干货 | 粉末涂料技术工艺的厚度测试方法和标准

前言

什么叫粉末涂层？粉末涂层:用粉末涂料制作的涂层。粉末涂料是一种新型的不含溶剂 100%固体粉末状涂料。

它有两大类：热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。涂料由特制树脂、颜填料、固化剂及其它助剂，以一定的比例混合，再通过热挤塑和粉碎过筛等工艺制备而成。

它们在常温下，贮存稳定，经静电喷涂或流化床浸涂，再加热烘烤熔融固化，使形成平整光亮的永久性涂膜，达到装饰和防腐蚀的目的。

特性

1、该产品不含毒性，不含溶剂和不含挥发有毒性的物质，故无中毒、无火灾、无“三废”的排放等公害的问题，完全符合国家环保法的要求。 

2、原材料利用率高，过喷的粉末可回收利用，利用率达 99％以上。

3、被涂物前处理后， 一次性施工，无需底涂，即可得到足够厚度的涂膜，易实现自动化操作，生产效率高， 可降低成本。

4、涂层致密、附着力、抗冲击强度和韧性均好，边角覆盖率高，具有优良的耐化学药品腐蚀性能和电气绝缘性能。

5、粉末涂料存贮、运输安全和方便。粉末喷涂施工工艺及要求：所谓粉末静电喷涂就是利用高压静电电晕电场的原理。

在喷枪头部金属导流标上接上高压负极，被喷涂工件接地形成正极，使喷枪和工件之间形成一个较强的静电电场。

当作为运载气体的压缩空气，将粉末涂料从供粉桶经粉管送到喷枪的导流杆时，由于导流杆接上高压负极产生的电晕放电，在其附近产生了密集的负电荷，使粉末带上负电荷，并进入了电场强度很高的静电场。

在静电力和运载气体的双重作用下，粉末均匀地飞向接地工件表面形成厚薄均匀的粉层，再加热固化转化为耐久的涂膜。

涂装施工工艺流程：前处理一干燥除去水份一喷涂一检查一烘烤一检查一成品。

一般粉末喷涂施工要求：

(1)为使粉末涂装的特性能充分发挥和延长涂膜使用寿命， 破涂物表面首先严格进行表面前处理；

(2)喷涂时，被涂物须完全接地，以增加粉末涂装的喷着效率；

(3)对有较大表面缺陷的被涂物， 应涂刮导电腻子， 以保证涂膜的平整和光滑感；

(4)喷涂后物件物件需进行加热固化、固化条件以粉末产品技术指标为准 但必须充分保证其固化温度和时间，避免固化不足造成质量事故；

(5)喷粉后立即检查， 若发现缺陷应及时处理，若固化后发现缺陷，其范围小仅局部而不影响，被涂物表面装饰，可用同色粉末加丙酮稀释后进行修补，如果范围大又影响表面质量，则用砂纸打磨后，再喷涂一次或用脱漆剂去掉涂层，再重新唢粉；

(6)回收粉须经过筛选除去杂物后，按一定比例与新粉混合作用；

(7)供粉桶、喷粉室及回收系统应避免其它不同颜色粉末的污染，故每次换色时一定要吹扫干净。

美术型粉末喷涂施工要求：

美术型粉末，具有美观，立体感强，装饰性效果奸等特点，但对其施工工艺要求严格。

(1)喷粉时输入气压不宜太大，一般控制在 0.5—1.5kg/cm2 为好。气压太大会造成花纹清晰度差或者产生一些麻点。

静电电压也不宜过高，一般控制在 60-70Kv 左右。电压太高，会使附在工件表面的粉末发生反弹现象出现麻坑。流平欠佳等缺陷。 

(2)喷粉要注意保证涂膜的厚度，一般控制在 70-100μm 之间方能有利于形成明显的花纹和较大的花纹，涂膜薄则花纹不明显，而且花纹也小，同时会出现麻点露底等缺陷。

(3)固化时必须按规定的温度和时间进行烘烤。如果温度过低时间过短会造成粉末形不成花纹，同时因固化不彻底机械性能也大大下降。

另外，因美术型花纹粉末生产工艺的特殊性，用回收粉末再喷后，其花纹会发生变小或不明显的变化，故一般建议美术型粉末的回收粉不要使用。

要用也须经试验。从上述看虽然对其施工要求较严，但相信涂装过程中只要较好地把握以上因素，一定会达到理想的满意效果。

粉末涂料的保管和取用

1、远离火源、避免日光直接照射，应置于通风良好，温度在 35℃以下场所。

2、避免存放在易受水，有机溶剂，油和其它材料污染的场所。 

3、粉末涂料用后勿随意露于空气中，应随时加盖或匝紧袋口避免杂物混入。 

4、避免皮肤的长期接触，附着于皮肤的粉末应用肥皂水冲洗干净，切勿使用溶剂。涂装施工场所的安全、涂装作业使用设备均要完好的接地消除静电。

5、避免涂装机无端放电现象。

6、喷粉室内，浮游粉尘的浓度尽量控制在安全浓度以下，避免粉尘着火爆炸的危险。

一、概述

膜厚度测量应该是所有粉末涂布人员的常规工作。定期测量有助于控制材料成本，管理涂布的效率，并保持表面质量。

粉末涂料制造商建议可使涂层达到最佳性能特点的目标薄膜厚度范围并且这些参数满足客户期望。

粉末膜厚固化前和固化后的膜厚可以利用几种不同的仪器进行测量。例如见图2.每个粉末涂覆操作应该知道什么设备是可用的，以及如何使用它。

二、测量膜厚的必要性

薄膜厚度可以说是在保护涂层的应用和检查过程中的一个最重要的测量。粉末涂层专用于由制造商指定的厚度范围进行涂覆实现其预期的功能。

许多成品涂层的物体和外观性能会直接受到干膜厚度（DFT）的影响。DFT会影响涂层的颜色、光泽、表面轮廓、附着力、柔韧性、耐冲击性和硬度。如果膜厚不在容差范围内，涂布后的组装件的安装也会受其影响。

精确测量涂层厚度也有其他的好处。是否能满足国际标准化组织（ISO）、产品质量或客户的要求进行过程控制，企业需要确认涂层质量避免为返工产品花冤枉钱。通过检查他们的应用设备，他们保证应用的涂层符合制造商的建议。

施涂者必须均匀地涂覆粉末涂料，并且要根据产品规格表的要求。施涂过大的DFT不仅浪费，而且会有不完全固化的可能的风险，并且会大大减少涂层系统的整体性能。

高膜构造通常会导致粘结强度低。涂层容易从基材上剥离或破裂。定期检测可以减少内部返工和因加工缺陷而客户退货的数量。

三、符合标准

粉末涂层厚度的测量要根据测试是在粉末固化之前或之后来使用不同的测量方法。美国社会测试和材料协会（ASTM）具有一系列的描述这些技术的标准。

D 4138测试方法描述了用切片仪器测试坚固底材的破坏性测量方法。D 7091操作规程描述了用磁性测厚仪和涡流测厚仪测量金属底材的非破坏性测量方法。

D6132测试方法描述了用超声波测厚仪；测量非金属底材的非破坏性测量方法。D 7378标准描述了三种测量制备的预固化粉末涂层的厚度的方法来预估固化后的厚度。

四、膜厚度测量的概要

膜厚测量可以在固化和交联之前或之后进行。基底的类型、涂层的厚度范围、涂层的大小和形状及作业的经济能力决定使用的测量方法。

在未固化的粉末涂料，高度的测量可以用粉梳子和使用专用的粉末探头的电子测量仪进行测量。

由于在固化过程粉末涂层的厚度会减少，所以要确定减少的因素来预测固化后的DFT。另外，超声波仪器测量未固化的粉末不用接触表面并且能自动预测粉末的固化厚度。

固化后，各种手持设备可在涂层部分上进行直接DFT测量。这些非破坏性的测厚仪器要根据底材的类型来选择是磁感应、还是电涡流或者是超声波原理。

不太常见的方法包括微米测量，破坏性干膜方法如横切片，和重量（质量）的测量。

1、标准测量单位

在美国粉厚度测量中使用的正常标准单位是密耳;1.0密耳等于千分之一英寸（1/1000英寸）。

如果制造商的指定厚度为2.0到5.0密耳，该粉末的最终固化厚度应为0.002英寸和0.005英寸之间。测量的公制单位被称为微米（微米）;25.4微米等于1.0密耳。

涂布器必须要均匀地施涂粉末涂料，并且要根据产品规格表。这提供了特定粉末规范的最大利益。大多数厚度检测规范适用于粉末的固化厚度，所以我们看到不同厚度的测量技术开始出现。

2、固化膜厚度测量

千分尺是用于检测DFT的原始仪器之一，并且仍然在今天被应用。它具有测量任何涂层/底材组合的优点，但是存在要求同时测量裸露基材厚度的缺点。

必须进行两次测量：一次包含涂层，而另一次没有。两个读数，高度变化之间的差，是涂层厚度。

有两种破坏性的技术也可使用。一个是通过显微镜观察切割切断的截面中的包覆部分并测量膜厚度。另一种是通过固化的涂层使用缩放显微镜查看一个几何切口。

当不能使用廉价的，无损的方法，或者当非破坏性结果需要确认时需要使用这方法。

最普遍的测量固化粉末厚度的方法就是使用电子DFT测量仪。它们是手持式、易于操作，并且成本相对较低。它们根据材料的类型选择磁感应、电涡流或超声波原理。

当零件是由钢制成的可使用机械计。其采用永久磁铁和一个校准弹簧。该装置测量将磁铁从涂覆钢表面拉出所需的力。

磁拉断计是坚固耐用，操作简单，价格低廉，携带方便，并且通常不需要任何校准调整。它们在一些只需几个读数的生产场合是比较合适且经济的替代方法。

由于具有简单性、多功能性、准确性和具有保持记录功能的原因，电子DFT测量仪器对于大型和小型粉末操作都是非常热门的选择。

他们使用磁感应原理测量钢底材，使用电涡流原理测量其他金属底材。有时会集两种原理于一台仪器中。

测试的结果直接显示在易于读取的液晶显示屏（LCD）上。多种探头可选择用于测量不规则形状或精确测量非常薄或非常厚的涂层系统。

非金属底材测量如涂覆的塑料或木材要求使用超声波脉冲技术。这为之前行业无法以合理价格进行非破坏性质量控制提供一个可能。这种测量技术的一个好处是在一个多层涂层系统测量所述各个层的可能性。

3、预固化膜厚度测量

到目前为止讨论的测量方法已经使用在部分固化后的粉末厚度。它也可以，甚至在某些情况下更可取的，在制备后立即测量涂层以预测固化后的粉末涂层的厚度。

如果涂层被不正当地施涂后，校正已经干燥或化学固化需要昂贵的额外的劳动时间，可能会导致膜的污染，并可能引入粘合性和涂层系统的完整性的问题。制备过程中测量膜厚度可确定涂布器是否需要立即校正或调节。

4、干粉末的测量

虽然大多数粉末涂料规格规定了固化的目标厚度，这可以在最终固化和交联之前确定施涂的粉末是否符合厚度规格。

有很好的理由需要一个准确的固化DFT预测值，尤其是在移动线，取决于烘箱的长度，被固化的部分数量，以及固化过程所需的时间和固化后手动测量DFT值的时间。

在操作者为做一些必要的修改而在应用过程中进行干预之前有一个相当充分的延迟时间。

如果发现涂层缺陷，相当大的涂覆部分不得不在一个修配环中重新加工，或者如果重新加工的成本太高，它们甚至可能不得不废弃。对于某些操作，对于满足现代加工程序的要求这些缺点是无法接受的。

在预固化、预凝胶状态时测量粉末确保正确的固化膜厚度。这样能够在固化前对应用系统进行设置和微调。

反过来，这将减少废料的数量和过度喷雾情况。准确的预测能够避免剥离和再涂层，不然可能会导致附着力和涂层完整性问题。

ASTM D 7378标准描述了测量涂覆粉末涂层的三个程序：

A.硬金属缺口（梳）计

B.带专用粉末探头的电子涂层测量仪器

C.非接触式超声波仪器

金属缺口计。这仪器通过手拖过涂覆的粉末手动地测量厚度。与湿膜测厚仪的工作原理类似，仪器确定的粉末高度值是在做有一个记号的、并且有粉末粘附在上面的最高编号的齿和没有留记号的、没有粉末粘附在上面的第二高的齿之间的高度。

这些简单的工具便宜，但只能精确到几密尔。测量能够在一个合适的刚性底材进行，但记号将会在当粉末在固化过程中流动时没有被覆盖的粉末中标记。

电子测量仪。使用专用的粉末探头仪器能够测量涂覆的粉末厚度。内置在探头的微针穿透粉末涂层到底材上。

然后将探头手动压在粉末层的表面实现厚度测量。这种方法仅适用于平坦的金属底材并且可能会在最终产品留下痕迹。

上述两种方法仅用于未固化的粉末涂层的高度测量。但如前所述，大部分厚度说明经常是指已固化的粉末厚度。

由于粉末涂料通常在固化过程中在厚度减少高达50％，这两个步骤需要为每个特定的涂层粉末建立缩减因子来预测的固化膜厚度。

减少因子的确定是通过在已经测量的未固化粉末高度的同一位置测量固化粉末涂层的厚度，然后测量前后两者相减获得。

非接触式超声波仪表。ASTM D 7378的方法C描述了一种相对新型的仪器，这种仪器已迅速成为干粉厚度测量一个流行的解决方案。

它是一个超声波仪器能够非破坏性在未固化的粉末上测量来预测最终的DFT值，并且不会留下任何影响成品的痕迹。

这些仪器是手持式和电池供电的，对于大多数粉末是开箱即可用。他们的操作简单和电子设计的特点使得其能够被线路操作者快速且有效地使用。

非接触是涂层厚度测量仪具有无损的决定性优势。这意味着，测量之后，测量的组件可以重新引入到正在进行的进程中。

五、膜厚度测量的精确度

这些仪器都是操作简单的，一个谨慎的用户应该定期验证他们的操作，尤其是当符合国际ISO标准规定程序。这三个步骤确保最佳的精度值。

1、校准

涂层测厚仪的校准通常是有设备制造商在受控环境中进行的一个文件化过程。校准证书显示可朔源到一个国家计量机构就可被发布。

重新校准没有标准的时间间隔，也不是一个绝对的要求，但可以在经验和工作环境的基础上建立一个标准的时间间隔。为期1年的校准间隔是许多仪器制造商提出了一个典型的频率。

2、验证

这是一个用户与已知的参考标准进行的精确检查。这个快速的检查能够确保仪器正常测量和用户正确操作它。

对于许多测量仪，精度可以通过测量带有可追溯到国家计量机构的分配值的塑料垫片或环氧树脂涂层标准进行验证。

3、调整

调整，或校准调整，是校对测量仪的厚度读数以匹配已知的参考样品，为提高测量仪在其测量范围的特定部分内的一个特定的涂层的精确度的行为。此操作在粉末涂料工业很少需要的，因为在粉末涂层材料中的声学特性变化不大。

六、涂层质量控制

在当今竞争激烈的环境中，客户往往会选择具有坚实的质量控制系统的加工公司。通过在一个有记录和分析DFT结果的简单系统投资，粉末涂布者可以研究趋势，减少成本，并提供客户体现他们能够满足要求的参数的实力资料来留住客户。

一个质量保证（QA）程序是指开发一个简单的程序，要求在每一部分的相同位置进行一定数量的厚度测量。通过记录所有的数值，然后定期进行变化分析，并且采取必要的纠正措施。

通过笔和纸手动收集数据不仅耗时且容易出错，而且会对涂料项目增加显著成本。具有测量结果存储功能的测厚仪消除了这种风险。

自动化采集读数的功能是保持成本在控制范围，减少人为错误的最好方法。在数字格式，数据可容易地存储，报告，和输出。