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粉末喷涂作为铝型材的表面处理方式之一，由于其4E特性以及表面效果多样化，深受消费者喜爱
。 随着生活水平提高以及市场多样化需求
，金属粉末喷涂型材的使用更加广泛，在喷涂型材中占据的比例越来越高
。但是，由于金属粉末种类、规格
、金属粉品质、粉末质量各不相同，再加上型材生产厂家所用喷涂设备有一定区别，金属粉末施工效果并不十分理想，其主要问题是表面金属效果与标准之间的差异，批次生产的色差以及施工不稳定。本文从金属粉末的制备以及喷涂施工工艺角度出发
，根据生产现场实际经验分析了金属粉末喷涂的施工要点，以供行业专家参考。

 

1 金属粉末喷涂机理

 

众所周知，静电粉末喷涂过程中，粉末涂料流化过后通过气流输送至喷枪，喷枪通过高压静电发生器
，在喷头的电极针产生电晕放电，在电极附近产生了密集的负电荷
，粉末从枪头喷出时
，捕获电荷成为带电粉末，在气流、电场以及自身重力的作用下
，飞向接地工件，并吸附在型材表面上
。金属粉末静电喷涂与常规粉末静电喷涂原理一致
，但是由于金属粉的特殊性，其喷涂机理需要作进一步说明
。

假设喷枪是处于水平状态的管道
，粉末颗粒从喷枪中喷出初始阶段受到压缩气传送力、静电力作用，我们可以将其视为多颗粒系统的气力输送状态以及电场力的叠加，根据Barth推导公式，外加电场多颗粒传输系统的动力方程为：

 

其中
，是输送气体密度，是粉末颗粒密度，ε是空隙度，是碰撞压力损失系数，为fanning 摩擦系数，c 是管道内颗粒速度，是气体实际速度，是实际电场强度。

由(1)式可以看出
，粉末喷出动力状态与空气输送密度ρ(流速) 、粉末颗粒密度(粒径) 
、空隙度ε(粉量) 电场强度Ex以及粉末带电量q密切相关，而与碰撞力、摩擦力以及涡流曳力等阻力可以忽略不计
。粉末喷出过程中，空气输送密度
、空隙度
、电场强度属于外界因素，因此

，金属粉与普通粉的区别就在于粉末颗粒密度() 、带电量(q) 的区别。

普通粉末经过粉碎
、过筛后，其颗粒接近球体形状，而金属粉并非都是球状颗粒
，为了获得涂层表面闪光效果，部分铝银粉、铜金粉以及珠光云母粉呈片状颗粒。这类颗粒在喷枪与型材之间的运动过程中，其重力
、涡流干扰力影响十分明显
，其流动阻力公式为：

 

式中表示颗粒在流体流动方向上的投影面积
，ξ 表示曳力系数，与颗粒运动的雷诺系数有关
。片状金属粉在喷枪与型材之间飘忽不定
，值也始终处于变化过程中
，当金属粉末粒径较小的时候，阻力相对减弱。其次，铝银粉
、铜金粉以及云母粉的密度不一致

，其中铝银粉密度较小，铜金粉密度较大
，由于重力的作用，如果以干混的方式加入涂料中则喷粉过程中容易分离，处于bonding状态的金属粉则能够与底粉保持一致性
。 另外
，铝银粉
、铜金粉以及云母粉的导电性差异十分明显
，大多数未经过处理的云母粉几乎处于绝缘状态，而铝银粉

、铜金粉导电性非常好，因此喷涂过程中的差异也就非常明显。

 

2 金属粉末涂料制备

 

金属粉末涂料生产包括熔融挤出法
、干混法以及bonding技术。 熔融挤出法与传统的粉末制备工艺一致，只是在原料中加入了金属颜料
，然后高速预分散
、熔融挤出
、压片破碎
、磨粉筛分而制成成品，这种方法工艺虽然简单


，金属粉与基粉得到均匀混合

，但是生产工艺存在高温基础以及高温剪切
，容易造成金属表面氧化、金属粒片破碎变形，喷涂过后的型材往往得不到理想的金属效果

。干混法是将金属粉加入预先制备好的基粉中，通过高速混合制成成品，这种方法的优点是金属粉末不容易被破坏，喷涂后的金属效果充分发挥，其明显不足是金属粉与基粉的分离现象很明显，尤其在喷涂过程中由于重力
、形状、带电量与基粉颗粒不一致，造成型材表面色差、金属效果不一致，同时容易对粉泵
、文丘管、喷枪电极针、扁平枪嘴造成磨损。bonding技术是在干混法的基础上改进而来的，金属粉与基粉混合均匀后
，在惰性气体保护下，将温度均匀稳定的升到树脂软化点
，使基粉颗粒与金属粉颗粒相互粘附，甚至部分包裹金属粒片，从而使金属粉与基粉物化性能趋于一致
，这就使喷涂过程中，金属粉能够良好的分散在型材表面
，达到较好的金属效果。干混法与bonding技术比较
，干混的金属粉添加量只能控制在7%以下，而bonding技术可以添加到20%，随着其工艺的成熟
，bonding技术的应用将更加广泛。

为了达到用户要求的表面效果，金属粉的材质、规格、品质都必须通过严谨的挑选。目前
，全球颜料工厂较多，提供的金属粉种类各异。较为常见的分为铝银粉
、铜金粉以及珠光云母粉。其中铝银粉分为浮型和非浮型，浮型铝银粉容易漂浮到涂层表面，形成一层金属表面，但是耐化学品和耐候性很差; 非浮型浮的倾向性相对较弱
，但是能够与基粉良好的结合，涂层的理化性能较好，而且能够达到较好的金属效应
，非浮型铝粉通常经过表面处理，常见的有TiO2包覆处理

，溶胶包覆处理以及有机聚合物处理
。铜金粉的组成主要是铜或铜锌合金，为了达到较好的铜金效果，铜粉颗粒表面也往往覆盖一层保护膜
，而保护膜的厚度影响了其光的反射衍射，导致其表面呈现金色、红色
、古铜或者青金颜色． 云母粉横断面类似于珍珠的结构，人工云母粉根据这一原理，在云母芯片上包裹一层具有高折射指数的金属氧化物
，如，TiO2、Fe2O3等，高折光指数的金属氧化物和低折光指数的云母芯片并行排列
，从而产生了可视的彩虹颜色，如果控制金属氧化物的厚度或者配比，云母粉的颜色更加丰富。

 

3 金属粉施工工艺

 

3.1 喷涂工艺参数

粉末喷涂工艺参数见表1。

 

根据生产现场实际操作经验，金属粉末喷涂与常规粉末喷涂工艺大致相同
，但是为了达到较为理想的金属效果
，还需要根据金属粉的种类
、金属粉粒径来调整枪距
、电压
、粉量、雾化气压等工艺参数
。 由于回收粉的循环使用
，金属效果出现了梯次波动的现象
；而且固化工艺对部分金属粉影响也十分明显。

为了研究这些因素的影响，通过正交试验，根据金属粉种类、粒径分布、枪距、电压、粉量
、雾化气压、回收粉添加
、固化工艺8个因素来对比喷涂样板表面金属效果与标准色板的一致性。

3.2 试验方法

按照粉末种类分为干混粉及bonding粉，细分为铝银粉、铜金粉

、云母粉三大类，分别取样5种
，测试粒径分布后，依次调节枪距、电压
、雾化气压
、粉量、回收粉添加、固化工艺6个因素，每种测试3块试验板
，用以与标准板对比试验结果
。

使用低倍镜观察喷涂表面单位面积内金属闪光数目
，金属效果一致性即试验板金属闪光数目与标准板的比值，最后目视对比验证数据的准确性，得出一系列影响金属效果的工艺因素．

3.3 枪距对金属效果的影响

取干混铝粉、铜金粉、云母粉分别按照枪距250～400mm进行调节，电压设定为80kV
，粉量、雾化气压、不添加回收粉
、固化工艺固定不变
，得出枪距与金属粉效果的关系
。

由图1可以看出，金属粉施工过程中
，金属粉效果随枪距越远
，效果越差． 其中铝粉在枪距处于250mm的时候金属效果与标准板十分接近，效果最佳；而铜金粉由于其更好的带电效果以及自身重力作用下
，在枪距较短时
，金属效果比标准板更好，但是试验板上出现了反电离现象，因此枪距太近表面综合效果并不理想; 而云母粉由于喷涂时被涂层覆盖，闪光效果相对较差
。

3.4 电压对金属效果的影响

取干混铝粉、铜金粉、云母粉分别按照电压40～100kV 进行调节
，枪距、粉量、雾化气压

、不添加回收粉、固化工艺固定不变，得出喷涂电压与金属粉效果的关系。

 

由图2可以看出，由于铝粉的导电性较铜金粉
、云母粉更好
，当电压很低时，铝粉金属效果更明显，达到标准板金属效果所需电压也最低; 随着电压的增加，金属效果与标准板的差异越来越小，当电压超过80kV 时，铝粉和铜金粉试验板上出现反电离现象
，粉末涂层被击穿，表面金属效果反而不理想

，因铝粉带电性更好，受到的反电离现象更明显，金属效果亦下降更快; 云母粉其导电性很弱加之自身重力影响，金属效果随着电压继续增加而越来越明显，与标准板之间的差异逐渐变小
。

3.5 雾化气压对金属效果的影响

取干混铝粉、铜金粉、云母粉分别按照雾化气压0.05～0.20 MPa 进行调节
，枪距、电压、粉量、不添加回收粉、固化工艺固定不变，得出雾化气压与金属粉效果的关系
。
 

由图3可以看出，保证其他施工参数不变的条件下
，当雾化气压在0.05 MPa时，金属效果最佳

，随着雾化气压的增加，金属效果反而下降。由于受重力( 云母粉＞ 铜金粉＞ 铝粉) 影响，重力越大，粉末下降速度越快
，金属效果越差
。

3. 6 喷粉量对金属效果的影响

喷粉量的大小决定了涂层的厚度，在保证其他施工参数不变的条件下，涂层表面效果受型材的断面
、挂料的方式和密度、喷涂链速的快慢
、设备的导电性影响。金属粉施工和普通粉的区别是，随着喷粉量的增加
，粉末中颜料被型材吸附的速度大于树脂
，表面金属效果被树脂覆盖
，与标准板差异明显
；另外，部分粒径小的金属颜料受电场力较弱，喷涂时易边缘化，影响涂层质量。

3.7 回收粉对金属效果的影响

金属粉施工过程中，回收粉的合理使用至关重要，直接影响到涂层的金属效果，并且关系到生产成本( 粉末利用率)。回收粉添加比例不一致，将会引起批次色差
、金属粉含量少等质量缺陷，尤其是干混金属粉，颜料在回收系统中易被粉碎
，单位重量内颜料比重减少
、粒径变小、带电量减弱，加之批次粉末颜料比重可能不一致，涂层金属效果不理想
。一般情况下
，回收粉与新粉的掺加比例为1∶4～6
，且尽量边产生边回收使用，不能直接使用的要及时打板确认合格后回收，部分质量差的金属粉由施工方退回生产厂家
，返工合格后才能使用
，对颜色鲜艳的金属粉
，回收粉比例应适当降低。

3.8 固化工艺对金属效果的影响

金属粉的固化工艺与普通粉基本一致
，只有高光泽和纹理类例外
。涂膜固化时，必须保证型材充分固化，事先设定好固化炉的最高固化温度
，掌握固化炉的加热速度，型材表面的升温速度及保持时间
，这些参数都直接影响涂膜的金属色彩效果。如高光泽
、锤纹
、砂纹类金属粉要求固化升温速度快、固化温度高一些
，而纹理类金属粉固化温度升温速度快金属纹理会变小变细
，升温速度慢则会变大变粗
，所以严格稳定的固化工艺是金属粉施工十分必要的
。

 

 

4 结语

 

金属粉因含有金属颜料而导致静电喷涂施工时与普通粉有较大差异
，涂层质量和工艺稳定性很难保证。金属粉末制备工艺和型材厂家静电喷涂设备不尽相同，其施工参数和金属效果有很大差异
；通过对金属粉静电喷涂机理进一步梳理
，得出金属粉与普通粉的区别在于粉末颗粒密度()
、带电量(q)的区别
；结合施工现场经验和正交试验数据
，总结出影响金属粉施工效果的几大因素
，为各类金属粉施工提供了依据。