大连万程铝业有限公司

 

粉末涂料是不含溶剂的固体粉末状环保型涂料，具有良好的装饰性、保护性及较高的涂装效率，广泛应用于金属表面的涂饰，尤其是铝型材方面。与铝型材常规表面处理方法如阳极氧化、电泳涂装相比粉末涂料色彩丰富，环境污染、能耗显著降低，涂膜的机械性能大幅提高，因此粉末涂料静电喷涂已经成为铝型材表面处理的主要方法之一。粉末涂料固化过程，是指在静电引力作用下吸附在工件表面的粉末涂料粉层，通过高温固化处理达到具有一定机械性能、外观质量要求的涂膜的过程，是铝型材静电喷涂产品质量控制的关键生产工艺之一，其固化工艺条件好坏将直接影响到铝型材喷涂产品的外观、机械性能。若涂层固化不好，经涂装的型材在挤压组装时涂层会出现开裂现象，则粉末涂料的使用价值不能得以实现。本研究利用差示扫描量热法对铝型材常用的聚酯/TGIC粉末涂料的固化过程进行了分析，讨论了铝型材常用聚酯/TGIC粉末涂料的固化特性温度、等温固化温度，最低固化温度对铝型材固化过程的影响，为铝型材静电喷涂固化工艺过程的控制提供了重要的参考依据，并在生产实际过程中采用炉温跟踪仪检测证明其正确性。

 

1固化过程分析

 

1.1固化工艺过程

 

差示扫描量热分析技术(DSC)广泛应用于热固性粉末涂料固化过程研究。采用铝型材专用聚酯/TGIC（(聚酯与TGIC的质量比为0.93：0.07)粉末涂料体系，以10℃/min等速升温进行DSC测试，结果如图1所示。

 

从图1可看出，粉末涂料固化过程经历下面几个阶段：A区、B区出现2个峰。分别为聚酯树脂与TGIC玻璃化转变、熔融过程，峰顶1，2的温度分别为62.97℃，98.8℃,C区为粉末涂料固化过程，有明显的放热峰存在，温度区域为120-200℃，峰底3温度约为180℃，为粉末涂料固化最佳固化温度，考虑到生产配方中颜填料的加入，喷涂生产中固化温度增加到200℃较适宜，保证固化交联反应完全。粉末涂料的熔融挤出生产过程中，挤出温度不能超过120℃，避免固化反应的发生导致粉末涂料有“渣滓”。

 

1.2固化特征温度的预测

 

采用铝型材专用聚酯/TGIC粉末涂料体系，分别以5℃/min,10℃/min,15℃/min，20℃/min升温速率进行DSC测试，DSC曲线如图2所示。

 

从图2可知，随着升温速率的增加，热流量-温度曲线固化峰向上漂移，起始固化温度T0、固化温度Tp和后处理温度Tf，均随升温速度的增加向高温方向移动。升温速度分别对固化反应特征值T0，Tp，Tf作图并线性拟合，外推到升温速度为0所得曲线如图3所示。

 

固化特征温度起始固化温度(TO)、固化温度(TP)和后处理温度(TF)分别为122℃，150℃，206℃，动态升温法所获得TO,TP特征值不能直接用于喷涂固化工艺控制温度，因为在粉末涂料配方中还加入了大量颜填料，工业生产中实际控制固化温度高很多，但它为固化工艺条件的确定提供了理论依据。

 

1.3最低固化温度

 

为验证铝型材静电喷涂固化工艺的起始温度，在如下的条件进行DSC检测：采用铝型材用的聚酯/TGIC粉末涂料体系，选取固化温度为100℃，110℃，120℃，先分别在各自温度下保持30min后降至30℃，再以10℃/min升温速度升温至250℃，热流率-时间的变化关系曲线如图4所示。

 

从图4中明显的看到：100℃,110℃的DSC曲线有固化峰，而120℃熔融保持30min后升温过程中无固化峰，说明粉末涂料样品在120℃，30 min熔融过程中已经发生了交联固化反应，因此铝型材粉末静电喷涂固化过程中，为确保型材表面效果，熔融、流平过程温度尽可能在固化温度下保持一段时间，且粉末涂料生产过程中融熔挤出温度须低于120℃，才可能避免“结渣”现象出现。

 

1.4固化工艺温度的确定

 

铝型材粉末涂料静电喷涂工业生产大多采用等温固化连续工艺，选取铝型材用的聚酯/TGIC粉末涂料体系，分别对温度为160℃，180℃，200℃的条件下等温固化过程进行DSC测试.时间为30min，所测得热流率-时间的变化关系曲线如图5所示。

 

从图5中可以看出，相同的固化时间，聚酯/TGIC体系固化热流率随温度的升高而逐渐升高，达到一定固化时间后热流率趋于平稳，20 min后热流率几乎不随时间发生变化，为确保固化反应完全，需保持一定的固化时间；不同等温条件下的热流率随温度升高固化峰变窄，升高温度达到相同的热流率所需时间越短，需要保持一定的固化时问，缩短固化反应时间；但高温固化易使涂料配方中的助剂（如脱气剂安息香）因耐热性差而造成涂膜黄变，低温固化时间长生产效率低，铝型材静电喷涂工业生产中固化温度与时间确定为200℃/20min较适宜。

 

1.5生产过程温度控制

 

铝型材粉末静电喷涂固化工艺过程可分为升温、保温、冷却3个阶段。升温段是粉末涂料的熔融、流平过程，获得较好表面效果;粉末涂料的固化交联反应主要发生在保温段，一定的温度与时间保证涂层交联固化反应完全，达到铝型材产品所需的机械性能。图6为某铝型材喷涂厂家的生产炉温控制曲线，采用聚酯HT8043SF50铝型材专用粉末涂料，Data炉温跟踪仪检测，型材预热升温8 min达到固化温度（200℃)，保温段为200℃，20min确保固化，27min后出炉冷却，整个固化工艺过程为30min，实践证明其铝型材喷涂产品外观装饰与机械性能满足生产工艺要求。

 

2结语

 

非等温固化DSC方法分析了聚酯/TGIC体系粉末涂料固化反应过程，通过温度-升温速率图外推法确定了该体系的特征参数凝胶温度(TO)、固化温度(TP)和后处理温度(TF)分别为122℃，150℃，206℃。

 

等温固化过程进行DSC测试，实际最低固化起始温度120℃左右，铝型材静电喷涂工业生产中固化温度与时间控制在200℃，20 min较适宜。

 

工业生产实践证明：采用Data炉温跟踪仪检测粉末涂料固化过程，型材预热熔融阶段升温8min，固化保温段为200℃，20 min后出炉冷却，铝型材喷涂产品外观装饰与机械性能满足生产工艺要求。