PVD底粉生产工艺和品质实现的研究

日期：2024-11-23 08:34

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摘要：摘要本文通过对底粉材料特性研究、生产工艺中的生产设备和生产环境的改造、生产设备参数设置等研究，使得介质粉产品外观、产品品质达标而且稳定。粉末涂料作为底粉取代介质漆，成功应用于真空电镀介质层。此工艺对提升介质粉的品质、推广在真空电镀介质层上的应用，具有巨大推动作用。前言 PVD(PhysicalVaporDeposition，PVD)即物理/气相沉积技术，由于其具有材料适应性好、工艺温度低、成膜速度快、镀膜组织致密、与基体结合力强，相对于传统电镀工艺...

摘要

本文通过对底粉材料特性研究、生产工艺中的生产设备和生产环境的改造、生产设备参数设置等研究，使得介质粉产品外观、产品品质达标而且稳定。

粉末涂料作为底粉取代介质漆，成功应用于真空电镀介质层。此工艺对提升介质粉的品质、推广在真空电镀介质层上的应用，具有巨大推动作用。

前言

PVD(PhysicalVaporDeposition，PVD)即物理/气相沉积技术，由于其具有材料适应性好、工艺温度低、成膜速度快、镀膜组织致密、与基体结合力强，相对于传统电镀工艺由于不再使用强酸、强碱及氰化物、铬酐等有毒有害化学品，对环境影响小、对比传统电镀工艺纯物理、无污染等优点。
PVD镀膜技术主要有真空蒸镀、溅镀、离子镀三种，广泛应用于机械、电子、通讯、汽车等领域，真空电镀已经成环保新趋势。在汽车工业领域，真空电镀技术替代传统电镀工艺直接应用于轮毂、车大灯、雾灯、车标、镀铬件装饰条等金属和非金属部件的电镀。由于金属部件基材的平整性差、制造表面有缺陷，在基材上直接镀膜会存在光泽不稳定、附着力不合格、耐盐雾性弱、耐水性差、外观缺陷等问题。所以在这些金属部件和电镀层之间需要有一层介质层进行承接，以满足真空电镀镀膜对底层的光泽、饱满度、平整性要求和各项性能要求，使PVD镀层即起到美观装饰作用，又能满足汽车部件的性能标准要求。

目前使用的介质层主要有溶剂型介质漆和固态介质粉，溶剂型介质漆施工简单，在汽车售后部件广泛应用，通常的生产工艺是“底材+溶剂型底漆+溶剂型介质漆+电镀层+溶剂型清漆"。

但其产品中VOC的排放不适应越来越严格的国家环保政策、污染环境，而且溶剂型介质漆作为介质层。电镀后电镀层的附着力、耐热冲击、防腐、耐燃料油等难以达到现行汽车部件性能标准的性能要求，各大汽车金属部件真空电镀厂家纷纷转向零VOC排放的粉末涂料寻求解决方案，掀起一轮漆改粉热潮。粉末涂料作为介质层有着高光泽、高饱满度、高良率和附着力、耐热冲击、防腐、耐燃料油等性能更好的优点。这种粉末涂料被称为介质粉，使用介质粉的真空电镀工艺是“金属底材+底粉+介质粉+电镀层+透明粉"，介质粉作为介质层的真空电镀件，更容易满足现行汽车部件性能标准，介质粉在汽车领域大批量地采用，市场份额越来越大。但是介质粉的生产制造比较困难，因真空电镀对介质层涂膜要求零缺陷，对涂膜缩孔、针孔、颗粒等缺陷零容忍、对产品批次的涂膜光泽、饱满度要求高。所以介质粉的生产工艺相较于普通粉末涂料的生产，存在着生产难度大、生产效率低、产品成品率低的问题。

本研究在现行介质粉生产工艺基础上，研究了介质粉生产工艺升级改善，通过对PVD底粉材料特性研究、生产工艺中的生产设备和生产环境的改造、生产设备参数设置等研究，使得介质粉的生产难度降低、生产效率提高、成品率高，实现产品品质稳定。

1、介质粉的基础配方和PVD真空电镀工艺简介

1.1 介质粉的基础配方（见表1）

1.2 介质粉的一般技术指标

1.2.1 PVD真空电镀工艺简介
粉末涂料作为真空电镀介质层，通常的电镀工艺是“金属底材+底粉+介质粉+电镀层+透明粉"。以轮毂的真空电镀工艺为例，先按照正常的轮毂底粉喷涂工艺涂装轮毂底粉，再在底粉涂膜上按照介质粉的涂装工艺喷涂介质粉，生成“玻璃状表面";
然后把喷涂好的轮毂部件放到含有少量氩气的真空金属喷镀室内，主要使用蒸镀或溅镀的方法将所选定材质的靶材如镍、铬、铝等镀到部件上，厚度约为1.0×10-7m，*后使用丙烯酸透明粉作为电镀层的保护层。粉末涂层作为介质层，表面*重要的是形成类似“玻璃状表面"，具有高流平、高光泽、高饱满度等特点，以使电镀层达到无雾影的镜面效果，介质层的涂膜基本参数如下表2：

1.2.2 粉末涂料
不含机械杂质，松散不结团（目测），粉末涂料密度：1.1±0.5g/ml，含水率：≤1%。

1.2.3 涂膜（技术指标见表2）

2、实验

2.1 原料及设备
陶氏环氧树脂：市售；酚类固化剂：市售；粉末涂料通用助剂（流平剂，安息香），进口；21.1 P 82双螺杆挤出机：科倍隆机械有限公司，ACM2PSR磨粉机：HOSOKAWA MIKROPUL GmbH、混料机。

2.2 生产工艺流程及介质粉制备
介质粉生产同其他粉末涂料的生产流程类似，经过以下工序：配料→预混合→熔融挤出→压片→粉碎→筛分。（见图1）按照配方（表1）称取各个组份，预混后通过双螺杆挤出机进行熔融混合挤出，使用冷却辊筒压片，随后用粉碎机进行研磨粉碎，*后筛分得到粉末。

2.3 品质检测
涂料成品粒径达标后，通过喷板固化后，经一系列的测试，评价其涂料品质的好坏。因作为真空电镀介质层，介质层涂膜需要做到外观零缺陷，其中包括膜厚、颗粒、粉点、缩孔、针孔、光泽、流平等检测，还包括批次之间的兼容、每箱之间的兼容、涂膜附着力、涂膜弯曲、冲击、表面硬度、杯突等。表3是检验的结果。

2.3.1 检测环境
介质层涂膜需要做到外观零缺陷，检测环境的误判干扰因素需要排除，主要包括纤维类颗粒、粉点、静电孔等，主要的做法是封闭的喷涂检验室，喷枪电压、电流、出粉量等参数不宜过大。
2.3.2 涂膜膜厚
测试使用膜厚仪进行测定。
2.3.3 涂膜外观
检测在膜厚符合的情况下，目测涂膜，涂膜上不能存在颗粒、粉点、缩孔、针孔等缺陷。
2.3.4 涂膜光泽、附着力、弯曲、流平等检测
在膜厚符合的情况下，使用光泽仪、百格仪、轴棒弯曲仪测定，流平检测需要与比对板进行比对判定。
2.3.5 兼容测试
介质粉需要测试兼容，测试粉末按50：50比例混合后，通过喷板固化，使用光泽仪和目测，判定其不能有失光和发雾情况，需要对每批首、中、尾箱号，多批次之间进行兼容检测。
2.3.6 涂膜容易出现的问题缺陷
介质粉固化后，涂膜出现概率比较大的缺陷是颗粒、DOI值和光泽偏低、流平不达标、缩孔、针孔等缺陷。

3、结果与讨论

3.1 材料特征对生产难度和品质的影响

由于介质粉需要流平(R)≥9的流平性，光泽≥110％，而且涂膜表面不能出现缩孔、颗粒、针孔等缺陷，就要求树脂与固化剂分子基团相容性极好，基本特征接近，以便于有良好的机械加工性能。树脂与固化剂充分均匀混合，以达到整个涂膜在固化过程中反应的均一性，为产品性能可靠性提供保证。但是在保证流平等性能情况下，所选的低分子量环氧树脂和酚类固化剂的软化点、黏度等基本特征有一定的差异性，导致一般效果的挤出混炼达不到介质粉涂膜高要求。树脂及固化剂的基本特征如表4所示，采用固定的生产工艺，其组合得到的测试结果如表5所示。

2型环氧+固化剂1组合可以得到*好的结果，由此可见环氧和固化剂的黏度对*终的产品品质有决定性作用，选择2型环氧和适当黏度的酚醛固化剂可以得到合格的品质。
3.2 生产环境对粉末品质的影响
介质粉极易受外界环境的污染，造成涂膜容易出现缩孔、颗粒等缺陷，所以对生产设备、生产环境的洁净度要求非常高，采取建立独立生产车间、生产环境空气隔离过滤，空气颗粒洁净度保持50万级。
3.3 挤出机螺杆对涂膜品质的影响
挤出机螺杆由喂料段、熔融、均化段组成（见图2），挤出机混炼效果好坏，将影响产品光泽和流平；

挤出机的功率，螺杆的长径比、横截面积、螺纹深度、转速等对物料的分散均匀有着影响；

研究测试选用了长泾比为24：1的螺杆，采用不同规格，不同挤出机螺杆对涂膜的光泽、流平影响结果见表6。

研究表明，增加螺杆长度、螺纹深度，对介质粉的外观改良可以达到目的；采用二次重复挤出，可以解决批次之间的兼容性问题。

4、结论

通过对原材料的特性进行分析，所用原料软化点、黏度等差异比较大，介质粉涂膜要求的零缺陷，造成介质粉的生产工艺相较于普通粉末涂料，存在着生产难度大、生产效率低、产品成品率低的问题。研究通过对生产环境的洁净度保证，挤出机螺杆的选择，二次挤出，保证充分均一分散混合，粉末中杂质的杜绝。检验方式和检验环境能够保证品质问题能够及时发现和反馈，使得介质粉的品质得到提升，获得更加高效的生产率，提高了成品率，保证了外观合格和品质稳定性。

文章来源：真空技术与设备网

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