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喷塑过程中的表面缩孔缺陷分析及对策

来源:www.cologun.com     发布时间:2018-05-18 15:35     浏览次数:


喷塑中造成针孔的原因,总结下跟一下几点有关系:
1、工件在喷涂之前表面有少量的水或油,高温固化时,油或水蒸发气化,会在工件上留下针孔。
2、如果针孔是一片一片的 ,而且比较密集,就应该是高压打火形成的,这种打火很轻微,电火花用眼睛可能看不出来,但是对工件的影响却很大。
3.粉末有关系,不同粉末混杂着用,如果塑粉的供应商有好几家,每家使用的流平剂不同如果混用固化后工件表面就会有针孔
4,还有跟工件的本身材质也有关系,热扎板和铸铁铸铝等材料,会经常出现针孔,冷扎板不会 。

本文论述了粉末涂装过程中的表面缩孔,包括气孔、针孔、水孔等产生的原因、解决办法及预防措施,指出基材的表面状态、前处理、脱水、固化、粉末涂料、压缩空气及管理等都与表面缩孔有关。针对不同的缩孔,应采取不同的解决办法和预防措施。

 
1 引言 
前文报导了涂装过程中表面颗粒产生的原因及预防措施,本文论述涂装过程中的表面缩孔,包括气孔、针孔、水孔等产生的原因、解决办法及预防措施。与表面颗粒不同,表面缩孔被视为涂装过程中的严重表面缺陷,既使降低其质量级别,也是不允许继续使用的,必须打磨后进行复喷或通过脱塑后重新进行涂装。
缩孔产生的原因是多方面的,既有基材方面的原因,也有前处理、粉末、管理等方面的原因,所以处理表面缩孔问题,必须综合考虑各方面的原因,有的可能是主要原因,有的可能是次要原因,应抓住主要原因进行解决,这样可以得到事半功倍的效果。 
 
所谓气孔,也叫气泡,是指在涂层表面形成凸起,凸起的中央有向上开的小孔,大者有米粒大小,小者如针尖大小。气孔多时,密密麻麻地分布于工件的某个部位,如焊点、焊缝、夹缝、折弯处的内侧、工件底部等。气孔小时,容易与表面颗粒相混淆,此时仔细观察表面颗粒会发现在其中央有一小孔。更大的气孔多发生于工件的夹缝和折弯处,会使涂层发生中断而不连续。 
气孔产生的主要原因是,在固化条件下,涂层下面的空气、水汽、其它物质分解产生的气体等冲破涂层而引起的。当涂层下面的气体较少时,气体无法冲破涂层而形成鼓泡。
 
所谓针孔,又叫针眼,是指孔的直径如针尖大小,既无凸起,也无凹陷,而是与涂层在一个平面上。针孔一般都露底,即露出底板。针孔产生的主要原因是,涂料还没有熔融时,下面的气体冲出涂层,即冲出气体部位的涂料被冲走,所以固化后会露出底板,显然针孔是由于基材的自身质量引起的。当涂层下面的气体较少时,气体无法冲破涂层而形成鼓泡。
 
所谓水孔,又叫水眼、麻点、麻坑、火山坑,孔的直径0.7~1.0mm,呈圆形,凹陷,有露底和不露底之分。如果孔内还有颗粒,则称为鱼眼。显然水孔的产生与基材的自身质量无关。
 
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2 基材引起的表面缩孔 
2.1 钢铁工件
(1)厚度小于1mm的优质冷轧板
涂装后不会出现针孔。如果有夹缝的话,在夹缝处由于有空气,涂装固化后可能会引起涂层中断而不连续,即产生较大的气孔;
a 米粒大小的气孔是由于钢板表面有锈蚀物、或污物没有处理干净引起的;
b 针尖大小的气孔是由于前处理残液或磷化挂灰引起的。
 
(2)厚度大于1mm的冷轧板
在折弯处出现涂层中断或不连续,说明钢板被折伤(在折弯的内侧出现凹槽),凹槽内存有空气;
a 如果在折弯处出现米粒大小的气孔,说明被折伤程度不严重或钢板上的污物未除干净,此时可能伴随出现表面颗粒;
b 如果在折弯处出现针尖大小的气孔,说明在折弯处有污染物,如除油不干净、前处理的残液、磷化挂灰等,此时会伴随出现较小的表面颗粒。 
 
(3)对于热轧板,由于其表面有较厚的氧化皮,磷化前需要除去,
涂装后出现气孔,是由于钢板酸洗是过腐蚀或钢板自身质量问题;如果出现针孔,则是钢板自身质量引起的。
(4)焊点处一般不会出现涂层不连续的现象
a 如果出现米粒大小的气孔,说明存在虚焊或有砂眼,或焊点处有锈蚀;
b 如果出现针尖大小的气孔,说明焊点处氧化皮厚,未经打磨或打磨不彻底,或磷化时此处挂灰。
c 工件上有铜钢焊接点时,如果焊剂清除不干净,涂装后会出现涂层不连续或米粒大小的气孔。
(5)铸铁件涂装后出现气孔、针孔等缺陷
尤其是铸铁件经过酸洗时这种缺陷更严重,这是由于在铸造时出现气孔和砂眼在所难免,所以铸铁件的前处理经常通过喷砂或抛丸来实现。
 
(6)对于采用硫酸脱塑后的钢铁工件
尤其是经过多次脱塑的钢铁工件,由于基材本身受到了不同程度的腐蚀,所以涂装后频繁出现气孔和针孔,很不好解决。
可以采用二次脱水的方法,或增加磷化膜的厚度来解决,必要时可以涂抹原子灰。
 
2.2 锌及锌合金工件 
(1)热镀锌及电镀锌工件
由于镀锌层比较致密,所以涂装后一般不会出现针孔,而冷镀锌板,尤其是质量比较差的冷镀锌板,镀锌层比较疏松,涂装后有时会出现针孔。
 
a 如果在折弯处出现涂层中断或不连续,说明钢板被折伤(在折弯的内侧出现凹槽),凹槽内存有空气;
b 如果在折弯处出现米粒大小的气孔,说明被折伤程度不严重或基材上的污物未除干净,或脱脂时镀锌层受到腐蚀,即脱水后有白斑出现,此时可能伴随出现表面颗粒;
c 如果在折弯处出现针尖大小的气孔,说明在折弯处有污染物,如除油不干净、前处理的残液、磷化挂灰或镀锌层虽受到腐蚀,但未出现白斑等,此时会伴随出现较小的表面颗粒。
(2) 焊点处一般不会出现涂层不连续的现象
a 如果出现米粒大小的气孔,说明存在虚焊或有砂眼,或焊点处有锈蚀;
b 如果出现针尖大小的气孔,说明焊点处氧化皮厚,未经打磨或打磨不彻底,或磷化时此处挂灰,此时会伴随出现较小的表面颗粒。
 
(3)对于采用硫酸脱塑后的锌及锌合金工件
尤其是经过多次脱塑的锌及锌合金工件,由于镀锌层被全部腐蚀掉,而且基材本身也受到了不同程度的腐蚀,所以涂装后频繁出现气孔和针孔,很不好解决。
可以采用二次脱水的方法,或增加磷化膜的厚度来解决,必要时可以涂抹原子灰。
 
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2.3 铝及铝合金工件 
(1)纯铝工件,尤其是板材,一般表面质量优良,涂装后不会出现针孔,但针尖大小的气孔经常出现,主要是前处理等其它工序不良等引起的。
 
(2)压铸的铝合金工件,虽然表面比较光滑,但压铸时出现气孔和砂眼在所难免,所以涂装后经常出现气孔、针孔等缺陷
严重时会导致涂层中断或不连续,尤其是前处理采用碱蚀和出光工序时更为严重。
 
(3)铸造的铝合金工件,由于铸造时不可避免地会出现气孔和砂眼,所以涂装后经常出现气孔和针孔
严重时会导致涂层中断或不连续,尤其是前处理采用碱蚀和出光工序时更为严重。铸造或压铸的铝及铝合金工件的前处理经常通过喷砂或抛丸来实现。
 
(4)对于采用硫酸脱塑,尤其是经过多次脱塑的铝及铝合金工件,由于基材本身受到了不同程度的腐蚀,所以涂装后频繁出现气孔和针孔,很不好解决。
可以采用二次脱水的方法,必要时可以涂抹原子灰加以解决。
如果采用有机溶剂脱塑,涂装后可能会出现涂层抽缩等其它表面问题,所以铝及铝合金的脱塑应慎用有机溶剂。
 
(5)工件上有铜铝焊接点时,如果焊剂清除不干净,涂装后会出现涂层不连续或米粒大小的气孔。
 
3 前处理引起的表面颗粒
 
前处理的好坏不会导致涂装后针孔出现,但会导致气孔和水孔的出现。仅对前处理而言,水孔是脱脂不彻底引起的,气孔不但与脱脂有关,还与磷化及涂料等有关。
 
3.1 钢铁工件 
由于钢铁工件比较耐强碱腐蚀,所以脱脂的碱度和温度可以高一些,有利于如拉伸油等顽固油污的去除。所以对于钢铁工件来说,涂装后出现水孔的机会不是很多,也就是说钢铁工件出现的水孔对脱脂的依赖程度并不强烈。但是如果水孔出现时还伴随有鱼眼出现,则表明脱脂严重不合格。此时不管是有水孔的工件,还是无水孔的工件,涂层的附着力都不好。夹缝处的涂层中断或不连续与前处理无关。如果局部出现米粒大小的气孔,则表明基材表面的锈蚀物没有清除干净或污物没有处理干净,此时可能伴随出现表面颗粒;如果在折弯处出现针尖大小的气孔,说明在折弯处有污染物,如除油不干净、前处理的残液、磷化挂灰等,此时会伴随出现较小的表面颗粒。
如果工件脱脂后表面有黑膜,即用手擦有黑灰出现,应按以下两种方法进行分析:一是基材进行机加工时使用了费机油或掺杂石墨或滑石粉作润滑剂;二是基材含碳量高。对于第一种情况最好先采用有机溶剂脱脂,之后再使用水基脱脂剂脱脂;对于第二种情况,基材表面经常会有锈蚀物,所以酸洗时应加入适量的具有氧化性的酸。如果黑灰不除,涂装后会出现气孔,同时出现表面颗粒,涂层的附着力不合格。
 
3.2 锌及锌合金工件 
由于锌及锌合金工件不耐强碱腐蚀,所以脱脂的碱度应低一些,但这样做不利于如拉伸油等顽固油污的去除,只能通过提高脱脂温度或使用高性能的脱脂剂来满足除油要求。锌及锌合金工件涂装后出现水孔的机会相对来说比钢铁工件多,也就是对脱脂的依赖程度相对高一些。但是如果水孔出现时还伴随有鱼眼出现,则表明脱脂严重不合格。此时不管是有水孔的工件,还是无水孔的工件,涂层的附着力都不好,所以应注重锌及锌合金的脱脂问题。夹缝处的涂层中断或不连续与前处理无关。如果局部出现米粒大小的气孔,则表明在脱脂时基材表面受到腐蚀,此时可能伴随出现表面颗粒;如果局部出现针尖大小的气孔,是由除油不干净、前处理的残液、磷化时基材被腐蚀或磷化挂灰等引起的,还可能伴随出现表面颗粒。如果在折弯处出现米粒大小的气孔,说明折伤程度不严重或折弯处在脱脂时受到腐蚀,或折弯处的污物未除干净,此时可能伴随出现表面颗粒;此时会伴随出现较小的表面颗粒。如果在折弯处出现针尖大小的气孔,则说明此处油污未除干净、前处理的残液未洗净、磷化时基材被腐蚀或磷化挂灰等,还可能伴随出现表面颗粒。 
 
3.3 铝及铝合金工件 
由于铝是两性金属,而且化学性质非常活泼,所以脱脂时的碱度应更低一些,以避免铝受到腐蚀,但这样做不利于如拉伸油等顽固油污的去除,只能通过提高脱脂温度或使用高性能的脱脂剂来满足除油要求。铝及铝合金工件涂装后出现水孔的机会相对来说比钢铁工件多得多,也就是强烈地依赖于脱脂。但是如果水孔出现时还伴随有鱼眼出现,则表明脱脂严重不合格。此时不管是有水孔的工件,还是无水孔的工件,涂层的附着力都不好,所以应特别注重铝及铝合金的脱脂问题。 
 
铝及铝合金的磷化处理工艺方式有以下两种
 
浸泡线:
脱脂—水洗—水洗—碱蚀—水洗—水洗—出光—水洗—水洗—表调—磷化—水洗—(纯)水洗 
 
喷淋线: 
脱脂—水洗—水洗—表调—磷化—水洗—(纯)水洗 
 
在浸泡线,碱蚀的目的是除去铝及铝合金表面上的氧化膜,这时会在表面出现一层黑膜。出光的目的是使用氧化性的酸,将这层黑膜除去,以得到新鲜光滑的表面。
 
在喷淋线,由于无法设定出光工序,所以必须通过适当的脱脂剂,既能完成脱脂任务,又能部分除去表面的氧化膜,而且又不能腐蚀严重,表面产生的黑膜通过喷淋的机械外力作用冲洗干净。因此,在喷淋线上,对脱脂剂的要求更高一些。
 
两种工艺产生的黑膜如果不除干净直接进行磷化,黑膜会依然存在,涂装后不但产生表面颗粒,而且还会产生米粒或针尖大小的气孔,更严重的是涂层的附着力很差,不能满足要求。 
 
铸造和压铸的铝合金工件,采用碱蚀和出光处理,涂装后会出现气孔和针孔。
 
最后一道水洗最好采用纯水,否则水中的杂质与铝反应,脱水后会在工件的下部边缘产生白边。涂装固化后,白边上的有害物质发生分解,从而形成针尖大小的气孔,同时还伴随有表面颗粒的产生,严重影响涂层的附着力。如果白边上的有害物质不容易分解或分解较少时,涂装后会出现鼓泡现象,即固化时气体未冲破涂层,但使涂层与磷化膜剥离。
 
铝及铝合金的脱塑最好采用硫酸。如果使用有机溶剂脱塑,将会产生严重后果,尤其是在喷淋线上,涂层不但出现水孔,还会出现抽缩(发笑),使生产不能正常进行。这时只能停止生产,彻底吹扫脱水炉和固化炉,最好将前处理的各种药液和水洗的水全部更换。在浸泡线上,由于有碱蚀和出光工序,可以除去大部分杂质,所以情况稍好一些。但如果长时间使用,仍会出现上述现象。
 
采用硫酸脱塑的铝及铝合金工件,尤其是经过多次脱塑的铝及铝合金工件,基材本身受到了不同程度的腐蚀,所以涂装后频繁出现气孔和针孔,很不好解决。可以采用二次脱水的方法加以解决,必要时可以涂抹原子灰。不能采用增加磷化膜的厚度的办法来解决,否则可能出现磷化膜挂灰,导致涂层的抗冲击性和附着力都不合格。
 
3.4 脱脂剂的组成
众所周知,脱脂剂中的硅含量过高,对涂装产生不利影响。工件材质不同,影响程度也不同,如钢铁工件,除非硅含量达到很高的程度,普通的硅含量一般不会导致水孔的出现;锌及锌合金工件,可能会出现少量的水孔,同时导致涂层的附着力不好;铝及铝合金工件,会导致水孔出现,并使磷化挂灰,严重影响涂层的附着力。
 
3.5 消泡剂 
脱脂剂在使用中有泡沫出现,尤其在喷淋线上泡沫更多,这时往往需要加入消泡剂来抑制炮沫的生成,使生产能够正常进行。
消泡剂的主要成份是有机硅,它对钢铁工件影响不大,对锌及锌合金工件有较大影响,对铝及铝合金工件有严重影响。这是因为铝及铝合金强烈吸附有机硅,最终导致涂层出现缩孔和抽缩。解决办法是最好少用或不用有机硅消泡剂或使用聚醚型消泡剂。
 
3.6 :最后一道水洗 
由于铝及铝合金的化学性质非常活泼,前处理最后一道水洗如果有杂质,在脱水阶段会与铝发生化学反应,生成物积存于工件底部形成白边。这种物质在固化阶段会发生分解,导致涂层出现气孔和表面颗粒,还往往伴随出现鼓泡现象,给涂层的附着力带来负面影响,所以铝及铝合金件的前处理的最后一道水洗尽量使用纯水。 
4 粉末涂料引起的表面颗粒 
有些针孔的产生是由于粉末本身的原因造成的。其特征之一是边缘部位较多,特征之二是当一次喷涂较厚时,其它部位也有出现。出现针孔的部位一次喷涂厚度在150μm 以上,有些性能较差的粉末涂料甚至在100μm 以下也会出现针孔。环氧一聚酯粉末或聚酯粉末都有这种情况。粉末涂层产生针孔的原因涉及到其组成树脂的熔融温度和分解温度的差异,如果二者很接近,在固化成膜的温度下,部分树脂分解而产生针孔。另一方面,固化反应中树脂与固化剂反应的副产物也包含有小分子,小分子逸出而产生针孔。所以选择合适的树脂和固化剂,是防止因粉末本身原因产生针孔的根本方法。
从缩孔形成的机理可知:粉末涂料组成中树脂不相容性是导致孔形成的主要原因。在粉末涂料使用过程中,由于各厂家配方体系和树脂的选择不同,是不能混合使用的,否则将产生缩孔、针孔等现象。即使在原料产地不变、配方未做任何变动的前提下,偶尔发现不同批次粉末涂料混合时也能出现缩孔现象,其原因可能是由于粉末涂料原材料性质不一致性引起的。因为粉末涂料用的聚酯树脂是以多元酸、多元醇聚合而成的,工艺合成过程不可避免存在着操作工艺条件的差异,带来批次间的质量不同,从而导致批次间的粉末涂料相容性下降、增大缩孔产生的可能性。
因此,建议使用厂家根据喷涂数量定量订购粉末涂料,集中某批次粉末涂料的使用,尽可能避免不同批次粉末涂料的混合使用。其主要原因在于粉末涂料中混进胶化、难熔性粒子和杂质等所造成的。制造粉末涂料过程中,由于颜料或固化剂分散不好,使颜料产生凝聚物。在熔融混合过程中有部分树脂进行固化反应产生胶化粒子,粉末中的尘粒和粉碎的纤维,以及粉末生产中挤出部位局部温度过高产生的焦化物质等,当粒径大于涂层厚度时就会产生颗粒。
粉末涂料自身的水份含量高或受潮时,涂装后会出现不漏底的水孔,严重时会按喷枪的移动方向出现横条或竖条的凹陷。此时如果前处理不好,还会出现水孔。 
 
5 设备引起的表面缩孔
 
脱水炉的炉温偏低或脱水时间偏短,工件表面的水份未能彻底烘干,涂装后出现不漏底的水孔。铝及铝合金件亲水性强,带水多,可能会出现漏底的水孔。一般情况下,脱水温度135~150℃,脱水时间15~20分钟。
 
6 空气带水或油污引起的表面缩孔 
 
空气带水或油,会随涂料喷到工件上,涂装后出现漏底的水孔。解决办法是,对空气储罐勤放水或油,以及在储罐后增加干燥和除油罐,清理空气中的水时,必须一并清理空气管路。 
 
7 环境引起的表面缩孔 
 
当喷粉环境相对湿度大于75%时,会导致不漏底的水孔出现。
 
8 管理不善引起的表面缩孔 
8.1 悬链、挂具带水 
由于脱水烘干不彻底,悬链、挂具带水,水滴滴落到工件上,涂装后出现水孔,尤其是铝及铝合金工件。解决办法是在脱水炉前进行人工抖水。在脱水炉后吹水或抖水不管是吹水还是抖水,水滴会溅到工件上,涂装后出现水孔。
8.2 脱水后的工件 
吸水脱水后的工件未及时涂装,储存于潮湿的环境或工件表面着水,涂装后出现水孔和表面颗粒。
 
8.3 脱水后的工件接触到污物 
如手上有汗、油、润肤霜等污物,或手套上有油污、灰尘等接触到工件,涂装后出现水孔或抽缩,铝及铝合金工件尤为严重。
 
8.4脱水炉或固化炉内有异物 
脱水炉或固化炉内掉入异物,如橡胶、塑料、化纤等高分子物质,钢铁工件涂装后出现窜烟现象,锌及锌合金工件可能出现水孔及轻微的抽缩,而铝及铝合金工件出现大量水孔并伴随严重的表面抽缩。
 
9 结论 
涂装过程中出现表面缩孔,既有基材方面的原因,又有前处理、脱水、固化、粉末涂料、压缩空气及管理等方面的原因。应针对不同的缩孔,采取不同的解决方案,并建立预防机制,以减少或避免缩孔的出现。

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