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显著提高传输效率

显著提高传输效率

原载于 欧洲涂料杂志2018年第11期

增强技术静电喷涂在非导电基材和复杂的几何形状. 作者:Atman Fozdar, 罗纳德·Lewarchik, 化学动力有限责任公司, 美国, 还有维贾伊·曼纳里, 东密歇根大学, 美国.

轻型汽车是塑料和高分子复合材料的重要市场, 在过去的50年里,这一数字显著增长. 还有其他原因, 这是由于与金属相比价格便宜, 能够塑造复杂的几何形状, 减轻体重, 并且由于重量的减轻而提高了燃油经济性. 各种塑料和复合材料被用于汽车内饰, 外壳, 电气系统, 动力系统和发动机部件. 其复杂的几何形状和基材的不导电性质意味着涂层不能使用静电喷涂, 是什么限制了传统喷涂方法应用涂层的方法. 传统的液体涂层喷涂方法会导致传输效率的显著损失(约40- 60%,取决于基材的几何形状), 所以这里有一个明显的市场机会.

粉末涂料被认为是最适合和最环保的塑料涂料,因为, 例如:

  • 无有害挥发性有机化合物
  • 更高的首传效率(高达90- 95%);
  • 过量喷涂可重复使用/回收.
  • 优越的薄膜性能(坚韧、耐用、坚硬、耐刮)
  • 更低的处理时间和能源需求.
  • 一步整理工艺.
  • 然而,粉末涂层塑料和复合材料带来了一些挑战,例如:
  • 采用静电喷涂法在非con上喷涂粉末涂料

塑性塑料及复合材料.
ą在低表面能的塑料上粘附粉末涂层.
ą选择正确的粉末化学,在低温固化

由于塑料和复合材料的热变形温度低.

澳门买球已经开发了一种克服这些挑战的方法.
CAPs的使用消除了预热和等离子体处理的需要 而化学蚀刻塑料基材的同时又改善了薄膜 外观及应用效率.

结果一览

  • 一种用于连续/传送带生产线的新型导电粘附促进剂(CAP)技术, 干的很快.
  • UV固化和低温固化(LTC)粉末和液体涂层现在可以均匀地应用于塑料复合材料的加工/法拉第笼区.
  • 在无孔衬底上,CAPs在较低的薄膜厚度下工作更有效.
  • CAPs可以显著提高将液体或粉末涂层应用于具有复杂几何形状的塑料复合材料的转移效率.
图1:导电材料的表面电阻率分类.

表面电阻率是关键

图1 根据表面电阻率对导电材料进行分类. 粉末涂料在塑料基材上的成功应用, 衬底的表面电阻率必须小于108欧姆/平方(从澳门买球以前的工作发表在 欧洲涂料杂志, 20171). 这使它在导电,静电耗散范围内 图1. (澳门买球将成功的应用程序定义为统一的外观, 粉末颗粒在衬底上以及在应用时没有直接视线的凹坑区域形成和沉积薄膜.)

表面电阻率分级量化:

Anti-static
衰减速率(秒衰减),5000至50伏,相对湿度12%
标准:MIL PRF 8705 D, NFPA 56A

静电损耗(ESD)
表面电阻率(欧姆/平方)
表面电阻(欧姆)
标准:ASTM D257, ESD STM11.11、iec 60079-0

导电
体积电阻率(欧姆-cm)
表面电阻率(欧姆/平方)
标准:ASTM D257

EMI / RFI屏蔽
屏蔽效果(衰减分贝)
标准:ASTM D4935

图2: (Left) Uncoated polycarbonate/ABS composite; (Right) polycarbonate/ABS coated with UV curable powder 涂层.

澳门买球评估了不同类型的导电性剂,如四聚物 三元铵盐化合物(QAS)、炭黑、石墨烯等 导电纳米粒子. 以确定最合适的导电性 对于助剂,澳门买球制定了实验设计方案,并涂覆了各种助剂 多孔基材与非多孔基材、非导电基材不同 不同负载下的导电剂. 它们的表面电阻率为 给出了 表1 & 图5 & 6. 这些结果表明很少或没有 差异,因为所有基质的变化都很小.

除了电导率外,使用QAS还有几个缺点 Es,因为它们依赖于湿度、过程和温度. 它们的迁移性质并不能保证足够的灵活性或粘附性 表面涂层与基材的粘接. 对于导电炭黑,效果显著 需要高负荷以获得足够低的表面电阻率,以便 粉末涂层形成一层均匀的薄膜,它们使我变坏 薄膜的力学性能.

表1 还表明,如果澳门买球加载导电剂超过某一点,那么表面电阻率的下降不一定是实质性的或线性的. 澳门买球需要找到多孔基材(如MDF)和非多孔基材(e.g. 聚碳酸酯、PC/ABS、玻璃、木塑复合材料,多孔性相对较小).

Figure 3: (Left) Uncoated 木-plastic composite (WPC); (Right) 木-plastic composite coated with UV curable powder 涂层.
图4:木塑复合材料粉末涂层在Positest拉脱粘接试验后的粘接失效.
图5:表面电阻率的对数(欧姆/平方)Vs. 总配方固体中导电剂的百分比.

塑料粘合涂料

涂料和油墨行业面临着液体和粉末涂料对塑料的粘附性的挑战, 尤其是热塑性烯烃. 常规方法,如火焰处理, 电晕放电, 气体等离子体, 紫外线曝光和化学氧化可用于氧化基材表面,以促进附着力. 氧化表面增加了对表面能的极性贡献,并在不显著改变色散贡献的情况下产生更多的极性键. 涂层最好在处理后立即应用,因为氧化会产生短暂的自由基,并且是部分可逆的. “辐射”技术的主要困难是在不过度处理的情况下实现均匀的表面覆盖, 这会导致链断裂,并导致基材表面内聚性失效.

改性聚合物促粘剂中卤素的含量决定了其与各种涂料体系的相容性. 一旦聚合物粘附促进剂被导电纳米颗粒分散, 它通过分散相互作用与塑料和复合基材结合并粘附在其上. 卤化材料和接枝官能团为CAP增加极性,从而促进与基材和粉末/液体表面涂层的界面粘附.

图6:表面电阻率的对数(欧姆/平方)vs. 导电纳米颗粒在总配方固体上的负载百分比.
图7: (Left) Uncoated curved porcelain tile; (Right) curved porcelain tile coated with low temperature cure powder 涂层 with texture finish.
表1:Surfaceresistivityofcoatedsubstrateusingdifferenttypesofconductivityagentatvariousloadings.
表2:可使用的不同塑料和粉末涂料类型的热变形温度.

衬底的类型很重要

并不是所有的塑料基材都能承受传统粉末涂料的高温固化, 160-200 °C. 大多数塑料在这样的高温下往往会软化、降解甚至融化. 在基材的热偏转温度以下应用和固化粉末涂料是安全的. 热变形温度是衡量聚合物在高温下承受给定载荷能力的指标.

方法

cap应用于PC/ABS和MDF,木塑复合材料 采用HVLP在10-14 μm干膜厚度的弯曲瓷砖 喷枪喷嘴气压为20psi. 他们被晒干了 在常温下放置3-5分钟.

紫外光固化的光滑白色环氧粉末涂料(图2 & 3)和低温固化有质感的黑色杂化(环氧/聚酯)粉末涂料(图7)使用静电喷枪喷涂在涂有CAP的基材上. UV固化粉末首先在120°C下熔化3-4分钟,然后使用带中压h灯泡的输送带UV烘箱进行固化, 低温固化粉在130℃下固化5分钟.

进行了最积极的拉脱粘合试验,以确定界面粘合性能. 用20 mm的小块进行了多次粘附试验,以确定涂层失效的界面和失效发生的力/面积. 用Positector B100/ B200测量了CAP和固化粉末涂层的干膜厚度, 超声波薄膜厚度计(表3, 图4 & 8).

澳门买球现在在哪里?

  • CAPs确保静电喷涂设备施加的带负电荷的粉末颗粒充分耗散,促进界面粘附.
  • 在无孔衬底上,CAPs在较低的膜厚下工作更有效. 在多孔基板上可能需要更高的薄膜厚度,因为一些材料将被多孔基板吸收.
  • CAPs使粉末涂层成功应用于各种塑料复合材料(均匀性, 膜的形成, 能够覆盖休息区域, 等.).
  • CAPs可以显著提高液体或粉末涂层在具有复杂几何形状的塑料复合材料上的转移效率.
图8:Positest拉脱附着力测试图形表示, ASTM D4541 -粉末涂层内的粘性失效, 无界面粘结失效.
表3:ASTM D4541阳性AT-A拉脱附着力试验.

三个问题问阿特曼·福兹达尔

你如何定义“传统”和“非传统”的基质?
目前的静电应用技术只允许金属基板(天生导电,需要接地以消散静电荷)成功地粉末涂层. 导电粘附促进剂(CAP)技术使粉末涂料成功应用于非导电或非传统基材,如玻璃, 陶瓷, 塑料, 复合材料, 木, 女警官等. 通过使基材表面导电和提高粉末涂料与基材之间的界面附着力, 这是传统季铵盐和其他方法无法实现的.

除了轻型车辆外,还有哪些塑料涂层的应用是可行的?
用于汽车的塑料复合材料只是展示CAP技术的例子之一. 几乎, 任何塑料衬底或复合材料(用于器具, 建设, 可承受120°C(粉末熔化温度)的粉末涂层. 澳门买球认为木塑复合市场以及再生塑料具有巨大的潜力,可以实现更高的首道传递效率和零VOC的更高效的涂层应用.

在这项技术商业化之前,必须克服的最重要的挑战是什么?
澳门买球正致力于优化多孔基材的配方,如MDF. 除此之外,零VOC水性CAP大约需要8-10分钟才能干燥/固化. 澳门买球正在评估其他聚合物,以减少干燥/固化时间,使其可用于连续/输送带环境,以提高生产率.

参考文献

[1] Fozdar A.,曼纳里V. “低挥发性有机化合物静态耗散涂料的发展粉末涂料非传统基材.《澳门买球排行App》,2017年4月.

特色图片:来源:德米特里佩罗夫股票.adobe.com

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