。另外某些間接交換燃氣爐若維護不當（如發生燃氣洩露），也可能使得燃燒副產物附著於塗層表面造成後期返噴時的附著力喪失。

3.8塗料之間的配套性

不同廠家生產的砂紋粉末塗料，由於使用的樹脂的反應性及粘度等指標不同，或同一廠家不同批次的砂紋塗料，由於配方的差異（可能某些批次要消耗庫存粉、待檢粉甚至回收粉）都可能存在配套性的問題。若返噴時使用了不同生產廠商的砂紋粉末或某個差異較大的批次的粉末，則極有可能在返噴時出現脫層現象。預防措施是，不要輕易更換塗料供應廠家或砂紋粉末進廠前或使用前先進行小批次試噴檢測返噴的附著力。

3.9返噴塗層偏厚

當返噴塗層偏厚時，隨著粘度和塗層剛性的增加以及對底材的附著力的逐漸形成的同時也伴隨內聚力增加，並殘留於塗層中。塗層之間固化後各處的應力相差較大，受到外力作用時，塗層自然會脫落。

4返噴砂紋粉的正確操作工藝

鋁型材用聚酯粉末塗料是熱固性粉末塗料，由於噴塗返工料時兩次噴塗塗層間無化學鍵結合而僅僅靠機械力附著而容易出現脫層現象，根據噴塗車間實際生產經驗，返噴時應採用正確的理措施及質量檢驗以確保返噴塗層的附著力。

圖2型材返噴砂紋粉末生產工藝流程圖

圖2是返噴砂紋粉的生產工藝流程圖，型材固化後因表面質量缺陷需返噴的，返噴前首先要打磨返工料以磨平表面塗層缺陷，不僅增大塗層表面的粗糙度（即增大與返噴塗層的接觸面積），而且可以將第 一砂紋塗層表面的油膜或蠟膜打磨掉以改善塗層的表面張力，進而提高返噴塗層與第 一塗層的層間附著力。

打磨後應使用潔淨擦布清理，儘量使用壓縮空氣將基層塗層表面吹乾淨，禁止使用含有油汙的擦布擦拭，將打磨合格的返工料用酒精擦拭乾淨並晾乾後上料返噴。打磨可以提高返噴成功率和確保塗層的層間附著力。

返噴料噴塗及固化工序與鉻化鋁材料正常噴塗生產工藝要求基本一致，但是噴塗電壓應適當降低，一般設定為30KV-60KV，返噴塗層的厚度適當控制（一般≤40μm）。

下料後，檢查返噴料的膜厚及劃格實驗檢查層間附著力，也可以通過抽檢鋸切料頭做水煮實驗檢測塗層附著力。

5結束語

附著力極大地影響鋁型材塗層的的使用壽命，一旦附著力出了問題，不能修補也不能降低檔次使用，只能報廢或脫塑後重新處理。因此在鋁型材靜電粉末塗裝中，必須嚴格控制工藝關鍵因素：前處理質量、噴房工藝參數、固化溫度及時間，盡zui大可能減少噴塗不合格品，防患於未然。若出現缺陷必須返噴時，首先是分析塗層缺陷產生的原因，並制定相應措施，避免類似問題的再次出現。返噴時要保證打磨的質量以及以及正確的擦拭方式方法，確保返噴後塗層的層間附著力合格。

作者:匿名20804次瀏覽