粉末涂料是不含溶劑的固體粉末狀環(huán)保型涂料，具有良好的裝飾性、保護性及較高的涂裝效率，廣泛應用于金屬表面的涂飾，尤其是鋁型材方面。與鋁型材常規(guī)表面處理方法如陽極氧化、電泳涂裝相比粉末涂料色彩豐富，環(huán)境污染、能耗顯著降低，涂膜的機械性能大幅提高，因此粉末涂料靜電噴涂已經(jīng)成為鋁型材表面處理的主要方法之一。粉末涂料固化過程，是指在靜電引力作用下吸附在工件表面的粉末涂料粉層，通過高溫固化處理達到具有一定機械性能、外觀質量要求的涂膜的過程，是鋁型材靜電噴涂產品質量控制的關鍵生產工藝之一，其固化工藝條件好壞將直接影響到鋁型材噴涂產品的外觀、機械性能。若涂層固化不好，經(jīng)涂裝的型材在擠壓組裝時涂層會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，則粉末涂料的使用價值不能得以實現(xiàn)。本研究利用差示掃描量熱法對鋁型材常用的聚酯/TGIC粉末涂料的固化過程進行了分析，討論了鋁型材常用聚酯/TGIC粉末涂料的固化特性溫度、等溫固化溫度，最低固化溫度對鋁型材固化過程的影響，為鋁型材靜電噴涂固化工藝過程的控制提供了重要的參考依據(jù)，并在生產實際過程中采用爐溫跟蹤儀檢測證明其正確性。

 

1固化過程分析

 

1.1固化工藝過程

 

差示掃描量熱分析技術(DSC)廣泛應用于熱固性粉末涂料固化過程研究。采用鋁型材專用聚酯/TGIC（(聚酯與TGIC的質量比為0.93：0.07)粉末涂料體系，以10℃/min等速升溫進行DSC測試，結果如圖1所示。

 

從圖1可看出，粉末涂料固化過程經(jīng)歷下面幾個階段：A區(qū)、B區(qū)出現(xiàn)2個峰。分別為聚酯樹脂與TGIC玻璃化轉變、熔融過程，峰頂1，2的溫度分別為62.97℃，98.8℃,C區(qū)為粉末涂料固化過程，有明顯的放熱峰存在，溫度區(qū)域為120-200℃，峰底3溫度約為180℃，為粉末涂料固化最佳固化溫度，考慮到生產配方中顏填料的加入，噴涂生產中固化溫度增加到200℃較適宜，保證固化交聯(lián)反應完全。粉末涂料的熔融擠出生產過程中，擠出溫度不能超過120℃，避免固化反應的發(fā)生導致粉末涂料有“渣滓”。

 

1.2固化特征溫度的預測

 

采用鋁型材專用聚酯/TGIC粉末涂料體系，分別以5℃/min,10℃/min,15℃/min，20℃/min升溫速率進行DSC測試，DSC曲線如圖2所示。

 

從圖2可知，隨著升溫速率的增加，熱流量-溫度曲線固化峰向上漂移，起始固化溫度T0、固化溫度Tp和后處理溫度Tf，均隨升溫速度的增加向高溫方向移動。升溫速度分別對固化反應特征值T0，Tp，Tf作圖并線性擬合，外推到升溫速度為0所得曲線如圖3所示。

 

固化特征溫度起始固化溫度(TO)、固化溫度(TP)和后處理溫度(TF)分別為122℃，150℃，206℃，動態(tài)升溫法所獲得TO,TP特征值不能直接用于噴涂固化工藝控制溫度，因為在粉末涂料配方中還加入了大量顏填料，工業(yè)生產中實際控制固化溫度高很多，但它為固化工藝條件的確定提供了理論依據(jù)。

 

1.3最低固化溫度

 

為驗證鋁型材靜電噴涂固化工藝的起始溫度，在如下的條件進行DSC檢測：采用鋁型材用的聚酯/TGIC粉末涂料體系，選取固化溫度為100℃，110℃，120℃，先分別在各自溫度下保持30min后降至30℃，再以10℃/min升溫速度升溫至250℃，熱流率-時間的變化關系曲線如圖4所示。

 

從圖4中明顯的看到：100℃,110℃的DSC曲線有固化峰，而120℃熔融保持30min后升溫過程中無固化峰，說明粉末涂料樣品在120℃，30 min熔融過程中已經(jīng)發(fā)生了交聯(lián)固化反應，因此鋁型材粉末靜電噴涂固化過程中，為確保型材表面效果，熔融、流平過程溫度盡可能在固化溫度下保持一段時間，且粉末涂料生產過程中融熔擠出溫度須低于120℃，才可能避免“結渣”現(xiàn)象出現(xiàn)。

 

1.4固化工藝溫度的確定

 

鋁型材粉末涂料靜電噴涂工業(yè)生產大多采用等溫固化連續(xù)工藝，選取鋁型材用的聚酯/TGIC粉末涂料體系，分別對溫度為160℃，180℃，200℃的條件下等溫固化過程進行DSC測試.時間為30min，所測得熱流率-時間的變化關系曲線如圖5所示。

 

從圖5中可以看出，相同的固化時間，聚酯/TGIC體系固化熱流率隨溫度的升高而逐漸升高，達到一定固化時間后熱流率趨于平穩(wěn)，20 min后熱流率幾乎不隨時間發(fā)生變化，為確保固化反應完全，需保持一定的固化時間；不同等溫條件下的熱流率隨溫度升高固化峰變窄，升高溫度達到相同的熱流率所需時間越短，需要保持一定的固化時問，縮短固化反應時間；但高溫固化易使涂料配方中的助劑（如脫氣劑安息香）因耐熱性差而造成涂膜黃變，低溫固化時間長生產效率低，鋁型材靜電噴涂工業(yè)生產中固化溫度與時間確定為200℃/20min較適宜。

 

1.5生產過程溫度控制

 

鋁型材粉末靜電噴涂固化工藝過程可分為升溫、保溫、冷卻3個階段。升溫段是粉末涂料的熔融、流平過程，獲得較好表面效果;粉末涂料的固化交聯(lián)反應主要發(fā)生在保溫段，一定的溫度與時間保證涂層交聯(lián)固化反應完全，達到鋁型材產品所需的機械性能。圖6為某鋁型材噴涂廠家的生產爐溫控制曲線，采用聚酯HT8043SF50鋁型材專用粉末涂料，Data爐溫跟蹤儀檢測，型材預熱升溫8 min達到固化溫度（200℃)，保溫段為200℃，20min確保固化，27min后出爐冷卻，整個固化工藝過程為30min，實踐證明其鋁型材噴涂產品外觀裝飾與機械性能滿足生產工藝要求。

 

2結語

 

非等溫固化DSC方法分析了聚酯/TGIC體系粉末涂料固化反應過程，通過溫度-升溫速率圖外推法確定了該體系的特征參數(shù)凝膠溫度(TO)、固化溫度(TP)和后處理溫度(TF)分別為122℃，150℃，206℃。

 

等溫固化過程進行DSC測試，實際最低固化起始溫度120℃左右，鋁型材靜電噴涂工業(yè)生產中固化溫度與時間控制在200℃，20 min較適宜。

 

工業(yè)生產實踐證明：采用Data爐溫跟蹤儀檢測粉末涂料固化過程，型材預熱熔融階段升溫8min，固化保溫段為200℃，20 min后出爐冷卻，鋁型材噴涂產品外觀裝飾與機械性能滿足生產工藝要求。