复材粉末喷涂
对于温度阈值较低的零件，如复合材料，紫外线固化粉末涂料可能是一种理想的解决方案。
从航空航天、汽车到体育用品等领域，复合材料的应用正在迅速增加。然而，实现复合材料的完美饰面可能是一个挑战。进入粉末涂层——传统上用于金属的精加工工艺，现在在非金属基材上获得了吸引力。
粉末涂层包括通过静电施涂工艺将干粉施涂到基底上。然后将涂层部分加热固化，形成耐用、保护性和美观的涂层。该工艺具有许多优点，包括漆面均匀、抗剥落和划伤能力增强，以及由于不存在有害空气污染物和挥发性有机化合物而带来的环境效益。
粉末涂料使用静电喷枪将带电粉末颗粒施加到基底上。
尽管粉末涂料有其优点，但使用粉末涂料作为复合材料的表面处理仍有几个重要考虑因素。主要考虑因素之一是基底的热敏性。传统的粉末涂料工艺需要在高温下固化，通常为150-200°C。然而，许多复合材料可能无法承受这些温度而不退化或变形。已经开发出低温粉末涂料来解决这个问题。这些涂层在显著较低的温度下固化，约为120-150°C，使其适用于温度敏感的基底。其他低温解决方案包括使用紫外线（UV）进行固化过程的粉末涂料，为热敏材料提供了更少的热暴露。
处于这些创新前沿的一家公司是Keyland Polymer（美国俄亥俄州克利夫兰），以其在紫外线固化粉末涂料方面的工作而闻名。Keyland的故事与其姊妹公司DVUV（克利夫兰）交织在一起，据报道，DVUV在北美推出了第一条紫外线固化粉末涂料生产线。DVUV最初专注于粉末涂料中密度纤维板，很快意识到UV固化粉末涂料在传统基之底外的潜力。这导致了Keyland Polymer于2006年成立，其使命是通过不断的研发来推进紫外线固化粉末涂料技术。
Keyland的主要产品UVMax已成为高品质UV固化粉末涂料的代名词。多年来，该公司已将其专业知识扩展到金属、塑料和复合材料的涂料，包括碳纤维材料。这种多样化使Keyland成为传统粉末涂料难以处理的热敏和非导电基底涂层的领导者。
Keyland Polymer的业务开发经理安德鲁·沃尔顿（Andrew Walton）表示：“粉末涂料在一个涂层中提供了一种非常具有装饰性和功能性的涂层，与其他技术相比，其效率非常高。”。“我们仍在继续进行的许多研发工作都是针对那些传统上无法粉末涂层的非导电热敏基底——传统上会涂上湿漆的部件。我们对涂覆这些材料感到非常兴奋，因为我们可以为传统上无法涂覆的基底提供粉末涂层的属性，提供高转移效率（TE- transfer efficiency ）和非常耐用的表面。”
TE是指涂层或油漆附着在预期表面上的百分比，与浪费的材料量相比。由于其应用过程使用静电喷枪将带电材料沉积到基底上，粉末涂料能够提供高TE。
Keyland Polymer的UV粉末涂料已用于各种行业，包括体育和娱乐设备、航空航天和汽车。例如，在体育行业，涂层为自行车、网球拍和高尔夫球杆等产品提供了增强的耐用性和性能。在航空航天和汽车领域，该公司正在开展研发项目，探索其涂料在内部部件中的应用，以及提供特定性能特征的功能涂料。
沃尔顿表示，该公司的内部树脂制造能力使其能够定制树脂配方，以满足不同应用的独特需求。这种灵活性使Keyland能够开发出具有高耐化学性、抗紫外线褪色性和其他特殊性能的涂料。
粉末涂料的优点
粉末涂料以其耐用性和保护性而闻名，为抵御环境因素（包括紫外线辐射、水分和化学物质）提供了强大的屏障。这种保护对于在户外或恶劣环境中使用的产品特别有益。此外，粉末涂料在美学方面提供了很多选择。粉末有各种颜色和饰面可供选择，从哑光到光泽，从金属到纹理。这种多功能性使设计师能够在不影响性能的情况下实现特定的美学目标。
也许最重要的好处是粉末涂料被认为是一种环保工艺。与液体涂料不同，粉末涂料不含溶剂或HAP，释放的VOC量可以忽略不计。这使它们成为一种更环保的选择，与许多行业的可持续发展目标相一致。
此外，用于涂覆零件的粉末的固体性质使粉末涂料易于储存、运输和清理。此外，在应用过程中，粉末会带静电，使其附着在基材上。这意味着大部分应用的产品最终都会出现在零件上，从而产生高TE和最小的浪费。多余的粉末也可以回收，可以重复使用或回收。
粉末涂层碳纤维复材零件
UV固化粉末涂料
除了引入复合材料或塑料零件变形或退化的风险外，固化过程中的过热还会影响复合材料的机械性能，如抗拉强度和弹性。紫外线固化粉末涂料特别适用于涂覆此类材料，因为它们在暴露于紫外线能量时会立即固化，这有助于降低改变材料性能的风险。通过使用紫外线固化涂层，可以在不损坏基材的情况下实现耐用、高质量的表面处理。
Keyland Polymer营销经理丽贝卡·隆扎克解释说：“我们的标准紫外线配方比任何其他低温或传统热固性粉末涂料固化得低得多。对于温度阈值较低的零件，紫外线固化粉末涂料是一种理想的解决方案。”
隆扎克解释说，UV粉末涂料的应用设备与传统的粉末涂料相似，但关键的区别在于粉末配方中含有光引发剂，并且需要紫外光来完成固化过程。
实施UV粉末涂料确实需要特定的设备和工艺考虑。沃尔顿说：“粉末和系统是齐头并进的。”。
在零件涂上紫外线固化粉末后，使用对流或红外（IR）加热。一旦粉末熔化，然后用紫外线固化。
该过程包括两个不同的步骤：熔化和固化。粉末必须加热才能流出，这可以通过使用各种热源来实现，包括对流和红外热。一旦粉末流出并处于高温下，就需要暴露在紫外线下进行固化和交联。
其他注意事项
除了需要较低的温度固化外，复合材料零件在粉末涂层之前还需要一些额外的考虑。
复杂的几何形状：碳纤维零件通常具有复杂的形状和轮廓，这使得均匀的粉末应用具有挑战性。先进的应用技术，如带有可调节喷嘴的静电喷枪，可以帮助实现均匀的覆盖。在应用过程中旋转或倾斜零件也可以确保粉末到达所有表面。
表面处理：在涂层工艺之前，适当的表面处理对于确保粉末涂层的附着力和耐用性至关重要。碳纤维和复合材料部件通常具有光滑、无孔的表面，涂层很难粘附。喷砂、化学蚀刻或涂底漆等表面处理技术可以增强粘附力。在处理复合材料时，选择一种不会损坏纤维或树脂基底的方法至关重要。
导电性：关于附着力，粉末涂层工艺依赖于静电引力在固化前将粉末固定在适当的位置。碳纤维具有固有的导电性，这有助于粉末应用。然而，电导率可能因复合材料的配方和纤维取向而异。由于确保整个零件上的静电电荷一致且充足至关重要，因此使用导电底漆或将零件接地等技术可以改善应用过程。
沃尔顿说，有许多导电底漆和粘合剂促进剂可供选择。事实上，Keyland有一种专门为复合材料零件设计的底漆。根据零件的复杂性和系统的工艺限制，在粉末涂层之前对零件进行喷涂或浸渍。
展望未来
Keyland Polymer不断突破UV粉末涂料技术的界限。该公司正在积极研究进一步降低固化温度的方法，一些项目的目标温度低至100°C。这些进步为涂覆热敏基底开辟了新的可能性，并有助于扩大紫外线粉末涂料的应用范围。
随着对轻质高性能材料的需求不断增长，复合材料粉末涂层工艺的开发和改进可能在帮助推进各种应用方面发挥作用。沃尔顿说，电动汽车、储能和航空航天研发等应用，特别是在先进的空中交通（AAM-advanced air mobility ）领域，正在推动人们对以新方式使用粉末涂料的兴趣。“我们肯定会看到对功能性涂料的需求增加，而不是装饰性涂料。”
粉末涂料作为一种表面处理选择有很多好处，因为它有望将耐用性、保护性、美观性和环境效益结合起来。随着技术进步解决了基材的热敏性问题和使用该材料的其他挑战，粉末涂料将在复合材料应用中发挥越来越大的作用。
原文见，《Exploring powder coating for composites 》 2024.8.19
杨超凡 2024.8.19
