PVD底粉生產(chǎn)工藝和品質(zhì)實(shí)現(xiàn)的研究

日期：2025-05-18 00:35

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摘要：摘要本文通過(guò)對(duì)底粉材料特性研究、生產(chǎn)工藝中的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境的改造、生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)設(shè)置等研究，使得介質(zhì)粉產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)標(biāo)而且穩(wěn)定。粉末涂料作為底粉取代介質(zhì)漆，成功應(yīng)用于真空電鍍介質(zhì)層。此工藝對(duì)提升介質(zhì)粉的品質(zhì)、推廣在真空電鍍介質(zhì)層上的應(yīng)用，具有巨大推動(dòng)作用。前言 PVD(PhysicalVaporDeposition，PVD)即物理/氣相沉積技術(shù)，由于其具有材料適應(yīng)性好、工藝溫度低、成膜速度快、鍍膜組織致密、與基體結(jié)合力強(qiáng)，相對(duì)于傳統(tǒng)電鍍工藝...

摘要

本文通過(guò)對(duì)底粉材料特性研究、生產(chǎn)工藝中的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境的改造、生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)設(shè)置等研究，使得介質(zhì)粉產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)標(biāo)而且穩(wěn)定。

粉末涂料作為底粉取代介質(zhì)漆，成功應(yīng)用于真空電鍍介質(zhì)層。此工藝對(duì)提升介質(zhì)粉的品質(zhì)、推廣在真空電鍍介質(zhì)層上的應(yīng)用，具有巨大推動(dòng)作用。

前言

PVD(PhysicalVaporDeposition，PVD)即物理/氣相沉積技術(shù)，由于其具有材料適應(yīng)性好、工藝溫度低、成膜速度快、鍍膜組織致密、與基體結(jié)合力強(qiáng)，相對(duì)于傳統(tǒng)電鍍工藝由于不再使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及氰化物、鉻酐等有毒有害化學(xué)品，對(duì)環(huán)境影響小、對(duì)比傳統(tǒng)電鍍工藝純物理、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
PVD鍍膜技術(shù)主要有真空蒸鍍、濺鍍、離子鍍?nèi)N，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、通訊、汽車等領(lǐng)域，真空電鍍已經(jīng)成環(huán)保新趨勢(shì)。在汽車工業(yè)領(lǐng)域，真空電鍍技術(shù)替代傳統(tǒng)電鍍工藝直接應(yīng)用于輪轂、車大燈、霧燈、車標(biāo)、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(huì)存在光澤不穩(wěn)定、附著力不合格、耐鹽霧性弱、耐水性差、外觀缺陷等問(wèn)題。所以在這些金屬部件和電鍍層之間需要有一層介質(zhì)層進(jìn)行承接，以滿足真空電鍍鍍膜對(duì)底層的光澤、飽滿度、平整性要求和各項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)要求。

目前使用的介質(zhì)層主要有溶劑型介質(zhì)漆和固態(tài)介質(zhì)粉，溶劑型介質(zhì)漆施工簡(jiǎn)單，在汽車售后部件廣泛應(yīng)用，通常的生產(chǎn)工藝是“底材+溶劑型底漆+溶劑型介質(zhì)漆+電鍍層+溶劑型清漆"。

但其產(chǎn)品中VOC的排放不適應(yīng)越來(lái)越嚴(yán)格的國(guó)家環(huán)保政策、污染環(huán)境，而且溶劑型介質(zhì)漆作為介質(zhì)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(dá)到現(xiàn)行汽車部件性能標(biāo)準(zhǔn)的性能要求，各大汽車金屬部件真空電鍍廠家紛紛轉(zhuǎn)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(zhì)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(yōu)點(diǎn)。這種粉末涂料被稱為介質(zhì)粉，使用介質(zhì)粉的真空電鍍工藝是“金屬底材+底粉+介質(zhì)粉+電鍍層+透明粉"，介質(zhì)粉作為介質(zhì)層的真空電鍍件，更容易滿足現(xiàn)行汽車部件性能標(biāo)準(zhǔn)，介質(zhì)粉在汽車領(lǐng)域大批量地采用，市場(chǎng)份額越來(lái)越大。但是介質(zhì)粉的生產(chǎn)制造比較困難，因真空電鍍對(duì)介質(zhì)層涂膜要求零缺陷，對(duì)涂膜縮孔、針孔、顆粒等缺陷零容忍、對(duì)產(chǎn)品批次的涂膜光澤、飽滿度要求高。所以介質(zhì)粉的生產(chǎn)工藝相較于普通粉末涂料的生產(chǎn)，存在著生產(chǎn)難度大、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品成品率低的問(wèn)題。

本研究在現(xiàn)行介質(zhì)粉生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，研究了介質(zhì)粉生產(chǎn)工藝升級(jí)改善，通過(guò)對(duì)PVD底粉材料特性研究、生產(chǎn)工藝中的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境的改造、生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)設(shè)置等研究，使得介質(zhì)粉的生產(chǎn)難度降低、生產(chǎn)效率提高、成品率高，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定。

1、介質(zhì)粉的基礎(chǔ)配方和PVD真空電鍍工藝簡(jiǎn)介

1.1 介質(zhì)粉的基礎(chǔ)配方（見(jiàn)表1）

1.2 介質(zhì)粉的一般技術(shù)指標(biāo)

1.2.1 PVD真空電鍍工藝簡(jiǎn)介
粉末涂料作為真空電鍍介質(zhì)層，通常的電鍍工藝是“金屬底材+底粉+介質(zhì)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(zhì)粉的涂裝工藝噴涂介質(zhì)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(nèi)，主要使用蒸鍍或?yàn)R鍍的方法將所選定材質(zhì)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(hù)層。粉末涂層作為介質(zhì)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(diǎn)，以使電鍍層達(dá)到無(wú)霧影的鏡面效果，介質(zhì)層的涂膜基本參數(shù)如下表2：

1.2.2 粉末涂料
不含機(jī)械雜質(zhì)，松散不結(jié)團(tuán)（目測(cè)），粉末涂料密度：1.1±0.5g/ml，含水率：≤1%。

1.2.3 涂膜（技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2）

2、實(shí)驗(yàn)

2.1 原料及設(shè)備
陶氏環(huán)氧樹(shù)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(jìn)口；21.1 P 82雙螺桿擠出機(jī)：科倍隆機(jī)械有限公司，ACM2PSR磨粉機(jī)：HOSOKAWA MIKROPUL GmbH、混料機(jī)。

2.2 生產(chǎn)工藝流程及介質(zhì)粉制備
介質(zhì)粉生產(chǎn)同其他粉末涂料的生產(chǎn)流程類似，經(jīng)過(guò)以下工序：配料→預(yù)混合→熔融擠出→壓片→粉碎→篩分。（見(jiàn)圖1）按照配方（表1）稱取各個(gè)組份，預(yù)混后通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行熔融混合擠出，使用冷卻輥筒壓片，隨后用粉碎機(jī)進(jìn)行研磨粉碎，*后篩分得到粉末。

2.3 品質(zhì)檢測(cè)
涂料成品粒徑達(dá)標(biāo)后，通過(guò)噴板固化后，經(jīng)一系列的測(cè)試，評(píng)價(jià)其涂料品質(zhì)的好壞。因作為真空電鍍介質(zhì)層，介質(zhì)層涂膜需要做到外觀零缺陷，其中包括膜厚、顆粒、粉點(diǎn)、縮孔、針孔、光澤、流平等檢測(cè)，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(yàn)的結(jié)果。

2.3.1 檢測(cè)環(huán)境
介質(zhì)層涂膜需要做到外觀零缺陷，檢測(cè)環(huán)境的誤判干擾因素需要排除，主要包括纖維類顆粒、粉點(diǎn)、靜電孔等，主要的做法是封閉的噴涂檢驗(yàn)室，噴槍電壓、電流、出粉量等參數(shù)不宜過(guò)大。
2.3.2 涂膜膜厚
測(cè)試使用膜厚儀進(jìn)行測(cè)定。
2.3.3 涂膜外觀
檢測(cè)在膜厚符合的情況下，目測(cè)涂膜，涂膜上不能存在顆粒、粉點(diǎn)、縮孔、針孔等缺陷。
2.3.4 涂膜光澤、附著力、彎曲、流平等檢測(cè)
在膜厚符合的情況下，使用光澤儀、百格儀、軸棒彎曲儀測(cè)定，流平檢測(cè)需要與比對(duì)板進(jìn)行比對(duì)判定。
2.3.5 兼容測(cè)試
介質(zhì)粉需要測(cè)試兼容，測(cè)試粉末按50：50比例混合后，通過(guò)噴板固化，使用光澤儀和目測(cè)，判定其不能有失光和發(fā)霧情況，需要對(duì)每批首、中、尾箱號(hào)，多批次之間進(jìn)行兼容檢測(cè)。
2.3.6 涂膜容易出現(xiàn)的問(wèn)題缺陷
介質(zhì)粉固化后，涂膜出現(xiàn)概率比較大的缺陷是顆粒、DOI值和光澤偏低、流平不達(dá)標(biāo)、縮孔、針孔等缺陷。

3、結(jié)果與討論

3.1 材料特征對(duì)生產(chǎn)難度和品質(zhì)的影響

由于介質(zhì)粉需要流平(R)≥9的流平性，光澤≥110％，而且涂膜表面不能出現(xiàn)縮孔、顆粒、針孔等缺陷，就要求樹(shù)脂與固化劑分子基團(tuán)相容性極好，基本特征接近，以便于有良好的機(jī)械加工性能。樹(shù)脂與固化劑充分均勻混合，以達(dá)到整個(gè)涂膜在固化過(guò)程中反應(yīng)的均一性，為產(chǎn)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(huán)氧樹(shù)脂和酚類固化劑的軟化點(diǎn)、黏度等基本特征有一定的差異性，導(dǎo)致一般效果的擠出混煉達(dá)不到介質(zhì)粉涂膜高要求。樹(shù)脂及固化劑的基本特征如表4所示，采用固定的生產(chǎn)工藝，其組合得到的測(cè)試結(jié)果如表5所示。

2型環(huán)氧+固化劑1組合可以得到*好的結(jié)果，由此可見(jiàn)環(huán)氧和固化劑的黏度對(duì)*終的產(chǎn)品品質(zhì)有決定性作用，選擇2型環(huán)氧和適當(dāng)黏度的酚醛固化劑可以得到合格的品質(zhì)。
3.2 生產(chǎn)環(huán)境對(duì)粉末品質(zhì)的影響
介質(zhì)粉極易受外界環(huán)境的污染，造成涂膜容易出現(xiàn)縮孔、顆粒等缺陷，所以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求非常高，采取建立獨(dú)立生產(chǎn)車間、生產(chǎn)環(huán)境空氣隔離過(guò)濾，空氣顆粒潔凈度保持50萬(wàn)級(jí)。
3.3 擠出機(jī)螺桿對(duì)涂膜品質(zhì)的影響
擠出機(jī)螺桿由喂料段、熔融、均化段組成（見(jiàn)圖2），擠出機(jī)混煉效果好壞，將影響產(chǎn)品光澤和流平；

擠出機(jī)的功率，螺桿的長(zhǎng)徑比、橫截面積、螺紋深度、轉(zhuǎn)速等對(duì)物料的分散均勻有著影響；

研究測(cè)試選用了長(zhǎng)涇比為24：1的螺桿，采用不同規(guī)格，不同擠出機(jī)螺桿對(duì)涂膜的光澤、流平影響結(jié)果見(jiàn)表6。

研究表明，增加螺桿長(zhǎng)度、螺紋深度，對(duì)介質(zhì)粉的外觀改良可以達(dá)到目的；采用二次重復(fù)擠出，可以解決批次之間的兼容性問(wèn)題。

4、結(jié)論

通過(guò)對(duì)原材料的特性進(jìn)行分析，所用原料軟化點(diǎn)、黏度等差異比較大，介質(zhì)粉涂膜要求的零缺陷，造成介質(zhì)粉的生產(chǎn)工藝相較于普通粉末涂料，存在著生產(chǎn)難度大、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品成品率低的問(wèn)題。研究通過(guò)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度保證，擠出機(jī)螺桿的選擇，二次擠出，保證充分均一分散混合，粉末中雜質(zhì)的杜絕。檢驗(yàn)方式和檢驗(yàn)環(huán)境能夠保證品質(zhì)問(wèn)題能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和反饋，使得介質(zhì)粉的品質(zhì)得到提升，獲得更加高效的生產(chǎn)率，提高了成品率，保證了外觀合格和品質(zhì)穩(wěn)定性。

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