流化床粉末涂装原理及工艺流程

一、流化床的特性

    流化床粉末涂装工艺的方法是将空气或某种惰性气体吹入容器底部，使粉末涂料翻动达到“流化状态”，空气通过多孔性透气板，成为均匀 分布的细散气流使粉末翻动，每个粉粒先上升然后下降。

    这种流动粉体的性质很象液体，放入其中的物体如同沉入液体中，立即为流态化的粉末所包围。这种流态化粉末与液体的特性仍然存在着很大的不同。譬如当一段管子被水平地放入液体中，其内壁就会立即被润湿，但在流化状态的粉末中管腔内的粉末就变得静止不动了。这是因为粉粒的行动主要是上下方向的，水平方向移动很少。

 
流化床粉末涂装设备

二、流化床粉末涂装原理

    流化床的工作原理是用均匀分布的细散空气流通过粉末层，使粉末微粒翻动呈流态化。气流和粉末建立平衡后，保持一定的界面高度。将需涂敷的工件预热后，放入粉末中，即可得到均匀的涂层，最后加热固化（流平）成膜。

    流化床是固体流态学的第二阶段，也是比较复杂和难以控制的阶段。固化流态化过程分为三个阶段：固定床阶段、流化床阶段、气流输送阶段。从理性上认识这三个阶段的特点和相互的关系，对于掌握流化床涂装技术来说是很重要的。

 

A、固定床阶段

    当流体速度很小时，固体粉末颗粒静止不动，流体从粉末颗粒间隙穿过，当流体速度逐渐增大时，则固体颗粒位置略有调整，即颗粒间排列方式发生变化，趋向松动的倾向。此时，固体颗粒仍保持相互接触，床层高度H与粉末层体积也没有变化，这个阶段床层厚度并不随流体速度的增大而增加。但是，△p却随着流体速度的增大而增加，其中W为流体速度，WKP临界速度，Wmax极限速度。

 

B、流化床阶段

    在固定床的基础上，继续增大流速W，床层开始膨胀和松动，床层高度开始增加，每个单个粉末颗粒被流体浮起，因而离开原来位置作一定程度的移动。这时便进入流化床阶段。在流化床范围内，随着流体速度的增大，粉末颗粒运动加剧，且做上下翻滚，如同液体加热达到沸点时的沸腾状态。

    这个阶段床内粉层膨胀，其高度随着流体速度的增大而增加，但床内压强并不增大，因此可在一个较大范围内变动流速而不影响流体所需的单位功率，这点是流化床的特征之一。固定床与流化床的分界点，称为“临界点”，此时的速度称为“临界速度”。

 

C、气流输送阶段

    流体速度继续增加到某一极限速度时，固体粉末颗粒被流体从流化床中吹送出，这个阶段称为气动输送阶段。C点处的速度称为流化床的极限速度。由上可知，在掌握流化床涂装技术中，应当将流体速度保持在临界速度Wkp和极限速度Wmax中间。

    固体流态化除三个阶段外，还按载体介质的不同分为“散式流态化”和“聚式流态化”两种。当以液体为介质时，流化床均匀而平稳，且有一个稳定的上界面。这种流态化称为“散式流态化”。

    当以气体为介质时，情况就较为复杂。流化床没有一个确定的上界面，它以每秒钟数次的频率上下波动，压强降也随之上下不一。如果在波动范围内取平均值，则仍可以认为不随流速而变动。这种流态化称为“聚式流态化”，它又按孔隙率的不同分为“密相”和“疏相”两种。

 

三、流化床的均匀性

    众所周知，流化床内粉末流化状态的均匀性是保证涂膜均匀的关键因素。粉末涂装用的流化床属于“聚式流态化”，当气体速度不太大时，床层好比较平稳。若加大速度，即增加流化数，床层内粉粒运动加剧，就会出现气泡。气泡随着流化数的增加由小变大。

    出现大气泡时，粉末颗粒被强烈地搅拌到界面上方，再增大流化数，大气泡就有可能占据流化床整个截面，这样床层将被割成几段，产生“气截”、“腾涌”等现象，大气泡猛烈冲击固体粉末，当气泡破裂时，粉粒被抛得很高，然后落入床层内。气截现象将引起压强的剧烈波动，并恶化气流与固体粉粒的接触，使压强比正常情况要大。

    引起流化床床层不均匀的另一个原因是沟通现象，粉末粒度不均匀，其中特别是细小的颗粒容易产生内聚而形成孔渠。气流从孔渠中流过的现象称为“沟流”或“气沟”。

    沟流现象会使床层趋于不均匀，压强降波动比较大。因为首先是由孔渠中的小颗粒转入流化，继而两旁粉粒开始运动，远离孔渠的粉粒则可能仍维持在固定床状态。截面较大的流化床，其粉末流态化不均匀现象主要是由“大气泡”和“沟流现象”引起的。

    流化床控制得很均匀是比较困难的，流化数必需经过大量的试验才能找出最佳值。一般流化数的选择以能够进行流化床涂敷操作即可，没有必要苛求绝对均匀。刚开启流化床时，气量给得小一些，再逐渐增加气量，达到相对均匀就可使用了。流化床内粉末的悬浮率最高可达30%～50%。

 

四、流化床粉末涂装工艺流程及注意事项

    流化床法适应于所有的粉末涂料品种，包括热塑型粉末涂料和热固型粉末涂料。设备简单、操作简便，并可进行连续生产，膜厚可达150～1000um。但膜厚很难控制，工件需预热，对热容小的薄板工件等不适用，对被涂物大小亦有限制，主要应用于机电产品、家用电器、钢结构件及生活用品等。

A、流化床粉末涂装主要设备与工艺流程

    流化床涂装主要设备包括工件预热炉、流化床以及固化设备。其中流化床为涂装的重要场所，其结构分为流化槽与气室两大部分，中间由微孔透气板隔开，气室下装有振动器，其结构如图所示。

流化床法工艺流程为：前处理(除尘一>喷砂)一>底漆喷涂一>预热一>流化床涂覆一>固化一>冷却->工件清理一>检查。

 
流化床粉末涂装流程示意图

B、流化床粉末涂装工艺影响因素

   1) 粉末涂料的熔融温度、溶解热及热容。如粉末涂料的这些物理性能值较大，则被涂物必须有较高预热温度才行。

   2) 粉末涂料的熔融指数。它指在一定温度和压力下，粉末的熔体在10min内通过标准毛细管的质量数，以g/10min表示。它反映了涂料在熔融状态下的流动性，选择适当工艺条件下的熔融指数，可控制涂膜的不同厚度。

   3) 工件预热温度。它是影响较大的工艺条件，温度过低，无法熔融附着粉末涂料；温度过高，则易引起涂料分解。预热温度必须按涂料及被涂物的特性综合考虑。

   4) 浸渍时间。其对涂膜厚度有一定影响。

   5) 被涂物材料基体系数K。基体系数K值是指某材料在某种几何形状下，每降低(或升高)l℃单位面积所放出(或吸收)的热量。K值不同的物件，在一定预热温度及浸涂时间下具有不同的膜厚。