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用粉末涂料作导电腻子在静电喷涂中的应用

2022-04-06 193

摘要：为满足零件缺陷部位的喷涂需要，尝试了将铝粉加入市售导电腻子粉或胶粘剂，以及在涂料中加入丙酮的方法来填补缺陷部位，结果都不可行。

经过试验发现，用粉末涂料充当腻子层能达到静电喷涂工艺的技术要求。详细介绍了操作步骤与注意事项。
静电喷涂能赋予零部件较好的外观质量和较强的环境适应性，已被涂装行业广泛采用。
它与传统的喷漆工艺相比优势显著：不需底漆，无需稀料；对环境无污染，对人体无毒害；施工简便，不会出现喷漆工艺中常见的流挂现象；涂层的外观质量优异，附着力及机械强度高，耐蚀、耐磨能力强；固化时间短，生产效率高，成本低。
第二零六所雷达的零部件在设计结构和工艺之初虽然已充分考虑到保证基体的表面质量，但由于其非加工面的固有缺陷，加工面的加工缺陷以及转运过程中造成的磕碰、挤压缺陷等原因，涂覆质量受到影响，有填补导电腻子的必要。

1、影响零部件静电喷涂质量的主要因素
影响静电喷涂表面质量的主要因素是零件本身的缺陷，主要体现在划伤、挤压、磕碰、锈蚀、点焊、铆接等形成的凹坑，以及铸件加工后暴露的砂眼、气孔、疏松，机械加工后的细小刀纹等。
如图1所示，这类缺陷有些可以通过抛光、打磨等手段进行修复，有些则只能补刮导电腻子才能填平。而因导电腻子的组成与普通腻子基本相似，它也具有普通腻子的缺点。
主要表现在：附着力较差，粘结强度较低；表面不够细腻，质感差，缺乏韧性；遇潮气后容易粉化；在一定时间后会出现开裂、起皮、脱落等现象。
此外操作人员的技能水平、静电粉末质量、设备性能、操作环境、加工流程等，也会影响零部件静电喷涂的质量。

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2、拟提高导电腻子性能的设想和对比试验
分析上述诸多因素，其中大多数可以通过修改设计、完善工艺、操作培训、改善设施、细致周转等方法得到有效解决，只有导电腻子的性能无法把控。
因其必须具备良好的导电性、优良的附着力、较强的填补性、耐180℃高温等特性，而目前市场上出售的导电腻子难以全面满足现有产品的使用环境和技术要求。
为此笔者在长期的生产实践中进行了一些尝试与比较，希望通过一些技术手段提高导电腻子的性能。

2.1 拟提高导电腻子性能的方法
首先，考虑使用成品导电腻子。但市售的导电腻子往往导电性差，上粉率低，涂覆效果不甚理想。那么能否在导电腻子中加入一定比例的导电材料以提高其导电性和上粉率？
其次，考虑在胶粘剂中加入导电材料，使其同时具有填补性和导电性。但导电材料加入胶粘剂中后，一定会破坏其粘接性，降低其附着力，那么这样做会对涂层造成多大影响？
再有，考虑用丙酮将涂料调成粉浆状，然后用毛笔涂于缺陷处。但问题是涂料内含有一定量的丙酮后，在高温烘烤下是否会起泡？

2.2 试验方案
按以上思路利用现有材料设计了3种填补缺陷的方案：
(1)将市售导电腻子充分搅拌均匀后加入适量(5%~10%)铝粉，以提高其导电性。如果是双组分腻子，需尽快刮涂，必须在凝胶时间内用完，避免增稠结块。
(2) 选用多种耐介质(如油、水、酸、碱等)性能好、与金属粘接力强、低温干燥高温使用、无毒害、价格便宜的胶粘剂加入导电铝粉。
(3) 取工件所用粉末，用丙酮调成粉浆状。不宜太稠，以免留下刷痕；也不宜太稀，否则固体分含量太少而无法填补缺陷。通常控制固含量在60%~65%较为合适，然后用毛笔蘸粉浆涂于缺陷处，于180℃烘箱内烘烤30min左右。

2.3 试验结果
按上述3种方案，在一些有相似表面缺陷的试件上进行静电喷涂对比试验。
试验流程：除油除锈→干燥→涂腻子→干燥→打磨→吹灰→喷粉→固化。
在市售导电腻子中加入少量铝粉后，腻子与工件的附着力明显下降，且固体分含量增加导致刮涂困难，而导电性虽稍有提高却仍不理想。
用胶粘剂配制的腻子虽导电性好，但附着力不佳，且由于加入了一定数量的铝粉，调配出的腻子有粉化现象，容易出现开裂、起泡、脱落等情况。
方案3制成的腻子填补性太差，需经过多次“刷涂→点涂→烘烤→打磨”才能达到填平效果，导电性虽好，但起泡严重。
由此可见3种方案都不甚理想。仔细分析后认为造成涂层缺陷的主要原因是人为地改变了原有材料固有的物理与化学特性，导电效果虽有改善，但附着力、细腻性、可操作性等方面却明显受损，因此只能从物理方面寻求突破。
 
3、用粉末涂料自制导电腻子的方法
回想曾经在对某些喷涂后的工件进行打磨并返工重喷时发现，工件表面原有的细小凹坑、裂纹、砂眼等缺陷往往没有原来明显。会不会是缺陷处不易打磨掉的涂层起到了腻子的作用？于是考虑直接用熔融的粉末涂料充当导电腻子。
 
3.1 大面积砂眼、刀纹等缺陷的填补
为了达到最佳填补效果，必须在缺陷处获得较厚涂层，而预热工件可以大幅增加粉末涂层的厚度，因为粉末的电阻往往是随温度升高而降低。
当工件温度升高后，粉末所带的电荷通过接地放电中和的数量也就相应增加，电荷积累就减少，所以粉层就可吸附得厚一些。
在实际操作中往往会先预热工件，再进行热喷涂，随后用打磨机、抛光机等工具进行打磨，打磨至非缺陷处隐约露出金属底层即可，缺陷处所留下的粉末涂层则起到了腻子的作用。
 
3.2 局部缺陷的填补
工件整体喷涂后打磨量较大，且粉末涂料浪费严重，于是分散的小面积的缺陷宜采取局部填补粉末的办法。首先对工件进行预热，预热温度应高于粉末涂料正常固化温度20~30℃。
使缺陷面水平朝上，立即用挖耳勺之类小器具盛舀粉末，局部堆积在缺陷处，堆积时力求精准，尽量不要超出缺陷范围太多，如图2所示。所用粉末应尽可能与最终要喷涂的粉末同品牌、同型号、同颜色、同批次。
随后立即将工件水平放入烘箱。为避免多次烘烤造成粉末涂料老化，这次烘烤温度应低于粉末涂料正常固化温度20~30℃，烘烤15min左右。
如果是铸件的砂眼，应在烘烤10min左右取出工件，用小刮刀在已经熔融的粉末处轻刮一遍，使其挤入砂眼深处以排出空气，避免在最终整体喷涂后产生气泡，刮涂后再将工件放入烘箱继续固化。
固化完毕，待工件冷却后用240#砂布干法打磨。若缺陷处还不平整，则重复上面的流程一次。由于此法主要适用于点焊、砂眼、划伤等小缺陷的工件，因此通常2次堆粉就足以填平缺陷。

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在不同类型、不同品牌、不同颜色、不同光泽、不同温度等条件下的多次试验表明，采用在预热工件缺陷处局部堆积粉末涂料的方法，其填充性好，对各种细小缺陷均有良好的修复作用，而且在整体喷涂时其导电性良好，吸粉性出色，上粉均匀，不影响最终所得粉末涂膜的性能。
 
4、几个关键工序的操作要点
(1)堆积粉末涂料前的前处理十分重要，即脱脂、除锈应非常彻底，基体表面要清洁干燥。凡是需要堆积粉末涂料的部位均应着重用120#砂布进行打磨，基体表面微现砂纸纹即可，以增加粗糙度，提高堆积处粉末涂料与基体的结合力。
(2)对工件预热可以获得较厚涂膜。预热温度应高于粉末熔融温度，一般高出20~30℃。预热温度过高会导致粉末涂料高分子树脂裂解，造成起泡、发脆等弊病；
预热温度过低，则粉末熔融后得不到良好的流动，导致涂膜不平滑，易产生针孔等缺陷，还不容易达到所需厚度，尤其是工件壁较薄时，因散热较快，需快速堆积。
(3)为获得较厚的腻子层，一般可采取多次堆积，即第一遍堆积后，通过烘熔来固定堆积的疏松粉末。注意第一遍堆积后的烘熔时间应较短，只要粉末涂层颜色、光泽发生变化即可。若烘熔时间太长，粉末涂层熟化后会影响第二遍堆积粉末的结合力。
二次堆积后腻子层的厚度可达1mm，如若打磨后缺陷处还未填平，可堆积第三次甚至更多，要求是使固化后的腻子层略高于缺陷处0.5mm左右。
对于相对较大的缺陷，每次堆积前都需趁热用小刮刀轻刮一遍前次的堆积，目的是使腻子层均匀且较薄地分布，以于打磨。
(4)固化的粉末涂层比一般腻子层坚硬难磨，打磨时宜先粗磨后细磨，细磨为关键。
(5)优良的涂装效果是腻子层与粉末涂层共同作用、完美结合的整体表现，因此在工件最终喷涂完成后应注意工件烘烤的温度和时间。粉末涂料熔融温度高，应缩短烘熔时间，反之则需延长。
一般情况下，温度每升高或降低10℃，时间相应缩短或延长2~3min。烘熔时间对涂膜质量影响很大，若烘熔时间太短，则粉末熔融程度不好，涂膜不密实，也不牢固；若时间太长，则涂膜易变色黄，质量也不好。
如果固化温度太高，且时间偏长，涂层会老化：白色涂层泛黄，一般涂层发脆。而如果固化温度太低且时间太短，则会交联成膜不彻底，涂层附着力差，哑光、无光粉末会表现出光泽太高，附着力差。
因此，针对小面积局部补涂腻子的最终涂层，可采取正常或增温减时的固化方法，而对于大面积喷涂腻子的情况，须采取降温延时的固化方法。
(6)涂层流平、熔化后应立即冷却，以使涂膜固定。冷却一般在常温空气中进行，也可根据涂膜的使用要求采用水冷却法，如弹性工件和频繁工作在冷热交替状态的工件。
水冷是将固化好的工件趁热投入淬水池中冷却(冷却水为自来水)，这样可增强涂层附着力和坚韧性，并可提高平整度和光滑度。
 
5、结语
不仅要具有优良的附着力和防腐能力，而且零部件凹陷变形部位也要恢复原状，才能算是完美的涂层。采用粉末涂料自制导电腻子的方法，操作简单，使用方便，腻子层附着力强，导电性好，喷涂效果理想，较好地解决了细小缺陷的修复问题。
而喷涂后的涂膜不呈花斑，无阴影，不影响产品的装饰性及防护性，可显著提高产品质量、生产效率和经济效益，延长产品使用寿命。该方法已应用在实际工作中，效果良好，满足产品的使用和技术要求，具有较好的前景。
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