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摘要：探討了粉末涂料在汽車車廂上的涂裝新工藝開發及應用過程中，影響粉末涂層附著力與各層間附著力性能的因素及其控制措施。通過進行粉末涂料與汽車零部件涂裝其他材料前處理、電泳、密封膠材料的配套性及各工序工藝參數的反復驗證，驗證粉末涂層與各層間的附著力影響因素，并進行分析調整，控制，附著力穩定，為粉末涂裝新工藝的推廣應用提供了一定的技術儲備。

0 引言

在全球環境日益惡化，全球環境生態危機逐漸加重的當下，中央及地方政府等陸續對汽車涂裝三廢排放及原材料的VOC含量制定限制標準涂料在線coatingol.com。涂裝行業及其配套汽車主機廠積極開展技術進步和產品升級換代活動。汽車及其零部件涂裝線設計緊扣綠色、環保、節能為主題，粉末涂料以其無廢水廢渣廢氣（三廢）排放等技術特點，具有顯著的環保和節能優勢，可極大降低汽車部件的涂裝成本。本文以粉末涂裝在汽車車廂上的開發應用為例，探討在推動粉末涂裝工藝實施過程中，從涂料配方與配套性優化、底材、各涂層施工工藝參數、環境等方面，對附著力性能進行詳細分析和探討，并提供附著力不良的解決和預防措施。

1 粉末涂裝工藝特點

1.1 粉末涂裝工藝路線

汽車車廂液體涂料涂裝工藝路線如下：前處理（脫脂、無磷硅烷/磷化）→陰極電泳→烘干（160～170℃，20min）→焊縫密封→液體色漆噴涂→清漆噴涂→流平→烘干（140～150℃，20min）→強冷→檢查→下線。

汽車車廂粉末涂裝工藝路線如下：前處理（脫脂、無磷硅烷/磷化）→陰極電泳→烘干→焊縫密封→粉末涂料噴涂→烘干（180～190℃，20min）→強冷→檢查→下線。

其中對于素色如白色，藍色，可取消粉末清漆噴涂，直接替代液體色漆，金屬色則仍采用液體色漆加液體清漆的工藝。

此工藝路線適用于新建車廂粉末涂裝以及與液體涂料兼容生產的粉末涂裝生產線。

1.2 粉末涂裝成膜及固化特點

粉末涂裝一般采用往復機靜電噴涂技術，利用高壓靜電發生器產生的高電壓使粉末噴槍的頂端或者內部帶電，粉末粒子帶電后，在壓縮空氣和靜電力的作用下，帶電的粉末粒子向車廂工件運動，當粉末涂層到達一定厚度后，由于粉末粒子之間發生靜電排斥作用，車廂工件停止吸附帶電粉末粒子，粉末經高溫烘烤，膠化，進入玻璃化轉化溫度，高分子之間熔融固化，最終形成均一的涂膜。

相對于液體涂料，在固化過程中，粉末涂料與上道涂層之間的結合力更大，在材料開發、工藝調試及生產現場階段，也更容易出現附著力不良的問題。因此，對粉末涂層附著力不良問題的探討顯得尤為重要。

2 粉末涂裝附著力影響因素及其控制措施

涂裝是在工件表面形成一層牢固、堅韌連續的薄膜，達到工件表面防護裝飾的目的，Maitland和Mayne根據涂層鋼板的電化學性質的研究，提出涂層激化電阻控制論，并結合菲克（Fick）擴散定律，提出涂層壽命公式：

L=δ2/6D+ΦPsσn    式（1）

式（1）中，L-涂層壽命，δ-涂層厚度，D-離子擴散系數，Φ-常數，Ps-涂層附著力，σn-施加在涂層下鋼板的壓力。

由以上公式可知，涂層壽命主要取決于涂層適當的厚度，涂層附著力和涂層的離子擴散系數，對于粉末涂層亦是如此。一旦涂層附著力喪失，那么基材將失去涂層對其基本的保護作用，涂層防護作用失效，因此在涂料配方設計、生產工藝、施工和維護過程中，都應重視附著力。

按照附著力大小級別分類，附著力分為0、1、2、3、4、5，其中汽車車廂粉末涂層附著力要求為0級，切割邊緣完全平滑，無一格脫落，粉末涂料層間附著力通過百格附著力及剝離附著力來測評。

（1）百格附著力測試：美工刀片2mm間距劃至鋼板底材，并用3M膠帶粘起，觀察漆膜脫落情況，參考GB/T9286—1998。

（2）層間剝離附著力：在樣板邊緣用美工刀片試探伸至電泳與粉末涂膜層間，刀和試板表面15~30°角，然后在刀背上施加一定的推力，均勻地推動美工刀，判斷能否將涂膜從電泳層上剝離。如能輕松將涂膜從電泳上連續完整地剝離下來，且電泳和涂膜互不粘連，則判定為不合格；如果剝離時，電泳仍留在基材上，找不到電泳和涂膜之間清晰的界限，涂膜不能連續剝離且和電泳互相粘連，則判定為合格。

涂層在底材上的附著力是由涂層之間的機械力、物理-化學力共同作用的結果，因而，粉末涂層的附著力與粉末涂料及配套涂料的配方、工件材質、工藝參數、粉末涂層及其使用環境等多種因素有關，本文將針對粉末涂裝的工藝特點，從涂料配方及相互配套性、工件狀態、噴涂膜厚、各涂層工藝參數、上道涂層的工藝質量狀態、施工環境等方面來探討粉末涂層附著力的影響因素，并提出相應的解決措施。

2.1 粉末涂料及各涂層配方及層間配套性對附著力的影響

粉末涂料及其配套涂層配方對涂層附著力的影響，主要體現在如下幾個方面。

2.1.1 涂料組分的相容性

粉末涂料附著在底材時，涂料中的樹脂成分如羥基、羧基、酰胺基、環氧基、氨基、異氰酸酯基等，可形成極性強的化學活性附著中心，一般而言，涂料中極性越強的樹脂，其涂層附著力越好。對于相鄰的兩道涂層來說，如兩種涂料樹脂極性不同，則層間附著力難以保證。因此粉末涂料與電泳涂料、密封膠等的樹脂極性需進行匹配試驗驗證，匹配性良好是保證附著力的基礎。

2.1.2 涂料中的顏料和填料

涂料中的顏料和填料是通過影響涂料的流變性和機械性，從而對附著力產生影響。配方設計中，顏料與漆料相互作用的程度對涂層附著力有著決定性的影響，不同顏料、粒度、形態和表面性質、用量都影響著涂層附著力。

2.1.3 涂料中助劑的影響

主要包含附著力改進劑、收縮控制劑、增塑劑和某些樹脂添加劑，其主要原理都是增加樹脂極性，有助于形成化學活化中心，控制涂層的固化收縮。

鑒于以上涂料配方對涂層附著力的影響作用機理，對于粉末涂料，密封膠，電泳，前處理等多道涂層，涂料配方設計之間的匹配性是決定涂層附著力性能的基礎。只有相互配套性良好的涂層，才能通過生產現場工藝參數質量管控，施工環境的管控取得良好的效果。對于選定粉末涂裝工藝相關的工藝材料，均需開展粉末涂料與前處理、電泳涂料、粉末涂料與密封膠的相互配套性驗證。

（1）粉末涂料與前處理、電泳涂料的配套性試驗[2]粉末涂料的烘烤工藝要求一般為（180～190）℃×20min，通常電泳涂料烘烤工藝要求一般為（160～170）℃×20min。電泳烘干后的工件如再次經過（180～190）℃×20min的烘干，可能會導致電泳漆膜過度干燥，機械性能下降，存在電泳與粉末涂層配套附著不良的風險。

同時，電泳涂料與粉末涂料配方設計中的樹脂，顏填料等之間的匹配性也需要通過試驗進行驗證。一般驗證方案為：按照粉末涂料生產線工藝制板，對復合涂層進行常溫附著力、機械性能、耐水、耐濕熱后附著力、中性鹽霧等項目進行測試。

以車廂前處理及底面合一電泳與超耐候聚酯粉末進行配套試驗為案例，驗證匹配性，需進行的相關性能測試見表2。

如生產現場調整不同的配方，或涂料穩定性發生變化，如產量低的生產線電泳涂料長期未更新，粉末涂料調整配方等需重新進行上述實驗驗證，直至配套性能均滿足車廂涂層質量標準為止。

（2）粉末涂料與密封膠的配套性驗證[1]

傳統PVC密封膠的烘干條件為（130～140）℃×20min，為最大限度節能，可采用膠與粉末同步烘干，沒有設置膠烘干爐，在粉末過高溫度（180～190℃）×20min下烘干易出現膠條黃變、流淌、二次流掛現象，及密封膠中溶劑揮發影響粉末涂層附著的問題，需對密封膠選型，選擇耐高溫PVC或聚氨酯密封膠用于與粉末涂裝的配套。粉末涂料與密封膠的匹配性需進行的相關性能測試見表3。

表3粉末與密封膠配套項目驗證表通過試驗可看出，粉末與密封膠材料配套會出現膠條黃變、膠條與油漆邊緣出現深色析出物等配套不良現象，需不斷地調整密封膠配方，按照表3性能反復驗證，選擇與粉末配套良好的密封膠。

2.2 底材對粉末涂層附著力的影響

2.2.1 底材表面形態的影響和表面處理的影響

車廂焊接件表面氧化膜與金屬表面的結合力較弱，而粉末涂層與上道涂層結合力相對更大，在粉末噴涂后的附著力測試中，涂層很容易從金屬表面剝離。因此，車廂在涂裝上件前需進行人工氧化皮打磨擦凈處理或進行拋丸處理。

油污是低表面張力的物質，與金屬及涂料的結合力都極弱，對附著力的影響很大。前處理除油工序主要包含預脫脂、脫脂等，脫脂處理液堿度低、pH值發生變化、工藝溫度不達標、除油工藝處理時間過短等都會導致工件除油不凈。同時有些板材上的防銹油特別難脫除，在板材選擇時要尤其注意。

處理方法：粉末涂料涂裝工藝文件中，加強車間日常生產時的槽液工藝參數的檢測和審查，保證工件前處理過程嚴格按照工藝文件執行。

2.2.2 電泳涂料中雜質成分對表面能的影響

通過測量出現附著不良階段（圖2）取樣的電泳漆A與未出現附著不良階段（圖3）取樣B的電泳漆的灰分，來判斷電泳涂料是否混入雜質。灰分測定方法：準確稱取約10g試驗電泳漆于已知質量的瓷坩堝中，放入120℃的烘箱中干燥1h，然后放入馬沸爐中，徐徐升溫至（800±50）℃加熱灰化1h，放入干燥器內冷卻至室溫，求瓷坩堝增加的質量（g）。

電泳漆中混入雜質，紅褐色鐵銹類物質，進一步排查為車廂板材帶入電泳槽中的鐵離子。試驗驗證，電泳經打磨擦凈后，層間附著力符合要求；

解決措施：

（1）車廂上件前人工擦拭油污及鐵渣，并檢查；

（2）前處理重新換槽，并更換過濾袋至50（由100μm更換至50μm）；

（3）電泳漆建立并規范除油過濾袋等更換頻次，管理槽液的狀態；

（4）生產線換槽及電泳除油后，重新安排生產，小件測試后層間附著力測試合格后，再安排車廂板試生產、裝配、評審，以穩定生產線車廂粉末涂層附著力。

2.3 施工工藝參數對粉末涂層附著力的影響

2.3.1 粉末涂層內聚力對附著力的影響

粉末涂層的內聚力是涂層自身發生內聚產生的力，而附著力則是涂層與底材相互粘附的力。多道涂層施工時，要控制內聚力和附著力之間的比例關系。

當粉末涂料與電泳涂料配方型號不變時，粉末涂料膜厚越厚，內聚力越大，而附著力則不會增加，于是內聚力與附著力比例增加，層間附著力變差。剛性底材上涂料成膜時，因無法收縮而產生內聚力，涂層中的內聚力能抵消附著力，使得只需較小的外力就能破壞粘合鍵。過高的膜厚，其內部收縮力對下涂層的剝離效應也較高，對涂層間附著、電泳與基材的附著力都會有影響。同時，粉末涂層膜厚還會影響涂層豐滿度、外觀、機械性能、耐老化性能等，二者之間需形成平衡。根據實驗驗證及經驗數據，粉末涂料的涂層厚度控制在160μm以下，附著力可穩定在0級。

汽車車廂多采用波紋板，存在較多凹凸面，易導致粉末厚度分布不均，因此需要在粉末涂層膜厚調試過程中，將粉末涂層膜厚控制在70～160μm之間，在滿足粉末涂料最低工程遮蓋力的同時，保證粉末涂層的附著力。

2.3.2 粉末涂層固化對附著力的影響[2]

粉末的固化影響粉末涂層機械性能，從而直接影響粉末涂層附著力，韌性好的涂層，附著力良好。硬或脆的涂層，附著力將變差，粉末涂料附著后，如粉末烘干固化時間和溫度不足將導致涂膜出現脆性增大，過烘干也會出現涂層過硬，附著力測試中均會出現涂層明顯剝落，導致涂層附著力不合格的問題。

因此需要對生產現場的爐溫曲線進行跟蹤檢測，同時進行該溫度條件下的涂膜附著力檢測，確保涂膜附著力達標，工件表面溫度時間達到粉末涂料的固化需求。

2.4 上道涂層工藝參數對粉末涂層附著力的影響

2.4.1 前處理工藝異常

（1）工件脫脂不凈[2]

在本文2.2.1小節中已進行了探討。除工件脫脂不良外，工件帶入的打磨灰、碳粉、油漬、焊渣、鐵粉等處理不徹底，都會影響層間界面的表面狀態，從而影響附著力。因此在每道工序前后，都需要進行仔細擦拭、檢查。

（2）表調工藝參數異常

磷化前的表調對磷化膜成膜質量影響極大，當表調工藝參數出現異常時，將導致磷化膜結晶顆粒偏大、磷化膜層疏松，嚴重影響粉末涂層的附著力。

（3）磷化膜不良[3]

磷化液的參數控制包含總酸度、游離酸度、促進劑濃度、槽液溫度、磷化時間等，當磷化液的參數發生變化時，如槽液溫度升高，磷化反應劇烈，有效離子含量損失，會導致磷化膜不規則結晶，甚至二次結晶，磷化膜顆粒嚴重偏大且比較稀疏不致密，最終導致粉末噴涂之后磷化層和底板基材之間的附著力不穩定。生產現場每班需進行一次槽液參數監控，監測工件脫脂狀態、溫度、脫脂堿度、磷化參數、磷化中離子含量控制等。同時要求前處理材料廠家駐點服務，并提供離子含量檢測周報。

經實際生產驗證，“電泳+粉末涂料”體系，對磷化膜厚度要求更嚴格，5～10μm為促進劑添加過多，離子含量異常時的磷化膜膜厚，正常磷化膜膜厚應控制在1～2μm，對應的晶像照片如圖4所示。

2.4.2 電泳槽液參數異常

當電泳線長期產量過低，或者長期停產時，會出現槽液老化現象，如：

（1）當電泳漆槽液出現pH值與MEQ值同時偏低、庫侖效率偏低、電泳膜厚下降時，槽液存在老化現象；

（2）槽液溶劑含量偏低，加劇槽液老化。

電泳槽液穩定預防措施：

（1）控制槽液pH值在5.6～5.8之間；MEQ值每周檢測一次，控制范圍在28~32之間；

（2）嚴格控制槽液溶劑含量0.8%～1.5%；

（3）長期停產期間（≥7d）電泳槽液溫度控制在25℃；

（4）雜質離子：定期檢查雜質離子含量和電泳槽液的含油量。

2.4.3 工件電泳烘干異常

粉末涂層結合力較前處理電泳結合力強，一旦電泳涂層烘干不足，易與上道涂層咬合，發生附著力不良問題。

但當電泳烘干時間設置過長或烘干溫度設置過高時，也會導致電泳漆出現過度固化，使電泳涂層表面張力增加，導致粉末涂料在電泳涂膜上的附著力下降，出現層間附著力不良問題。

在粉末涂料材料開發過程中，在烘箱內對電泳烘干時間和溫度進行了工藝驗證，驗證結果見表3。制板過程為試驗板在線前處理（三元系磷化）、電泳，在實驗室按不同烘干條件進行試板電泳涂膜烘干，將烘干后的實驗進行干燥度檢測后再上線掛板進行噴粉，控制噴粉厚度為100~120μm。每種烘干條件下需選擇出3塊符合粉末膜厚要求的試驗板進行附著力檢測。

根據上述實驗驗證，可以得出如電泳烘干條件發生變化或工件出現多次在線返工問題，則需要對涂膜的附著力進行重點管控。粉末涂裝線生產過程中也需要嚴格控制電泳烘干狀態，主要從如下幾個方面進行管控：

（1）每日檢測電泳烘房及輸送鏈設備是否滿足工藝狀態；

（2）每日定期對電泳后工件采用脫脂棉蘸取丙酮擦拭檢測電泳漆膜的干燥度；

（3）在工藝調試及試生產期間，每天對首件進行掛試驗板，檢測電泳附著力及電泳后粉末附著力，掛板附著力合格后再進行生產，待附著力穩定后可為每天隨機掛板檢測。

2.5 自然氣候對粉末涂層附著力的影響

2.5.1 噴涂溫濕度對涂層附著力的影響

噴涂房溫度變化會引起不同涂層不同彈性模量變化，涂層間微觀的變形不同，在涂層內引起機械應力發生變化，從而影響附著力。噴涂房相對濕度變大，會引起涂層附著力下降，高濕狀態下涂層容易發生溶脹、水溶性組分易分離、附著力下降。

在每道涂層施工過程中，需按照工藝文件要求，嚴格控制施工溫濕度。

2.5.2 光老化對涂層附著力的影響

粉末涂料涂層受日光曝曬，會使涂料中的樹脂和顏料發生降解，化學結構發生變化，從而附著力下降。因此，在粉末涂料的開發過程中，除對常態附著力進行測試外，還應對耐水、耐濕熱、耐化學品、耐鹽霧、耐老化等實驗項目后，增加對涂層附著力的測試，均需達到0級。

3 生產現場附著力問題解決措施

粉末生產線投入使用后，在涂層配套良好，前處理電泳及粉末工藝設備參數均滿足工藝要求的情況下，一旦出現附著力不良問題，現場通過如下方法進行快速判定問題原因并加以解決。

（1）粉末異常的噴板判定：將標準前處理板直接噴粉，放入實驗室小烘箱進行烘烤，判定粉末是否異常。

（2）前處理、電泳異常判定：生產現場前處理和電泳由不同供應商提供，生產中遇到異常，較難判定責任歸屬。在現場調試生產中，通過利用其他生產現場的磷化電泳板、本生產線的磷化電泳板以及標準磷化板電泳后噴涂粉末涂料后判定附著力，通過交叉驗證方法對附著力問題因素進行分析驗證，從而判定生產線的前處理電泳狀態是否存在異常，指導并解決粉末涂層附著力不良的問題。

4 結語

由于粉末涂裝工藝特點及涂層固化機理的特殊性，粉末涂層最終附著力，既包含了底材和磷化、磷化和電泳，又包含電泳和粉末之間的層間附著力，現場工藝中的某一個環節工藝參數出現問題就可能最終導致粉末涂層附著力不良，影響產品的最終涂膜質量。本文結合粉末涂料的工藝特點，從涂層附著機理層面，圍繞粉末涂層附著力影響因素進行深入分析，并提出建議措施，對新建粉末涂裝線開發驗證及工藝調試具有一定的指導意義。