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很多客戶都對(duì)粉末的利用率要求很高，而上粉率是對(duì)利用率最具體的表現(xiàn)。上粉率的影響因素比較多，例如樹(shù)脂份，粒度，流動(dòng)性，樹(shù)脂種類等等，金屬粉與普通粉也有差異，另外再加一些檢驗(yàn)方法。
這個(gè)話題可大可小，是一個(gè)集材料、配方設(shè)計(jì)、應(yīng)用一體的系統(tǒng)工程，所以本文只是結(jié)合粉末涂料的一些特點(diǎn)，對(duì)一些大家比較關(guān)注的點(diǎn)展開(kāi)部分討論。并總結(jié)了上粉率的一些檢測(cè)方法供大家參考。
1、粉末涂料簡(jiǎn)介
隨著人們對(duì)環(huán)保的認(rèn)識(shí)日益提高，國(guó)家法律法規(guī)對(duì)環(huán)保的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，一些污染的涂裝工藝逐漸受到了限制。在這種條件下，為了最大限度降低對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)工程機(jī)械行業(yè)所用涂料及涂裝工藝提出了更高的要求。
由于粉末涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，更具有經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。近年來(lái)，隨著粉末涂料新產(chǎn)品和新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)，使其在眾多領(lǐng)域得到了發(fā)展。
2、上粉率的意義及背景
粉末涂料的上粉率，也可理解為粉末噴涂工件的覆蓋率，在確保粉末涂膜的外觀、機(jī)械性能等前提下,單位耗粉量是客戶最重要的生產(chǎn)成本控制指標(biāo),所以粉末涂料的上粉率顯得非常重要。
展開(kāi)來(lái)講，噴槍的一次上粉率更為重要，第一次噴涂到工件上的粉末數(shù)量與總出粉量（包括未噴上而被回收的粉末數(shù)量）之比，稱之為沉積效率。粉末的回收量大小與沉積效率成反比，沉積效率越高，則粉末回收量越小。
結(jié)合粉末涂料為100%固體涂料的特點(diǎn)，過(guò)噴的粉末涂料可以回收再用，一般噴涂設(shè)備由噴涂系統(tǒng)和回收系統(tǒng)組成（如圖1）。
所以上粉率在這里顯得尤為重要，理想狀態(tài)下我們希望噴出的涂料100%吸附在工件上，沒(méi)有任何涂料進(jìn)入回收系統(tǒng)。
因?yàn)檫M(jìn)入回收系統(tǒng)后的涂料在流動(dòng)性，粒度，粉體物性上都有變化，特別是金屬效果粉末涂料，直接影響到是否能重復(fù)使用的問(wèn)題。
而現(xiàn)實(shí)狀況是由于噴涂系統(tǒng)、粉體特性、工件形狀等因數(shù)的影響，粉末涂料一次上粉率正常都在60%以下，有些甚至低于30%（譬如一些籃框等異型工件）。

3、影響上粉率的因數(shù)
一、粉末涂料本身的帶電性
（一）影響上粉率的因數(shù)很多，從噴涂角度考慮（如圖2），粉末涂料從噴涂系統(tǒng)出來(lái)后受到壓縮空氣推動(dòng)力（藍(lán)色）、空氣阻力（黃色）、粉體重力（綠色）、靜電力（紅色）；
理想狀態(tài)是當(dāng)粉末接近所需噴涂的工件時(shí)，壓縮空氣推動(dòng)力、空氣阻力、重力其合力為0，粉漆顆粒僅在靜電力的作用下吸附到工件表面。
由此我們可以推斷出常規(guī)影響粉末上粉率的因數(shù)主要是粉末涂料粉體帶電性。根據(jù)庫(kù)倫定律，在一定時(shí)間內(nèi)，粉末涂料顆粒的帶電量有如下的公式（圖2） ①，可見(jiàn)通過(guò)提高粉末涂料的帶電性可以明顯提高粉末涂料的上粉性能。
 

（二）提高粉末涂料的帶電性方法各家都有不同的見(jiàn)解，我們初步總結(jié)，可以從4個(gè)方面著手：
(1)控制粉末涂料顆粒粒度及分布。有圖3可以得知粉末帶電量與粉末粒徑的平方成正比。所以理論上顆粒粗，帶電量會(huì)增加，但粒度粗了，表面效果會(huì)變差。
所以我們實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)配方設(shè)計(jì)，以及調(diào)整設(shè)備的工藝參數(shù)，例如喂料/磨的速度將平均粒度控制在合理范圍內(nèi)，同事需要控制粒度分布。
過(guò)小的粒徑（10um以下）上粉率比較差，所以粒度分布越窄越好，一般控制在35um左右。過(guò)粗、過(guò)細(xì)粒徑所占比例越少越好。

(2)粉末配方設(shè)計(jì)樹(shù)脂份的比例。配方中高分子有機(jī)物（俗稱樹(shù)脂份）的含量決定這個(gè)粉末的帶電性能，理論上樹(shù)脂份越高，粉末的帶電性能越高。
但由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，從成本考慮盡可能的減少樹(shù)脂份，減少顏基比，增加填料含量成了必然。
筆者認(rèn)為，沒(méi)有合適的樹(shù)脂份作為基礎(chǔ)，提高粉末上粉率很難?，F(xiàn)在也有很多客戶通過(guò)測(cè)量燒蝕份來(lái)檢測(cè)粉末的有機(jī)物含量來(lái)檢驗(yàn)粉末，客戶也懂得樹(shù)脂份的含量決定著粉末上粉率及利用率。
(3)粉末流動(dòng)性/水分等物性指標(biāo)的控制：粉末涂料在制造過(guò)程中的水分含量及粉體流動(dòng)性也密切關(guān)系到上粉率。
在設(shè)備清洗或天氣及冷凝水的影響下，粉末或多或少的會(huì)含一部分水份，會(huì)直接影響到粉末上流動(dòng)性和涂膜表面，也降低上粉率，所以我們要通過(guò)減少水洗設(shè)備，控制進(jìn)風(fēng)口濕度，減少高濕度天氣生產(chǎn)等手段減少水份進(jìn)入粉體。
另外利用氣相二氧化硅和氧化鋁C等流動(dòng)助劑提高粉體流動(dòng)性也是提高上粉率的有效方法。需要注意的是流動(dòng)助劑的種類及流動(dòng)性的大小需要結(jié)合粉末涂料生產(chǎn)的工藝、空氣氣溫、濕度和客戶的設(shè)備需求做相應(yīng)調(diào)整。
(4)增加帶電助劑：在粉末涂料中加入抗靜電劑或電荷調(diào)節(jié)劑可降低粉末的表面電阻使粉末更好地沉積到工件的表面上，也改善了靜電噴涂中法拉弟效應(yīng)的產(chǎn)生。
就靜電涂裝而言，在接地工件和噴槍電極之間施加了一個(gè)很強(qiáng)的電壓并產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電場(chǎng)。
由于施加的電壓足夠高使得在槍尖部分產(chǎn)生CORONA放電，CORONA放電是一種冷態(tài)的等離子體，它會(huì)在放電區(qū)域產(chǎn)生大量的電子并充斥在電極和工件之間。
這些電子會(huì)吸附在空氣的分子中產(chǎn)生帶負(fù)電荷的離子，這些帶電的離子會(huì)吸附在粉末粒子上并隨著噴涂過(guò)程在工件上沉積。
事實(shí)上粉末粒子的帶電效率是非常低的，大約只有0.5%，其它大部分為自由離子，它們會(huì)隨著噴涂過(guò)程吸附在被涂表面并產(chǎn)生累積直至排斥或放電為止，嚴(yán)重地影響了粉末的進(jìn)一步沉積和凹槽面上粉率。
而表面電荷調(diào)節(jié)劑則可以平衡或改善被涂工件表面的自由離子的累積，從而改善噴涂效果，使厚膜涂裝也成為可能。
高分子表面的高表面電阻致使產(chǎn)生的靜電荷很難排泄出去，一般可以通過(guò)以下方式獲得。
①提高加工環(huán)境的濕度有利于抑制靜電荷的產(chǎn)生和促使電荷的泄漏；
②改善聚合物的結(jié)構(gòu)，如引入極性化或離子化基團(tuán)以提高導(dǎo)電性；
③在高分子材料中加入導(dǎo)電性材料如金屬粉，碳黑等；
④添加抗靜電劑提高材料的極性或吸濕性。
以上幾種方法各具特點(diǎn)，其中濕氣對(duì)材料的表面電阻或體積電阻影響很大，而有些方法如添加金屬粉末或改善高分子材料等不是在任何應(yīng)用場(chǎng)合下都可以輕松獲得的，有局限性，而添加抗靜電劑的方法最簡(jiǎn)單易行。
抗靜電劑按親水基能否被電離可分為離子型和非離子型。如果親水基電離后帶負(fù)電則為陰離子型，反之帶正電則為陽(yáng)離子型。
如果帶有二個(gè)以上的親水基而電離后又分別帶有不同的電荷時(shí)則又分為兩性離子型抗靜電劑；
若不電離則稱為非離子型抗靜電劑，不論其如何分類其作用原理基本相同，主要利用表面活性特征吸附空氣中的水分，表面活性劑產(chǎn)生極化形成極薄的導(dǎo)電層，構(gòu)成電荷泄漏通道。
因此絕大多數(shù)的抗靜電效果取決于化合物結(jié)構(gòu)和環(huán)境的相對(duì)濕度。與吸濕機(jī)理相比，添加抗靜電劑所產(chǎn)生的潤(rùn)滑作用而由此降低的摩擦系數(shù)在一定程度上也抑制了靜電荷的產(chǎn)生。
需要說(shuō)明的是抗靜電劑的添加量和高分子結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境相關(guān)，過(guò)多的導(dǎo)入會(huì)導(dǎo)致噴涂效率的降低甚至產(chǎn)生不吸附現(xiàn)象。
陰離子型抗靜電劑一般有硫酸衍生物、磷酸衍生物和高分子量的陰離子型聚丙烯酸鹽等。陽(yáng)離子型則有季銨鹽類、烷基咪唑啉類等。
非離子型則有脂肪酸、醇、烷基酚的環(huán)氧加合物，胺類衍生物等，在實(shí)際應(yīng)用中絕大部分抗靜電劑都屬于陽(yáng)離子型季銨鹽類和陰離子磺酸衍生物。
尤其是胺類的產(chǎn)品會(huì)對(duì)環(huán)氧體系產(chǎn)生催化作用或?qū)е逻^(guò)烘烤黃變，同時(shí)過(guò)多的導(dǎo)入也會(huì)導(dǎo)致帶電性降低從而影響吸附率。
由于在噴槍和工件之間存在著非常強(qiáng)的電場(chǎng)，因此靜電涂裝很難對(duì)拐角或凹槽處產(chǎn)生非常好的涂裝效果；
而摩擦帶電噴涂可以較好地解決在類問(wèn)題，因?yàn)槟Σ翗專?/span>tribo gun）不產(chǎn)生很強(qiáng)的電壓，不會(huì)在工件表面附近產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)以阻止帶電粒子的飛入。
摩擦槍噴涂主要是通過(guò)粉末粒子在管道中摩擦帶電，對(duì)不同的樹(shù)脂體系由于具有不同的帶電效果，所以為了獲得較好的帶電率，我們?cè)谕苛吓浞交驑?shù)脂中加入一定量的摩擦帶電劑以提高摩擦帶電效果。
含氮化合物可明顯改善摩擦帶電性，因此有些顏料甚至 ？-HAA都是有效地摩擦帶電物質(zhì)。
為了避免含氮添加劑對(duì)含有環(huán)氧體系產(chǎn)生加速性，通常用受陰胺或胺醇類物質(zhì)作摩擦帶電劑，某些光穩(wěn)定劑如（HALS）如Ciba-Geigy的Tinuvin144通常也用作摩擦帶電劑使用。
有時(shí)為了加強(qiáng)摩擦帶電性，在配方體系中還加入少量高度分散的氧化鋁粉末來(lái)增加摩擦帶電效果。
二、除粉末涂料本身的特性，此外影響粉末涂料上粉率的因數(shù)還與噴槍的類型、工藝參數(shù)、工件的形狀以及噴涂方式有關(guān)。
  
（一）*電暈式”充電：采用一個(gè)高電壓電場(chǎng)使周圍的空氣產(chǎn)生電離作用，引至帶電離子的產(chǎn)生。
在噴涂時(shí)，當(dāng)粉漆顆粒碰上這些處于不穩(wěn)定狀態(tài)的帶電離子時(shí)，粉漆便會(huì)接受電荷充電。
靜電噴涂的兩個(gè)現(xiàn)象：
(1)靜電屏蔽（左上），靜電場(chǎng)中導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)為零，因而導(dǎo)體外部的電力線只能終止（或起始）于導(dǎo)體表面并與導(dǎo)體表面垂直，不能穿入導(dǎo)體而進(jìn)入導(dǎo)體內(nèi)部。
針對(duì)靜電噴涂而言，即是當(dāng)所需噴涂零件為一凹形零件，粉末在電力線的指引下很難進(jìn)入凹位，從而產(chǎn)生此部分涂層薄甚至無(wú)法上粉。這方面我們可以考慮通過(guò)摩擦槍來(lái)解決。
(2)反向電離（右上），是由儲(chǔ)存在工件表面的粉末層所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)而產(chǎn)生的，當(dāng)粉末涂層厚度增加時(shí)，其所產(chǎn)生的電場(chǎng)也隨之增強(qiáng)。
當(dāng)達(dá)到足以電離周圍空氣時(shí)，就會(huì)如同高壓導(dǎo)電針一樣放電。帶正電的離子就會(huì)向帶負(fù)電的離子射來(lái)的方向運(yùn)行。因此中和一部分粉末離子，限制粉末進(jìn)一步噴上工件。
（二）噴槍的靜電控制，可按工件的不同形狀來(lái)設(shè)置。一般平板零件，80kV，100uA；有凹槽的復(fù)雜零件，80kV，22uA；重涂，40kV，100uA。
尤其需要關(guān)注的是，國(guó)產(chǎn)噴槍當(dāng)設(shè)定較低電壓，需要提高電流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法將噴槍電流保持在15uA以上，導(dǎo)致噴槍無(wú)法正常帶電。一般情況下靜電電流在15uA以上，均能達(dá)到充電。
（三）噴涂氣流的控制：由以上論述可以認(rèn)為，出份量的多少可以由噴涂的需要來(lái)調(diào)整，多數(shù)情況下，噴槍出粉量宜100-200g/min。輔助氣以不產(chǎn)生吐粉為宜，一般在4.0Nm2/hr。
需要指出的是加到噴槍導(dǎo)電針部分的三次氣，其作用是清理導(dǎo)電針，使之不會(huì)由于靜電原因產(chǎn)生粉末在槍尖部位積粉，特別是噴涂細(xì)銀效果的金屬粉。
并且由于是直接加到槍尖部位，以0，2為適宜，太大會(huì)導(dǎo)致已噴涂在工件上的粉末會(huì)再次吹落。
（四）其他影響因數(shù)：噴槍的距離也直接影響上粉率，噴槍距離工件越近，粉末上粉率越好，但隨著槍距近，反向電離和擊穿現(xiàn)象加劇。
工件的接地也影響到上粉性能，良好的接地有利于粉末顆粒的吸附。此外影響因數(shù)還有工件形狀，工件掛件密度，噴槍的位置設(shè)置等等。
4、上粉率檢驗(yàn)方法
一、粉體粒度檢測(cè)：
測(cè)試設(shè)備：干法&濕法粉體粒度儀。
測(cè)試方法：按設(shè)備操作規(guī)程。
越來(lái)越多的粉廠認(rèn)識(shí)到粒度控制的重要性，粉體的粒度檢測(cè)直接關(guān)系到粉末使用過(guò)程中的上粉性能，涂膜表面性能。
所以批次粒度控制尤為重要，通過(guò)在線粒度檢測(cè)，實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)備參數(shù)，從而穩(wěn)定粉體粒度，穩(wěn)定客戶使用工藝。所以一般粉末的平均粒徑控制在 35 ～ 45 μm 為宜 。
二、粉體流動(dòng)性檢測(cè)：
測(cè)試設(shè)備：粉體流動(dòng)測(cè)試儀。
測(cè)試方法：按設(shè)備操作規(guī)程。與粒度檢測(cè)類似，粉體流動(dòng)性的檢測(cè)很多粉廠重視不足。粉體流動(dòng)性的定量檢測(cè)，有利于批次穩(wěn)定性控制，減少粉體流動(dòng)性波動(dòng)。
制定出適合的控制范圍，常規(guī)的檢測(cè)儀器范圍在120以上?？紤]粒度、氣溫及濕度影響，不少加，更不能多加流動(dòng)助劑。
三、燒蝕份檢測(cè)：
測(cè)試設(shè)備：馬弗爐。此方法多用于涂裝客戶用來(lái)檢驗(yàn)粉末的樹(shù)脂份。
測(cè)試方法：稱取一定量的粉末涂料，置于馬弗爐內(nèi)500度以上高溫?zé)g，待有機(jī)物揮發(fā)完全后，稱量剩余物。
通過(guò)剩余物的重量判斷樹(shù)脂份含量，從而判斷上粉性能的優(yōu)劣。考慮到流平劑等功能助劑也會(huì)揮發(fā)掉，所以常規(guī)的燒蝕殘留量在30%左右。
四、死角上粉率測(cè)試

實(shí)驗(yàn)器材：實(shí)驗(yàn)室高壓靜電噴槍；鋁板；夾子；電子天平；實(shí)驗(yàn)粉末涂料；
試驗(yàn)方法：使用一個(gè)專門(mén)設(shè)計(jì)的鋁板，進(jìn)行死角上粉率的測(cè)試試驗(yàn)，鋁板中央凹槽深3cm，寬3cm，如上圖所示。
噴涂前用夾子將三條鋁片（寬3cm，長(zhǎng)和鋁板相同），分別固定在相應(yīng)部位，兩條位于槽外，一條位于槽后內(nèi)壁上，然后在固定風(fēng)量，電壓下根據(jù)試驗(yàn)噴涂定量粉末。三條鋁片在噴涂前和噴涂后分別稱重，以測(cè)定粉末沉積量。
通過(guò)槽內(nèi)后壁粉末沉積量M(internal)與槽外兩條鋁片上粉末量平均值M(outer)進(jìn)行比較，就能測(cè)出死角上粉率R=1表示死角上粉率好，R=0時(shí)表示靜電屏蔽效應(yīng)最大，死角上粉率幾乎為0。
五、彎板敲擊：

     
由于金屬顏料，特別是鋁粉、銅粉導(dǎo)體的特性，在高壓靜電下帶電性差，使得產(chǎn)品粉末涂料的帶電性下降。在客戶使用時(shí)會(huì)造成上粉差、鏈條抖動(dòng)掉粉等現(xiàn)象。
為了解決上述問(wèn)題，在出廠前需要進(jìn)行多次從檢測(cè)，其中一項(xiàng)就是對(duì)彎板進(jìn)行敲擊。
靜電噴涂后的樣板在敲擊后需要對(duì)彎板進(jìn)行烘烤，在敲擊過(guò)程中如何保證每次敲擊的力度相同的問(wèn)題和敲擊后對(duì)彎板移動(dòng)影響檢測(cè)效果的問(wèn)題需要解決。比較粉末的掉落的面積。得出粉末帶電性的等級(jí)。
六、粉體電阻率：

試驗(yàn)器械：壓片機(jī)+電阻測(cè)試儀
試驗(yàn)方法：稱取一定量的粉末，用壓片機(jī)壓成粉餅。用電化學(xué)站電阻測(cè)試儀稱量電阻R，再換算成粉體電阻率。優(yōu)異上粉率粉體的電阻率應(yīng)該控制在< 1 MΩ·cm。
此外還有很多一下檢測(cè)方法，例如看落地粉的重量、噴涂板厚涂膜的重量等等，筆者覺(jué)得方法只要有重復(fù)性，可操作性或可對(duì)比性，沒(méi)有好壞之分，只要在客戶使用前通過(guò)檢測(cè)模擬出上粉率即可。
5、總結(jié)
綜上所述，粉末涂料的上粉率與粉體本身的性能密切相關(guān)，也受到使用環(huán)境、工藝、工件設(shè)備等影響。
雖說(shuō)復(fù)雜，但我們作為粉末技術(shù)人，在從事著關(guān)乎綠色環(huán)境的環(huán)保行業(yè)，更有責(zé)任提高粉末涂料行業(yè)的拓展，粉末的上粉性能關(guān)系到客戶的使用感受和施工及使用成本，相信在未來(lái)的涂料發(fā)展中，更多的行業(yè)和客戶認(rèn)識(shí)到漆改粉的優(yōu)勢(shì)，從而迎來(lái)粉末行業(yè)的新高峰。