1 前言

    粉末噴涂作為鋁型材的表面處理方式之一，由于其4E特性以及表面效果多樣化，深受消費者喜愛。隨著生活水平提高以及市場多樣化需求，金屬粉末噴涂型材的使用更加廣泛，在噴涂型材中占據的比例越來越高。但是，由于金屬粉末種類、規格、金屬粉品質、粉末質量各不相同，再加上型材生產廠家所用噴涂設備有一定區別，金屬粉末施工效果并不十分理想，其主要問題是表面金屬效果與標準之間的差異，批次生產的色差以及施工不穩定。

    本文從金屬粉末的制備以及噴涂施工工藝角度出發，根據生產現場實際經驗分析了金屬粉末噴涂的施工要點，以供行業專家參考。

    2 金屬粉末噴涂機理

    眾所周知，靜電粉末噴涂過程中，粉末涂料流化過后通過氣流輸送至噴槍，噴槍通過高壓靜電發生器，在噴頭的電極針產生電暈放電，在電極附近產生了密集的負電荷，粉末從槍頭噴出時，捕獲電荷成為帶電粉末，在氣流、電場以及自身重力的作用下，飛向接地工件，并吸附在型材表面上。金屬粉末靜電噴涂與常規粉末靜電噴涂原理一致，但是由于金屬粉的特殊性，其噴涂機理需要作進一步說明。

    假設噴槍是處于水平狀態的管道，粉末顆粒從噴槍中噴出初始階段受到壓縮氣傳送力、靜電力作用，我們可以將其視為多顆粒系統的氣力輸送狀態以及電場力的疊加，根據Barth推導公式，外加電場多顆粒傳輸系統的動力方程為：

    其中，ρ指的是輸送氣體密度，ρP指的是粉末顆粒密度，ε指空隙度，λ*Z指的是碰撞壓力損失系數，fL為fanning摩擦系數，c指管道內顆粒速度，νε指的是氣體實際速度，Ex指實際電場強度。

    由上式可以看出，粉末噴出動力狀態與空氣輸送密度ρ（流速）、粉末顆粒密度ρP（粒徑）、空隙度ε（粉量）電場強度Ex以及粉末帶電量q密切相關，而與碰撞力、摩擦力以及渦流曳力等阻力可以忽略不計。粉末噴出過程中，空氣輸送密度、空隙度、電場強度屬于外界因素，因此，金屬粉與普通粉的區別就在于粉末顆粒密度（ρP）、帶電量（q）的區別。

    普通粉末經過粉碎、過篩后，其顆粒接近球體形狀，而金屬粉并非都是球狀顆粒，為了獲得涂層表面閃光效果，部分鋁銀粉、銅金粉以及珠光云母粉呈片狀顆粒。這類顆粒在噴槍與型材之間的運動過程中，其重力、渦流干擾力影響十分明顯，其流動阻力公式為：

    AP表示顆粒在流體流動方向上的投影面積，ξ表示曳力系數，與顆粒運動的雷諾系數有關。片狀金屬粉在噴槍與型材之間飄忽不定，AP值也始終處于變化過程中，當金屬粉末粒徑較小的時候，阻力相對減弱。

    其次，鋁銀粉、銅金粉以及云母粉的密度不一致，其中鋁銀粉密度較小，銅金粉密度較大，由于重力的作用，如果以干混的方式加入涂料中則噴粉過程中容易分離，處于bonding狀態的金屬粉則能夠與底粉保持一致性。

    另外，鋁銀粉、銅金粉以及云母粉的導電性差異十分明顯，大多數未經過處理的云母粉幾乎處于絕緣狀態，而鋁銀粉、銅金粉導電性非常好，因此噴涂過程中的差異也就非常明顯。

    3 金屬粉末涂料制備

    金屬粉末涂料生產包括熔融擠出法、干混法以及bonding技術。熔融擠出法與傳統的粉末制備工藝一致，只是在原料中加入了金屬顏料，然后高速預分散、熔融擠出、壓片破碎、磨粉篩分而制成成品，這種方法工藝雖然簡單，金屬粉與基粉得到均勻混合，但是生產工藝存在高溫基礎以及高溫剪切，容易造成金屬表面氧化、金屬粒片破碎變形，噴涂過后的型材往往得不到理想的金屬效果。

    干混法是將金屬粉加入預先制備好的基粉中，通過高速混合制成成品，這種方法的優點是金屬粉末不容易被破壞，噴涂后的金屬效果充分發揮，其明顯不足是金屬粉與基粉的分離現象很明顯，尤其在噴涂過程中由于重力、形狀、帶電量與基粉顆粒不一致，造成型材表面色差、金屬效果不一致，同時容易對粉泵、文丘管、噴槍電極針、扁平槍嘴造成磨損。

    bonding技術是在干混法的基礎上改進而來的，金屬粉與基粉混合均勻后，在惰性氣體保護下，將溫度均勻穩定的升到樹脂軟化點，使基粉顆粒與金屬粉顆粒相互粘附，甚至部分包裹金屬粒片，從而使金屬粉與基粉物化性能趨于一致，這就使噴涂過程中，金屬粉能夠良好的分散在型材表面，達到較好的金屬效果。干混法與bonding技術比較，干混的金屬粉添加量只能控制在7%以下，而bonding技術可以添加到20%，隨著其工藝的成熟，bonding技術的應用將更加廣泛。

    為了達到用戶要求的表面效果，金屬粉的材質、規格、品質都必須通過嚴謹的挑選。目前，全球顏料工廠較多，提供的金屬粉種類各異。較為常見的分為鋁銀粉、銅金粉以及珠光云母粉。其中鋁銀粉分為浮型和非浮型，浮型鋁銀粉容易漂浮到涂層表面，形成一層金屬表面，但是耐化學品和耐候性很差；非浮型浮的傾向性相對較弱，但是能夠與基粉良好的結合，涂層的理化性能較好，而且能夠達到較好的金屬效應，非浮型鋁粉通常經過表面處理，常見的有TiO2包覆處理，溶膠包覆處理以及有機聚合物處理。

    銅金粉的組成主要是銅或銅鋅合金，為了達到較好的銅金效果，銅粉顆粒表面也往往覆蓋一層保護膜，而保護膜的厚度影響了其光的反射衍射，導致其表面呈現金色、紅色、古銅或者青金顏色。云母粉橫斷面類似于珍珠的結構，人工云母粉根據這一原理，在云母芯片上包裹一層具有高折射指數的金屬氧化物，如，TiO2、Fe2O3等，高折光指數的金屬氧化物和低折光指數的云母芯片并行排列，從而產生了可視的彩虹顏色，如果控制金屬氧化物的厚度或者配比，云母粉的顏色更加豐富。

    4 金屬粉施工工藝

    4.1噴涂工藝參數

表格1 粉末噴涂工藝參數

    根據生產現場實際操作經驗，金屬粉末噴涂與常規粉末噴涂工藝大致相同，但是為了達到較為理想的金屬效果，還需要根據金屬粉的種類、金屬粉粒徑來調整槍距、電壓、粉量、霧化氣壓等工藝參數。

    由于回收粉的循環使用，金屬效果出現了梯次波動的現象；而且固化工藝對部分金屬粉影響也十分明顯。為了研究這些因素的影響，通過正交試驗，根據金屬粉種類、粒徑分布、槍距、電壓、粉量、霧化氣壓、回收粉添加、固化工藝8個因素來對比噴涂樣板表面金屬效果與標準色板的一致性。

    4.2試驗方法

    按照粉末種類分為干混粉及bonding粉，細分為鋁銀粉、銅金粉、云母粉三大類，分別取樣5種，測試粒徑分布后，依次調節槍距、電壓、霧化氣壓、粉量、回收粉添加、固化工藝6個因素，每種測試3塊試驗板，用以與標準板對比試驗結果。

    使用低倍鏡觀察噴涂表面單位面積內金屬閃光數目，金屬效果一致性即試驗板金屬閃光數目與標準板的比值，最后目視對比驗證數據的準確性，得出一系列影響金屬效果的工藝因素。

    4.3槍距對金屬效果的影響

    取干混鋁粉、銅金粉、云母粉分別按照槍距250～400mm進行調節，電壓設定為80kv，粉量、霧化氣壓、不添加回收粉、固化工藝固定不變，得出槍距與金屬粉效果的關系。

    由圖1可以看出，金屬粉施工過程中，金屬粉效果隨槍距越遠，效果越差。其中鋁粉在槍距處于250mm的時候金屬效果與標準板十分接近，效果最佳；而銅金粉由于其更好的帶電效果以及自身重力作用下，在槍距較短時，金屬效果比標準板更好，但是試驗板上出現了反電離現象，因此槍距太近表面綜合效果并不理想；而云母粉由于噴涂時被涂層覆蓋，閃光效果相對較差。

    4.4電壓對金屬效果的影響

    取干混鋁粉、銅金粉、云母粉分別按照電壓40～100kv進行調節，槍距、粉量、霧化氣壓、不添加回收粉、固化工藝固定不變，得出噴涂電壓與金屬粉效果的關系。

    由圖2可以看出，由于鋁粉的導電性較銅金粉、云母粉更好，當電壓很低時，鋁粉金屬效果更明顯，達到標準板金屬效果所需電壓也最低；隨著電壓的增加，金屬效果與標準板的差異越來越小，當電壓超過80kv時，鋁粉和銅金粉試驗板上出現反電離現象，粉末涂層被擊穿，表面金屬效果反而不理想，因鋁粉帶電性更好，受到的反電離現象更明顯，金屬效果亦下降更快；云母粉其導電性很弱加之自身重力影響，金屬效果隨著電壓繼續增加而越來越明顯，與標準板之間的差異逐漸變小。

    4.5霧化氣壓對金屬效果的影響

    取干混鋁粉、銅金粉、云母粉分別按照霧化氣壓0.05～0.20MPa進行調節，槍距、電壓、粉量、不添加回收粉、固化工藝固定不變，得出霧化氣壓與金屬粉效果的關系。

    由圖3可以看出，保證其他施工參數不變的條件下，當霧化氣壓在0.05MPa時，金屬效果最佳，隨著霧化氣壓的增加，金屬效果反而下降。由于受重力（云母粉＞銅金粉＞鋁粉）影響，重力越大，粉末下降速度越快，金屬效果越差。

    4.6噴粉量對金屬效果的影響

    噴粉量的大小決定了涂層的厚度，在保證其他施工參數不變的條件下，涂層表面效果受型材的斷面、掛料的方式和密度、噴涂鏈速的快慢、設備的導電性影響。金屬粉施工和普通粉的區別是，隨著噴粉量的增加，粉末中顏料被型材吸附的速度大于樹脂，表面金屬效果被樹脂覆蓋，與標準板差異明顯；另外，部分粒徑小的金屬顏料受電場力較弱，噴涂時易邊緣化，影響涂層質量。

    4.7回收粉對金屬效果的影響

    金屬粉施工過程中，回收粉的合理使用至關重要，直接影響到涂層的金屬效果，并且關系到生產成本（粉末利用率）。回收粉添加比例不一致，將會引起批次色差、金屬粉含量少等質量缺陷，尤其是干混金屬粉，顏料在回收系統中易被粉碎，單位重量內顏料比重減少、粒徑變小、帶電量減弱，加之批次粉末顏料比重可能不一致，涂層金屬效果不理想。

    一般情況下，回收粉與新粉的摻加比例為1：（4～6），且盡量邊產生邊回收使用，不能直接使用的要及時打板確認合格后回收，部分質量差的金屬粉由施工方退回生產廠家返工合格后才能使用，對顏色鮮艷的金屬粉，回收粉比例應適當降低。

    4.8固化工藝對金屬效果的影響

    金屬粉的固化工藝與普通粉基本一致，只有高光澤和紋理類例外。涂膜固化時，必須保證型材充分固化，事先設定好固化爐的最高固化溫度，掌握固化爐的加熱速度，型材表面的升溫速度及保持時間，這些參數都直接影響涂膜的金屬色彩效果。如高光澤、錘紋、砂紋類金屬粉要求固化升溫速度快、固化溫度高一些，而紋理類金屬粉固化溫度升溫速度快金屬紋理會變小變細，升溫速度慢則會變大變粗，所以嚴格穩定的固化工藝是金屬粉施工十分必要的。

    5 結束語

    金屬粉因含有金屬顏料而導致靜電噴涂施工時與普通粉有較大差異，涂層質量和工藝穩定性很難保證。金屬粉末制備工藝和型材廠家靜電噴涂設備不盡相同，其施工參數和金屬效果有很大差異；通過對金屬粉靜電噴涂機理進一步梳理，得出金屬粉與普通粉的區別在于粉末顆粒密度（ρP）、帶電量（q）的區別；結合施工現場經驗和正交試驗數據，總結出影響金屬粉施工效果的8大因素，為各類金屬粉施工提供了依據。點擊原文閱讀查看往期歷史

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