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理想的线材流化床涂层技术 |
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作者：德固赛集团高性能聚合物公司 |
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流化床涂层技术以其高效、经济，并能形成无气孔的相对致密层的特点，正被越来越广泛的应用于金属线材保护涂层领域。该技术可用于搁板、护栅、支架等各项医学技术用品及汽车零部件的制造，防止产品被腐蚀或遭受机械损伤，对产品起到有效的保护作用。
常用涂层粉有PVC、聚烯烃（PE、PP和PE/PP混合物）、PA11和PA12以及硬质塑料粉涂层。在过去的几年里，德国杜赛尔多夫的德固赛集团生产的热塑聚酰胺12（PA12）系列产品（如VESTOSINT?粉末）的性能日趋完善。PA12在所有的聚酰胺中吸水率最低，且熔点也最低（176℃），这一特性能够降低涂层工序的能源成本。此种粉末具有更好的熔流性，所形成的涂层表面光滑而富有弹性，能够防腐蚀和沸水损伤。相比之下，聚烯烃或硬质塑料粉末涂层要么无法达到所需的防护效果，要么在制备工艺上难以令人满意。
图1：VESTOSINT(r)涂层粉有1，500多种配色可供选择，
包括金属效果色。
粉末
除了化学成分以外，涂层粉还具有以下重要的物理属性（不同程度地受生产过程的影响）：
● 熔点：决定加工温度；
● 密度：对于给定的涂层厚度，密度越低，生产越经济；
● 相对分子量及其分布情况：通过控制相对分子量，可调节熔体粘度及其流动性，进而影响裂断伸长率和边缘覆盖度；
● 颗粒形状和粒度分布：影响流化性及流动性。粉末颗粒越接近球形，烧结粉末的流化性就越好，对诸如线材交联点之类关键部位的覆盖也就更为出色。此外，流化粉末应仅含少量精细颗粒，不含粗颗粒，以避免涂层瑕疵及粉末池中粉尘过量（图2）；
图2： 颗粒的形状和粒度分布会影响熔体的流化性和流动性
● 着色：在生产过程中添加不同的颜料，即可获得任何可以想像的、具有特殊效果的颜色，比如金属色。色素是否充分沉积以及均匀扩散直接影响产品的着色效果。严格依照技术参数生产对工厂的加工能力提出了很高的要求，工厂惟有实施高效的工作流程和质量控制才能保证产品的着色质量。
适用于涂层技术的优化设计
严谨周密的设计是线材获得无缺陷涂层的关键。要使涂层粉能够自由流经粉末池中支架的所有部位，平行线材和所有吊线之间至少应间隔10mm。设置吊线时，必须保持支架有至少15mm的突出端。
由于涂覆时需要一定的热容量，因此线材的直径一般至少为2.5mm，线材的极端细粗比应为1:2。采用成熟的加热法（冲击加热法）可处理线材的最小直径为2mm。在这种情况下，2:5的极端细粗比可以使支架设计的自由度更大。
通常，支架的生产是一个半自动化过程。已切割成指定长度的线材被排列成行，然后放入模板，由高速自动焊接器将其交叉焊接成网簇。待其弯曲成基本形状后，再由独立框架线或一个完整框架将支架固定。对线材末端的焊接和加工在很大程度上影响后续涂层的质量。与所有的液体涂覆系统一样，聚酰胺12熔体依靠其表面张力来保持液滴形状。线材末端未切割整齐造成的锋利边缘或是焊点尖端会凸出表面，导致毛刺边轻微破裂。对线材末端进行倒角及压刮，或是形成球形末端可避免此类现象。倒角还能使线材边缘的涂层厚度达到约200mm，确保其基本可在洗碗机使用寿命之内免受腐蚀。
为实现理想焊接，各交叉线材被压平30％，使其具有良好的接触面。如果焊接不当而受压力变形，该区域的涂层会破裂，导致邻近区域出现膜下腐蚀。除焊点以外，附着焊滴对涂层质量也有很大影响。这些点因隐蔽而常常被忽略，但由此导致的膜下腐蚀，最终可能造成极高的替换成本。此类松散黏附的颗粒也会落入粉末池中，成为颗粒杂质附于涂层上。若是如此，在使用过程中颗粒腐蚀或洗脱可能会导致涂层出现凹陷甚至孔洞。
涂层工序
完整的涂层工序包括预处理、预热、涂覆和后流平（图3）。
图3：流化床烧结工序示意图
◆ 预处理
与所有的粉末一样，在使用 VESTOSINT?进行流化床涂覆之前非常有必要对支架进行预处理，目的是除去黏附于支架上的油脂、氧化层和灰尘。油脂会在预热时爆裂并污染涂层或是粉末池，而氧化层及灰尘将会降低涂层与线材间的粘结性。
表面预处理的效果受以下三个因素的影响：
1、被涂覆的金属基材（钢、铝等）；
2、表面状况（是否有油污或氧化层）；
3、所要求的涂层粘附强度。
因此，很难给出普遍通用的预处理建议。为获得最佳涂层，线材表面应经过碱性脱脂并进行喷砂研磨糙化。进一步的脱脂处理,恒温磷化或化学底漆涂装等可确保更好的涂层粘合性。
◆ 预热
预热过程在恒温炉中进行，使相同直径的线材达到相同的表面温度。在流经式系统中一般使用空气循环炉。即使直接用油加热，也应避免炉具使支架再次受到污染。为了避免在此过程中造成热损失，炉体应尽可能接近粉末池，但其散发的热量应只能使粉末池的表面微微升温。
为了达到高流速，建议使用6～9个循环的预热炉。其最好分为2个区域 ：第一区域（占总流程2/3的预热阶段）的温度为350℃；第二区域（最后1/3阶段，也称冲击加热）达到500℃。如此一来，尽管粗细线材的热容量不同，仍可保证其表面温度的一致性，而这一点是获得均匀涂层的先决条件。
◆ 涂层
应将预热好的工件尽快浸入PA12流化池中，尽可能避免因长距离拖曳造成的热损失。在流化池中，随着空气从气室鼓入，穿过钻有细孔的基底盘，所有涂层粉统一向上流动。对于大型粉末池，建议将气室分成可独立调控的数个区域，以便优化控制流化条件。流化所用的空气必须不含油，理想湿度在50％～70％之间。 这和粉末的抗静电处理工序相配合，可防止粉末颗粒带静电。
基底盘的多孔板需用宽网眼金属网格加以保护，防止吊架上的热工件落下造成损坏。其下方应加以支撑，以避免可能重达数吨的粉末下陷，而造成粉末流动不均匀。
在高速流经式系统中，粉末池的运行温度会快速升至70℃左右, 有时甚至达到90℃。与其它涂层粉末相比，VESTOSINT(r)的使用温度可达85℃，但不应长时间超过这一温度。如果无法确保这一点，建议重新设计粉末池的尺寸以获得最佳的表面体积比，或有选择地控制外壁温度来达到要求。
对于低流速系统，也应给外壁加热使运行温度达到40～70℃。这一措施还能抵消粉末的静电，降低产生孔状瑕疵的可能性。
通过降低输送架或升高粉末池，将待涂装工件浸入粉末池是两种常用的方法。支架类线材应用牢固的缆线挂起，最好是不锈钢缆。因为细金属线可能会造成瑕疵，所以基本上不用。VESTOSINT?粉末向上流触及线材下侧，并在支架慢慢提升时触及线材上侧，进而流经线材的各个侧面，即使是两根线材交界的隐蔽处也是如此。为避免产生瑕疵，涂层粉料在气动导向的作用下在池中侧向移动。将工件移离池中时，用操作杆轻击悬架，使松散吸附上去的粉末落回粉末池。这样可避免产生气孔以及高度非球状涂层等缺陷，从而可能带来后续的问题。例如洗碗机支架上的一个非均匀球状涂层，可能会导致支架辊的安装问题，如图4。
图4：气孔可能会引发膜下腐蚀，最终导致高昂的替换成本
浸入时间在3～5秒之间，并且直接影响涂层的厚度。在最初的几秒内，涂层的生成速度基本呈线性，所以4秒后可得到厚约400mm的涂层。消耗掉的VESTOSINT?粉末可以通过手动加料或填充控制系统得以不断补充。对于高流速系统而言，最适合的方法是采用大容器自动调控补充粉末。
◆ 后流平和水冷却
许多涂层工艺系统尤其是流经式工艺系统常使用后加热炉（1-2个循环，温度可高达300℃）。对于结构复杂的设计，这可以使未熔化的粉末得以顺畅地熔融。后流平炉也起到增加产品分子量的作用，这对弹性有显著影响。尤其是对于洗碗机的支架，其涂层随后还需经过最后一道水冷工序。工件离开后加热炉或粉末池约30～45秒之后，在熔体固化前浸入水池。瞬间的骤冷可防止形成较大的聚酰胺晶体，因而与气冷方式相比，VESTOSINT?的弹性可提高约10倍。
粉末回收和杂质抽提
涂层的品质取决于VESTOSINT(r) 涂层粉质量是否保持一致。因此在自动填充时，还提供使粉末再循环所需的必要装置，除了填充系统以外，还包括过滤灰尘及粗颗粒的连续过滤网，及一台金属磁性分离器，用于分离可能导致腐蚀、气孔和凹陷问题的金属微粒。对无粉末循环装置的粉末池，必须定期进行全面的修整。除了无法避免的粉末损失（约占池体积1％）以外，这也势必需中断或重新安排生产。
最终处理
在进行水池冷却后，吊线会被切成约1cm的长度，切口涂以双组分涂料或盖上塑料帽，确保腐蚀不会下移。随后，对部件进行直观质量控制检查，以确保涂层无任何瑕疵。
原载《国际电器制造商情》(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(3/11/2006) |
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