超細粉末涂層性能檢測和分析

郭黎曉 劉兵 楊紅科

輝旭微粉技術（上海）有限公司

1.前言

1.1 工業(yè)和技術背景

粉末涂料和涂裝以其環(huán)保、經(jīng)濟、高效和節(jié)能為突出優(yōu)點得到迅速發(fā)展，因其不含有機溶劑，涂裝過程無溶劑揮發(fā)，能耗較低，噴掉的粉末可以回收使用，具有成本低，性能好的特點，是國家極力推薦的具有環(huán)保和節(jié)能效果的產(chǎn)品。目前國內(nèi)粉末涂料的年產(chǎn)量已達80萬噸，產(chǎn)值200億元。但粉末涂裝具有涂層太厚和涂層平整度差的兩個明顯的缺點。粉末涂料的涂層厚度通常在60–100微米，遠遠超過普通油漆漆膜的厚度，不僅帶來不必要的浪費，而且影響涂層質量。此外，粉末涂層的表面很不平整，降低了粉末涂層的裝飾性，在很多地方限制了粉末涂料的應用。

1.2 超細粉末涂料技術

為解決粉末涂料平整度差和厚度太高的難題，各國科學家對超細粉進行了幾十年的艱苦攻關，取得了很多重大的技術突破，并已經(jīng)有工業(yè)化產(chǎn)品推向市場。超細粉末涂料將粉體粒徑從常規(guī)的30–50微米降低至10-20微米，能得到很薄的平整的涂層表面。很多情況下，涂層厚度可以從常規(guī)的60－80微米降低至30－40微米，同時具有非常平整的涂層表面。

超細粉被稱為第二代粉末涂料，一方面可以全面替代傳統(tǒng)的粗粉涂料，在提高涂層質量的同時，大大節(jié)約成本；另一方面，超細粉可以替代很多無法被粗粉替代的液體涂裝，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，比如，國內(nèi)現(xiàn)在有20萬噸的液體卷材涂料應用，如果用粉末涂料代替，成本可節(jié)約30%，同時避免了巨大溶劑排放和能源消耗。超細粉最大的發(fā)展方向是汽車車體涂裝，將現(xiàn)在全部采用液體涂裝的汽車車體改用粉末涂裝，是一個涉及上百億元的產(chǎn)業(yè)環(huán)保節(jié)能的重大發(fā)展方向。

在推廣超細粉中，有一個大家非常關心的問題，超細粉涂層能夠得到接近液體涂料的厚度和平整度，但膜厚降低之后涂層性能如何，能否完全達到粗粉涂層和液體涂層的各種性能，這個問題具有很重要的實際意義。以前很多粉末涂層的行業(yè)標準都是以粗粉的性能來制定的，硬性規(guī)定了較高的涂層厚度。如前幾年制定的建筑鋁型材標準就規(guī)定粉末涂料需要達到60微米，而液體涂層只需25微米。本文通過實驗，從各個方面測試了超細粉涂層的性能，并與粗粉涂層和液體涂層的性能進行對比，并對實驗結果進行了分析。

2.檢測試驗

2.1 涂料樣品

本文采用兩種粉末涂料進行實驗，一是TGIC固化的純聚酯粉末涂料，是當前國內(nèi)外建材使用量最大的常規(guī)產(chǎn)品；粗粉和細粉均采用輝旭公司的常規(guī)產(chǎn)品；二是PVDF氟碳粉末涂料，是金屬建材室外使用的最高等級的耐候涂料。涂料樣品采用輝旭公司常規(guī)銷售的超細粉產(chǎn)品，粗粉為專門制作實驗室產(chǎn)品。

2.2 樣板基材

金屬基材均采用2mm厚的鉻化處理過的鋁板，處理時間與噴涂間隔不超過5小時。

2.3 樣板制作

采用金馬靜電噴槍，電壓60kv，噴涂后在實驗室烤爐中烘烤。聚酯涂料烘烤條件為200℃/10分鐘；氟碳涂料烘烤條件為240℃/10分鐘。取出后自然冷卻。得到漆膜均勻沒有雜質點的涂層板，選擇需要的膜厚的樣板進行測試，膜厚公差為±3微米。詳見表1：

表1 .測試樣板

3.測試結果和討論

本文參照國標GB/T 23443-2009《建筑裝飾用鋁單板》，以及國際通用的建筑涂料的AAMA（美國建筑制造商協(xié)會）標準*的內(nèi)容和檢測方式，有選擇的測試與膜厚相關的試驗，通過實驗結果和對比，評估超細粉涂層和普通涂層以及液體涂層的性能差別。

圖1 .樣板1和樣板4的粗糙度測定圖

*AAMA標準中針對常規(guī)產(chǎn)品、中高端產(chǎn)品和最高質量產(chǎn)品分為AAMA 2603，AAMA 2604和AAMA 2605三個標準。AAMA2603專門針對常規(guī)室外建筑涂層，常規(guī)的室外用聚酯液體或者粉末涂料能夠達到該標準；AAMA 2604為中高端涂層產(chǎn)品，涂層滿足佛羅里達暴曬5年色差不大于5個Hunter單位的要求，目前高耐候性液體和粉末涂層滿足該標準，是歐洲主要的建筑涂料；而AAMA 2605標準代表最高等級的耐候性能指標，佛羅里達暴曬10年后的色差不大于5個Hunter單位，目前只有超耐候的氟碳涂料能夠達到該標準要求。

所有測試結果列在表2中。

表2.測試結果列表

3.1 涂層平整度

目視檢測8快樣板，樣板1，5為粗粉厚涂層的樣板，具有正常粗粉的橘皮表面；樣板2，5為粗粉薄薄涂層樣板，表面不僅橘皮非常明顯，更有不可接受的露底斑點，能夠看見基材的顏色；樣板3，7為超細粉厚板，涂層非常均勻平整；樣板4，8為超細粉薄板，涂層平整均勻。

通過涂層平整度專用測試儀器，Dektak Stylus surface profiler，該儀器定量的記錄涂層表面的粗糙度，圖1為樣板1和樣板4的測試結果。該結果顯示，由于粗粉帶來涂層非常不均勻，75微米粗粉涂層最低的地方僅有25微米左右，而30微米的的超細粉涂層最低處出也有25微米。

3.2 涂層附著力

用國標GB/T 9286的規(guī)定的方法進行劃格實驗。測試了干式附著力和沸水煮附著力。測試結果表明，聚酯涂層無論厚板和薄板結果均一樣，但氟碳涂層，同樣的產(chǎn)品，75微米的涂層明顯較30微米的涂層的附著力差。

聚酯產(chǎn)品與基材層次相容性號，無論涂層厚薄，均表現(xiàn)出很好的附著力。但氟碳涂料為塑性涂料，表面能與高于基材相容性較差，厚薄不均將導致局部收縮應力影響附著力，因此厚平整度高的薄涂層附著力較好。

3.3 柔韌性

國標和AAMA標準沒有直接檢測涂層柔韌性的指標。我們采用90度折彎后，膠帶粘連撕裂的方法觀測裂紋和涂層脫落情況，檢測涂層的柔韌性。測試結果表明，厚涂層的柔韌性與薄涂層的柔韌性相差很大，隨著涂層厚度的增加，涂層柔韌性極具下降。

3.4 硬度

按照GB/T 6739方法測試鉛筆硬度。結果表明薄涂層表現(xiàn)出稍好的涂層硬度測試結果。分析推測的原因有兩個，一是薄涂層是超細粉制備，涂層非常均勻，相對很厚的但不均勻的粗粉涂層，不容易劃破；另外，涂層較薄時做測試，基材的硬度更大地影響薄涂層的檢測結果，得出更好的數(shù)據(jù)。

3.5 耐沖擊性能

按照國標GB/T 23443規(guī)定的6.5方法測試。正向沖擊實驗所有樣板均通過測試，反向沖擊結果表明除超細粉的樣板都表現(xiàn)出較差的性能?？箾_擊性能和涂層的附著力以及柔韌性有關系，超細粉涂層具有平整和薄的有點，具有較好的抗沖擊性能。

3.6 耐鹽酸，耐硝酸、耐砂漿、耐溶劑等耐化學腐蝕性能

按照國標GB/T 23443規(guī)定的方法測試，得出的結論是不論薄厚，均沒有差別。

3.7 濕熱實驗

按照GB/T 1740的規(guī)定進行測試。聚酯涂料測試時間1000小時，氟碳測試4000小時。結果表面平整的薄板和厚板具有同樣的性能。但不均勻的薄板雖然切邊抗腐蝕性能同樣，但平面上的數(shù)據(jù)表明，不均勻的較薄的涂層具有很差的性能。

3.8 中性鹽霧實驗

按照GB/T 1125的規(guī)定進行測試。聚酯涂料測試時間1000小時，氟碳測試4000小時。結果粗粉超細粉薄板和厚板具有同樣的性能。但粗粉的薄板雖然切邊抗腐蝕性能同樣，但平面上的數(shù)據(jù)表明，粗粉較薄的涂層耐濕熱很差。

4 .結語

本文通過實驗證明超細粉涂裝的薄而平整的涂層粗粉明顯優(yōu)越的性能。超細粉涂料技術是高新技術發(fā)展的產(chǎn)物，具有巨大的推廣應用前景，能夠給整個行業(yè)帶來巨大經(jīng)濟和社會效益，是值得整個行業(yè)一起來努力推廣的項目。