粉末涂料在復(fù)合材料部件上的應(yīng)用

粉末涂料技術(shù)的進(jìn)步，使得越來越多的復(fù)合材料部件獲得了可行的表面質(zhì)量。

從航空航天到汽車再到體育用品等行業(yè)，復(fù)合材料正快速進(jìn)入越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。然而，要想獲得表面完美的復(fù)合材料部件，可能是一項挑戰(zhàn)。施加粉末涂料，這種傳統(tǒng)上用于金屬的精加工工藝，現(xiàn)在在非金屬基材上越來越受到歡迎。

粉末涂料涉及通過靜電應(yīng)用過程將干的粉末涂在基材上，然后涂有粉末涂料的部件在加熱的條件下固化，形成耐用、美觀的保護(hù)性飾面。該工藝優(yōu)點(diǎn)很多，包括均一的外觀、更高的抗碎裂性和耐刮擦性，以及因不含有害空氣污染物（HAPs）和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）而具有環(huán)保優(yōu)勢。

盡管具有這些優(yōu)點(diǎn)，但要將粉末涂料用作復(fù)合材料部件的飾面，仍需考慮幾個重要因素。需要考慮的主要因素之一是基材的熱敏性。傳統(tǒng)的粉末噴涂工藝需要在高溫下固化，溫度通常為150-200℃，但許多復(fù)合材料可能無法承受這樣的溫度，否則會發(fā)生降解或變形。為解決該問題，一些低溫粉末涂料已被開發(fā)出來，這些涂料能夠在明顯更低的大約120-150℃的溫度下固化，從而適用于熱敏性基材。其他的低溫解決方案包括利用紫外光來固化粉末涂料，以減少熱敏材料暴露在熱環(huán)境中。

處于這種創(chuàng)新前沿的一家公司是Keyland Polymer（美國俄亥俄州克利夫蘭），該公司以其可紫外固化的粉末涂料而聞名。Keyland Polymer的歷史與其姊妹公司 DVUV（克利夫蘭）有關(guān)，據(jù)說，DVUV在北美推出了第一個紫外固化的粉末涂料系列產(chǎn)品。最初，DVUV專注于將其涂料用于密度纖維板 （MDF），但很快就意識到可紫外固化的粉末涂料具有更大的應(yīng)用潛力，應(yīng)用范圍超越了傳統(tǒng)的基材，這就引發(fā)了Keyland Polymer在2006年的成立，其使命是，通過持續(xù)研發(fā)，不斷推動紫外固化粉末涂料技術(shù)的進(jìn)步。

Keyland Polymer的主要產(chǎn)品 UVMax 已成為高品質(zhì)紫外固化粉末涂料的代名詞。多年來，該公司利用其專知，已將其涂料擴(kuò)展應(yīng)用到金屬、塑料和復(fù)合材料（包括碳纖維材料）等基材上，這種多元化的應(yīng)用使得Keyland成為傳統(tǒng)粉末涂料難以處理的熱敏和非導(dǎo)電基材用涂料技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者。

“我們的涂料只需一層，就能提供極具裝飾性和功能性的涂層，與其他技術(shù)相比，具有極高的效率?！盞eyland Polymer 的業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理 Andrew Walton 說道，“我們?nèi)栽陂_展的許多研發(fā)工作主要面對那些傳統(tǒng)上無法應(yīng)用粉末涂料的非導(dǎo)電熱敏基材，也就是通常使用液態(tài)漆層的部件，我們對噴涂這類材料非常感興趣，因為我們可以為傳統(tǒng)上無法應(yīng)用粉末涂料的基材提供可應(yīng)用粉末涂料的屬性，從而獲得高的涂著效率和非常耐用的飾面?！?/p>

涂著效率是指粘附在預(yù)期表面上的涂層或漆層與浪費(fèi)材料量的百分比。由于應(yīng)用過程是利用靜電噴槍將帶電材料沉積到基材上，因此粉末涂料能夠?qū)崿F(xiàn)高的涂著效率。

Keyland Polymer的可紫外固化粉末涂料已在各行業(yè)中得到了應(yīng)用，包括運(yùn)動和娛樂設(shè)備、航空航天和汽車等。比如，在體育行業(yè)，這些涂料為自行車、網(wǎng)球拍和高爾夫球桿等產(chǎn)品帶來了更強(qiáng)的耐用性和使用性能。在航空航天和汽車領(lǐng)域，該公司正在開展一些研發(fā)項目，以探索將其涂料用于內(nèi)飾部件，以及開發(fā)具有特定性能特征的功能性涂料。

Walton 表示，該公司內(nèi)部的樹脂制造能力使其能夠訂制樹脂配方來滿足不同應(yīng)用的獨(dú)特需求。這種靈活性使Keyland Polymer能夠開發(fā)具有高化學(xué)耐受性、抗紫外褪色和其他特殊性能的涂料。

粉末涂料的優(yōu)勢

粉末涂料以其耐用性和保護(hù)性而聞名，可針對環(huán)境因素（包括紫外輻射、濕氣和化學(xué)品）提供強(qiáng)大的屏障，這種保護(hù)對于在戶外或惡劣環(huán)境中使用的產(chǎn)品特別有益。此外，粉末涂料還帶來了諸多的美觀性選擇：從啞光到高光，從金屬質(zhì)感到紋理外觀，粉末涂料有多種顏色和飾面可供選擇。這種多功能性允許設(shè)計師在不影響產(chǎn)品性能的情況下實(shí)現(xiàn)特定的美學(xué)目標(biāo)。

也許最重要的優(yōu)勢是粉末涂料被認(rèn)為是一種環(huán)保工藝。與液態(tài)油漆不同，粉末涂料不含溶劑或HAP，釋放的VOC 量可以忽略不計，這使其成為更環(huán)保的選項，符合許多行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

此外，粉末涂料的固態(tài)特征使其易于儲存、運(yùn)輸和清理。而在應(yīng)用過程中，粉末帶有靜電，這使其能夠粘附在基材上，意味著所應(yīng)用的大部分涂料最終都會附著在部件上，從而實(shí)現(xiàn)了高的涂著效率，最大程度地減少了浪費(fèi)。多余的粉末還可以回收重復(fù)使用。

紫外固化粉末涂料

固化過程中的過熱除了給復(fù)合材料部件或塑料部件帶來變形或降解的風(fēng)險外，還會影響復(fù)合材料的力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度和彈性。而紫外固化的粉末涂料對于涂覆此類材料特別有用，因為暴露在紫外線下時，它們會立即固化，這有助于降低改變材料性能的風(fēng)險。通過使用紫外光來固化涂層，可以在不損壞基材的情況下獲得耐用、高質(zhì)量的飾面。

Keyland Polymer的營銷經(jīng)理 Rebecca Lonczak 解釋說：“我們標(biāo)準(zhǔn)的紫外配方的固化率比任何其他低溫或傳統(tǒng)熱固性粉末涂料的要低得多。對于具有較低溫度閾值的部件，可紫外固化的粉末涂料是一種理想的解決方案。”

Lonczak 解釋說，應(yīng)用可紫外固化的粉末涂料所使用的設(shè)備與傳統(tǒng)粉末涂料的相類似，主要區(qū)別是這些粉末涂料配方中含有光引發(fā)劑，且需要紫外線來完成固化過程。

應(yīng)用可紫外固化的粉末涂料確實(shí)需要考慮采用特定的設(shè)備和工藝?！胺勰┩苛吓c系統(tǒng)是齊頭并進(jìn)的?！盬alton 說道。

該過程包括兩個不同的步驟：熔化和固化。粉末涂料必須得到加熱才能流動，這可以采用不同的熱源來實(shí)現(xiàn)，包括對流加熱和紅外加熱。一旦粉末涂料流動并處于高溫下，就需要使其暴露在紫外線下來實(shí)現(xiàn)固化和交聯(lián)。

在部件上涂覆紫外固化的粉末涂料后，需要利用對流加熱或紅外加熱來使其受熱。粉末涂料熔化后，利用紫外線對其進(jìn)行固化

其他注意事項

除了需要固化外，在復(fù)合材料部件上應(yīng)用粉末涂料前，還需要考慮其他一些因素。

1. 復(fù)雜的形狀：碳纖維部件通常具有復(fù)雜的形狀和輪廓，這為均勻涂敷粉末涂料帶來了挑戰(zhàn)。先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，如帶有可調(diào)節(jié)噴嘴的靜電噴槍，有助于實(shí)現(xiàn)涂料的均勻涂敷。在應(yīng)用過程中，旋轉(zhuǎn)或傾斜部件也可以確保粉末涂敷到表面上的所有角落。

2. 表面處理：在施加涂層前，需要對表面作適當(dāng)?shù)奶幚恚@對于確保粉末涂料的附著力和耐久性至關(guān)重要。碳纖維和復(fù)合材料的部件通常具有光滑、無孔的表面，涂層難以附著，利用噴砂、化學(xué)蝕刻或涂底漆等表面處理技術(shù)，則可以提高附著力。在對復(fù)合材料部件進(jìn)行表面處理時，必須選擇一種不損壞纖維或樹脂基體的方法。

3. 電導(dǎo)率：粉末噴涂工藝是依靠靜電吸引在固化前將粉末固定到位。碳纖維本質(zhì)上具有導(dǎo)電性，這有助于粉末涂料的應(yīng)用。但是，電導(dǎo)率可能會因復(fù)合材料的配方和纖維取向而異。由于確保整個部件具有一致且足夠的靜電荷至關(guān)重要，因此使用導(dǎo)電底漆或?qū)⒉考拥氐燃夹g(shù)可以改善粉末涂料的應(yīng)用過程。

Walton表示，有許多導(dǎo)電底漆和粘合劑促進(jìn)劑可供選擇。事實(shí)上，Keyland Polymer有一種專為復(fù)合材料部件而設(shè)計的底漆。在噴涂粉末之前，根據(jù)部件的復(fù)雜性和系統(tǒng)的工藝限制對部件進(jìn)行噴涂或浸漬。

展望未來

Keyland Polymer正在不斷突破可紫外固化的粉末涂料技術(shù)的界限。該公司正在積極研究進(jìn)一步降低固化溫度的方法，一些項目的目標(biāo)是，將固化溫度降至100℃。這些進(jìn)步為涂覆熱敏基材開辟了新的可能性，并有助于擴(kuò)大可紫外固化的粉末涂料的應(yīng)用范圍。

隨著市場對輕質(zhì)、高性能材料需求的不斷增長，開發(fā)并改進(jìn)用于復(fù)合材料的粉末涂料工藝，有助于推進(jìn)復(fù)合材料在各領(lǐng)域的應(yīng)用。Walton表示，在電動汽車、儲能和航空航天等應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在未來空中交通（AAM）領(lǐng)域，人們正在對“以新的方式使用粉末涂料”產(chǎn)生興趣。“我們看到市場對功能性涂料而非裝飾性涂料的需求有所增加。”

粉末涂料作為一種飾面選擇可以提供很多幫助，因為它能夠?qū)⒛途眯浴⒈Ｗo(hù)性、美觀性和環(huán)境效益結(jié)合起來。技術(shù)的進(jìn)步消除了對基材熱敏性的擔(dān)憂以及使用該材料的其他挑戰(zhàn)，粉末涂料有望在復(fù)合材料的應(yīng)用中發(fā)揮越來越大的作用。