1 引言
粉末涂装中的缩孔又叫作麻点、缩坑、鱼眼等,是粉末涂装中常见的缺陷。缩孔的危害、产生缩孔的原因、解决缩孔的方法已在早期发表文章中有所涉及;
本文拟在原发表文章的基础上提出粉末涂装缩孔产生的原因和解决方法的数据化表述,使得各种隐患最终能以数值的方式展示在所有人眼前,为杜绝缩孔提供人人信服的方案,在增加预防缩孔问题的投入方面更有针对性,得到立竿见影的效果。
2 缩孔的危害
缩孔的危害已在文献中详细描述,复述的目的是期望得到粉末原料供应商、设备供应商、粉末涂装厂家的一致认同,为解决缩孔问题创造良好的行业环境。缩孔的出现带来以下几种危害。
⑵严重缩孔的工件往往不能进行返工处理,造成工件的报废;粉末的频繁清理造成巨大的浪费。
⑶在分析缩孔原因时,由于原料的嫌疑不能即刻排除,造成原料使用厂家与供应厂商产生分歧;造成缩孔的物质难以视觉发现,有时具有从喷枪出现的特征,使用厂家如果说是粉末问题要求索赔时,粉末厂家拿不出有力的证明,只好默认以求得继续合作。
⑷由于解决问题的周期较长,工艺管理人员、设备管理人员与上级领导和实行计件工资的职工关系变得被动,产生信任危机甚至造成误解。
⑸原料采购部门、检验部门和使用部门在责任划分上互相推逶,相关人员需要大量精力来解释不属于自己的问题。
3 文献对缩孔的解释
很多文献对缩孔产生的原因都有解释,大多比较浅显、笼统、不易懂,且一般具有多个解释,对生产现场不具有针对性。
如,一般的解释都有“前处理脱脂不干净”,但不脱脂的工件未见有缩孔出现;一般的解释都有“压缩空气中油水含量高”,但在喷涂前的基材上喷上油、水也不出现缩孔;
3.1 缩孔产生的表面张力原理
3.2 缩孔出现的静电喷涂原理
3.3 借鉴其它涂料涂装中的缩孔现象
①摇动了未装满的涂料罐;
②使用了劣质或存放时间过久的涂料;
③涂装(特别是辊涂)速度太快;
④所用辊筒的绒毛长度不合适;
⑤过度辊涂或刷涂;
⑥在多孔的表面上使用了高光或半光的涂料。
从所表述的内容看,上述建筑涂料的缩孔与粉末涂装的缩孔成因关联度很小,更像是气泡破裂而造成的圆孔。
在电泳涂装中所述的对凹坑缩孔原因的分析认为,前处理不净、工件表面沾油是造成凹坑缩孔的原因。
⑶《电泳涂装的漆膜缺陷及其防治》认为电泳涂装缩孔产生的很大一部分原因是源于油污,具体原因有以下几种:
⑷多数专业杂志、粉末涂装设备说明书、粉末供应商说明书对粉末涂装缩孔的原因归类多有以下几种:
①前处理不干净,工件表面有油;
②压缩空气含有油、水;
③粉末潮湿;
④工件未烘干;
⑤粉末被污染;
⑥粉末间的相互干扰;
其中的③和④所描述的出现缩孔的情况值得商榷,可能并不是产生缩孔的原因。
4 缩孔问题的数据化描述
4.1 对有无缩孔的数据化表述
缩孔深度有几μm到几十μm直至露出基材,与直径大小成正比;
缩孔数量从1个到数十个、数百个直至布满喷涂面不计其数。
假设一个比较科学的数据化表述,可以认为:
⑴对表面具有美术花纹、具有掩盖缩孔的纹理或表面特征、产生微量小缩孔不影响外观质量可以不必返工处理的工件、对于要求较低的内部件等,当工件没有因缩孔造成的返工及报废时,可以认为该涂装的缩孔缺陷为0,即没有缩孔。
⑵与上述情况相对,当缩孔缺陷影响外观、需要(能够)返工处理、有因为缩孔造成的工件报废,即因缩孔造成的报废数量不为0、但缩孔不是第一位的缺陷时,可以描述为有缩孔,缩孔缺陷为1,或称为有缩孔。
⑶当缩孔成为某一时间内的第一位缺陷、缩孔工件无法返工即报废、缩孔缺陷影响生产的完成等情况出现时,可以描述为严重缩孔,数据化表述为1+,或称为严重缩孔。严重缩孔将显著影响企业效益,必须首先解决。
如上三级分类将有助于在交流中对缩孔的严重程度进行界定。某企业日常生产时缩孔缺陷为1,有时为1+,知道了上述数据化表述的定义,就很容易理解出现缩孔的状况。
4.2 对表面张力的数据化描述
当一个过程的自由能变化ΔG<0时,则该过程会自发进行,体系都是趋向处于能量最低的状态。
一些特殊的表面活性剂具有极低的表面张力(见表4),且此类表面活性剂用途广泛。
4.3 对压缩空气质量的描述检验
4.3.1 压力
4.3.3 含油量
对粉末涂装而言,粒径为0.01μm的油滴,仅相当于大气中气体分子的直径,不会产生缩孔。
4.3.4 油水混合物
压缩空气中,由压力露点指示的水分含量和含油量指标指示的油分含量并不是孤立的,在压力体系中二者存在的状态是一样的,即水和油组成了乳状液,该乳状液可以从排水阀看到。
4.4 对不同粉末间干扰的描述
4.5 对精密过滤器的数据化描述
过滤器上的压差指示装置是可以看到的数据。它仅显示过滤器的堵塞情况,压差数据正常同样不能保证过滤的精度。
过滤器的更换周期是另一个难于掌握的数据。不同厂家空气用量不同、空气质量不同、前期处理不同都导致过滤器的寿命差异很大;
精密过滤器中空气的流速会影响过滤的效果,压力越高、速度越快越不利于油雾的去除,所以选用流量大的过滤器或将多个过滤器并联使用有助于过滤的洁净度提高。
对精密过滤器的数据化描述最终还应当归结于检测压缩空气中含油的状况。
4.6 压缩空气的干燥
4.6.1 冷冻式干燥
压缩空气净化系统的冷冻干燥设备是常见的空气净化装置,其冷冻能力对压缩空气的质量影响最大,特别是在夏季、高用气量的情况下,若冷冻温度达不到要求,压缩空气中的油、水会影响涂装质量甚至产生缩孔。
冷冻系统看得到的是设备上的冷媒压力和温度,该温度越低说明压缩空气中的水分的去除越彻底,当该温度升高接近环境温度时,就需要注意缩孔出现的情况,如果相关,则应采取措施改善。
4.6.2 吸附式干燥
吸附式压缩空气干燥设备内材料(活性氧化铝)本身具有独特的微孔,根据毛细作用吸附空气中的水分,同时吸附剂对水分具有高压吸附、低压脱附的特性。吸附干燥设备一般制成双筒形式,在程序控制器的控制下,两筒交替工作。
冷冻式干燥器虽能提供大量的优质干燥空气,但大气压露点只能达到-17 ℃。吸附式干燥器体积小、质量轻、易维护,大气压露点可达-30~-50℃,但处理流量小,最大流量不大于780 L/min,故适合处理空气量小但干燥程度要求高的场合。
但吸附式干燥剂对油类吸收效果不好。粉末涂装系统中将冷冻干燥、吸附干燥和过滤除油结合,以得到高质量的压缩空气。
4.7 对环境的描述
环境内存在的表面活性物质会导致粉末喷涂的缩孔产生,主要是指在喷涂范围5m之内具有分散特性的油类等液滴影响严重。如悬链加油的喷雾装置、喷漆造成的分散成颗粒状的稀释剂等。
扩展到喷涂以外的环境,需增加涂装前处理工序,异常的原料和加料是产生缩孔的原因之一,这可以从现场出现缩孔的经历中得以验证。
空气中存在气态的油气分子。该分子状态的物质甚至是更低表面张力的表面活性材料,不会产生缩孔,原因是非聚集态的气体没有表面张力特性。
5 几种出现缩孔的现场经历
⑴喷淋式前处理磷化液中加入了稀料而产生缩孔。因现场的油漆稀释剂与磷化液料桶完全一样,职工将稀释剂加入磷化液中,导致了批量缩孔的产生。
⑵前处理磷化液中加入了乳化剂。因为脱脂欠佳,供应商单独提供乳化剂让应用方加到脱脂槽中,因操作工理解原因,将乳化剂加到了磷化液中,导致溶液聚集处缩孔严重。
⑶前处理脱脂液中的消泡剂。消泡剂是表面张力低于乳化剂的物质。在试验一种常温脱脂剂时,从溶液中析出了消泡剂,经该槽溶液处理的所有工件均出现大量缩孔,有连片出现的情况,大的缩孔直径达到5mm以上。
⑷喷漆造成缩孔。生产线工件输送经过正在喷漆的大门,结果该段出现了缩孔。试验发现,喷涂的油漆稀料是造成缩孔的原因。
⑸干燥设备异常。冷冻干燥设备的压缩机损坏、冷却风扇损坏都会对应缩孔缺陷数量的增加。说明压缩空气中的油分是致缩孔的重要物质。
⑹粉末干扰出现缩孔。在试用一家新的厂家的粉末原料完毕时,换回的原涂料涂装工件出现大量细密的缩孔,缩孔直径1mm 左右;
⑺喷枪枪体中的粉末造成缩孔。由于静电喷粉枪内粉管磨损,枪体内积满以前的粉末(低光泽粉末),在更换该磨损粉管时将粉末吹出,回收设备开启。
以上列举缩孔实例有助于快速解决问题,有类似情况可以采取针对措施。
6 出现缩孔缺陷情况的复杂性
缩孔缺陷是粉末涂装行业的一个实际课题,大多数厂家都经历过或正在出现缩孔缺陷;
⑴将柴油分散成点状于磷化试板上,喷涂固化后无缩孔出现;将柴油分散成点状于喷涂粉末后的试板上,出现缩孔;将柴油倒入粉末中混合,喷涂后不出现缩孔。
⑵粉末制造中加入低表面张力助剂(如硅油类),减低熔融粉末表面张力,减小了干扰物(如压缩空气中的油类)与熔融粉末的表面张力差,有助于减轻缩孔的出现;
⑶粉末之间的干扰只有在不均匀状况时才会出现,造成混合越少干扰越重的现象。2种表面张力差较大的粉末均匀混合,会形成中间张力的粉末,不会出现缩孔。
⑷前处理原料的影响对喷淋方式与浸渍方式造成的结果不同,如前述5.3中的药品,在喷淋生产线上并不出现缩孔,原因是剧烈的喷射和搅拌作用使得消泡剂难于团聚,在溶液中分布是均匀的;或者团聚的消泡剂被滤网过滤,无法到达工件表面。
7 结语
有低表面张力的异物存在、该物质分布不均匀是造成缩孔的原因。对粉末涂装而言,该物质还需要高温下不挥发或粉末流平时尚未挥发完全的条件才能造成缩孔。
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