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引言
預涂卷材可應用于建筑用內(nèi)外墻板，而且在家電、汽車、金屬家具等行業(yè)有著廣闊的前景。我國從20世紀80年代開始引進并吸收國外技術(shù)，特別是近幾年，由于建材市場和汽車家電市場成本和環(huán)保的要求，國內(nèi)卷材涂裝生產(chǎn)線大量上馬。
粉末涂料以其高利用率和環(huán)保性著稱，中國也已成為世界上最大的粉末涂料市場。粉末涂裝典型的線速度在10m／min，但目前這種固化周期人們關(guān)注的程度大，也越來越接近于飽和點。對于傳統(tǒng)粉末的新的突破口漸漸浮出水面，包括對中密度纖維板、塑料部件、熱敏性部件預組裝，如電馬達、氣動壓縮彈簧等的涂裝。
粉末涂料對卷材擁有更大的空間，如穿孔以及浮雕印花金屬；高膜厚，花紋涂膜等；另外，硬度、柔韌性、耐刮和耐化學品性都能得到提高。預涂的卷材在生產(chǎn)效率和品質(zhì)，特別是環(huán)保性方面比以傳統(tǒng)方式后涂的卷材具有更大的優(yōu)勢。
傳統(tǒng)的粉末涂裝工藝無法滿足高速度的要求，或許需要同時使用50支以上重疊噴槍來實現(xiàn)，但已基本達到極限。因此，必須采用新的涂裝技術(shù)以適應卷材涂料發(fā)展的需求。
UV，IR以及EB固化的周期都很短，紅外技術(shù)可使粉末在60s內(nèi)固化，而EB技術(shù)可在20s內(nèi)固化，紫外技術(shù)可使粉末幾秒固化。怎樣與這些固化形式匹配而形成高速度的涂裝線，線速達到100m／min，或者更高，是人們研究的熱點。
靜電噴涂法
與通常的粉末靜電噴涂一樣，根據(jù)卷材的寬度和線速來確定噴槍的數(shù)量和排布。如果以通常的燃氣加熱的方式，卷材的線速只能達到l520m／min，如果再提高線速，粉末涂料在基材高速移動時被帶走，其沉積效率只有40％-50％；而且噴槍排布密集，靜電涂裝涂膜的膜厚不易控制。也易出現(xiàn)其它涂膜缺陷，如麻點、桔皮等。現(xiàn)在人們研究的熱點集中在以輻射固化的方式來代替燃氣加熱固化。
粉末云技術(shù)
眾所周知，基材線速越快，越多的空氣會隨之移動。與靜電噴槍產(chǎn)生的“點源”相比，MSC公司的“線源”能產(chǎn)生比靜電噴槍強1000倍的粉末源，這就使得粉末穿透卷材在快線速下產(chǎn)生的氣流層成為可能。
粉末云霧能覆蓋4個區(qū)域：兩個是基材行進的正向，兩個是反向，如圖1所示。這一技術(shù)突出的優(yōu)點是：在靜電產(chǎn)生區(qū)域以電刷來均勻分布粉末云的密度和電荷量，而此時涂膜的厚度可以通過粉末的粒度和基材的線速來控制。通常的膜厚在10～130μm，粉末的沉積率平均超過93％。而且可根據(jù)不同的要求噴涂單面或雙面。與傳統(tǒng)的液體涂裝的換色時間差不多，都為30min左右。與接觸式輥涂不同的是，粉末云技術(shù)更適于涂裝預沖壓，壓花卷材；而且在要求立體效果的涂料中具有不可比擬的優(yōu)勢，如砂紋、錘紋等。
粉末云涂裝原理
與上述工藝類似，日本的磷酸鹽被膜公司將粉末以噴嘴的形式從上部呈霧狀向下噴，通過噴射器吸入量和對流噴嘴的空氣量調(diào)節(jié)粉末云的濃度。云狀的粉末由位于兩側(cè)電極板上的電暈針產(chǎn)生的離子而帶電，研究表明：涂膜的厚度與加載的電壓和粉末吐出量有關(guān)。
EMI技術(shù)
DSM公司的EMB技術(shù)(電磁刷技術(shù))源于復印和激光印刷的原理。如圖2所示，粉末粒子與載體粒子一起強烈混合，這種載體粒子是以聚四氟乙烯(Teflon)或類似的聚合物包覆。在混合過程中，粉末粒子與載體粒子摩擦帶電，并使它們粘附于載體上。接著用混合輥將這種混合物轉(zhuǎn)移到一個內(nèi)側(cè)安裝有固定磁鐵的旋轉(zhuǎn)磁鼓上，板材的另一側(cè)為接地狀態(tài)。在磁鐵范圍內(nèi)，攜帶粉末粒子的載體小珠，在磁場下形成鏈狀，這些鏈就是所謂的粘附于磁鼓表面的磁刷，而該磁刷的長度決定了旋轉(zhuǎn)磁鼓與一把固定的定長刀，即刮刀之間的距離。通過在旋轉(zhuǎn)磁鼓外殼和光感器之間施加靜電場，使粉末粒子粘附于卷材上，如圖3所示。此時粉末粒子的量取決于靜電場的強度，當靜電場力大于粉末粒子與載體間的庫侖力時，粉末粒子就會沉積下來，通過調(diào)節(jié)靜電場的大小來調(diào)節(jié)涂膜的厚度。
例如，以混合型粉末涂料和異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)固化的純聚酯粉末涂料經(jīng)摩擦帶電改性的粉末平均粒徑為24μm時，在100m／min下可得到25μm厚的涂膜。
電磁刷技術(shù)原理示意圖
電磁刷技術(shù)涂裝示意圖
美國海登堡數(shù)位公司已將線速在120m／min下的改進型旋轉(zhuǎn)電磁刷技術(shù)應用于鋼材以及不銹鋼、鋁板等的涂裝，已有幾種不同的載體，如導電的或絕緣的載體。具有固定磁核或是旋轉(zhuǎn)磁核的涂布輥輪電磁刷技術(shù)應用已工業(yè)化，這些系統(tǒng)包括固定磁核導電電磁刷，固定磁核絕緣電磁刷，旋轉(zhuǎn)磁核絕緣電磁刷。最后一種技術(shù)也被稱為旋轉(zhuǎn)磁刷改進體系。幾乎所有的現(xiàn)有體系均使用絕緣載體粒子，可以是表面涂有絕緣層的導電介質(zhì)，如涂有Teflon的鐵質(zhì)粒子，或者干脆使用絕緣體，如具有高介電常數(shù)磁型的鐵素體。改進的旋轉(zhuǎn)電磁刷使用磁型鐵素體為載體，而傳統(tǒng)體系使用具有絕緣層的導電載體。
通常改進的旋轉(zhuǎn)電磁刷技術(shù)具有柱狀的導電殼和可改變的接受體南極北極的條狀磁鐵。在輥輪上的磁型載體在輥輪的磁場中形成了連續(xù)的鏈狀。這被稱為“絨毛”，當與南極北極相連時，載體鏈與上色核垂直。在南北極之間，磁核的磁場與上色核平行，載體鏈也基本與上色核平行。輥輪的外表面或者上色核，與接受體同時運動。當磁核旋轉(zhuǎn)時，載體鏈沿接受體的運動方向輕拋。與此相反的是，傳統(tǒng)體系中，由于固定磁核的存在，“絨毛”也是靜止的。其典型的工藝條件為：粉末涂料推薦加入1．5pph的帶電劑，并碾磨成粉，分級成平均粒度為12．9μm的粉末。混合物還包括15％的鍶鐵素體，這種鍶鐵素體表面涂有0．3pph的帶電劑，在攪拌機中混合1min，粉末表面積為30g／m。線速在120m／min下，對導電基材，非導電基材和鐵磁型基材涂裝。對于導電基材來說，只要電磁刷的輥輪和基材表面存在電場，粉末就能沉積在已接地的導電基材上。對于非導電基材來說，可以采用粉末本身的電暈充電或者在基材下方或鄰近位置預埋電極等方法來實現(xiàn)。而對于表面比較粗糙，易保留載體粒子的基材，如木材和花紋型塑料，可以用粉末發(fā)射的方法代替載體與基材的直接接觸。對于這種非接觸或軟接觸體系來說，線速與基材和輥輪的距離之間有一個匹配。對于磁型基材來說，少量的用于消除輥輪和基材磁型的載體也是必需的。
改進的旋轉(zhuǎn)電磁刷技術(shù)的優(yōu)點包括：高沉降率，高線速，平整的涂膜，較寬范圍的膜厚。可通過沉積電壓來調(diào)節(jié)粉末的膜厚。比較細的粉末，粒徑低于9μm的粉末也能使用。
TransAPP技術(shù)
Fraunhofer公司的TransAPP技術(shù)，使用粉末傳輸技術(shù)代替噴槍，如圖4所示，避免了傳統(tǒng)粉末噴涂應用速度的局限性和膜厚差異。
TransAPP 高速粉末涂裝原理
在這種技術(shù)中，粉末通過循環(huán)輸送帶傳輸至帶下的基材上，由于粉末粒子均勻地沉積在基材表面，從而得到比較均一的膜厚。而且，沒有傳送到基材上的粉末粒子并無浪費，而是隨著傳輸帶到下一個循環(huán)。這種工藝同樣適用于非金屬基材，線速最高在60m／min，適用于NIR固化，傳統(tǒng)的環(huán)氧聚酯混合型粉末涂料，可得到70μm的膜厚。
結(jié)語
現(xiàn)在歐州市場大約有10條卷材粉末涂裝線，線速在20m／min，基本以噴槍和旋轉(zhuǎn)式涂裝為主。美國MSC公司的粉末云技術(shù)已處于半商業(yè)化階段。而DSM公司的EMB技術(shù)基本處于小試階段，TransAPP技術(shù)只是剛剛完成試驗。與這些涂裝線配套的粉末涂料一般由知名的公司，如杜邦、阿克蘇、羅門哈斯和PPG等行業(yè)巨頭提供。
卷材涂料這幾年在我國發(fā)展的空間很大，隨著人們環(huán)保意識的加強，以及成本降低的要求，粉末涂裝卷材涂料是發(fā)展的趨勢。有人預言卷材涂料將迎來粉末涂裝的時代。但由于種種原因，目前為止國內(nèi)還沒有一條真正意義的粉末卷材涂裝線，人們關(guān)注的也不多。本文著重介紹國外的發(fā)展動向，以期望有識之士對粉末卷材涂裝投入更大的關(guān)注。
