很多客戶都對粉末的利用率要求很高，而上粉率是對利用率最具體的表現(xiàn)。上粉率的影響因素比較多，例如樹脂份，粒度，流動性，樹脂種類等等，金屬粉與普通粉也有差異，另外再加一些檢驗方法。
這個話題可大可小，是一個集材料、配方設計、應用一體的系統(tǒng)工程，所以本文只是結合粉末涂料的一些特點，對一些大家比較關注的點展開部分討論。并總結了上粉率的一些檢測方法供大家參考。
1、粉末涂料簡介
隨著人們對環(huán)保的認識日益提高，國家法律法規(guī)對環(huán)保的要求也越來越嚴格，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環(huán)境的污染，對工程機械行業(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，更具有經濟性和環(huán)保性。近年來，隨著粉末涂料新產品和新技術的不斷開發(fā)，使其在眾多領域得到了發(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、機械性能等前提下,單位耗粉量是客戶最重要的生產成本控制指標,所以粉末涂料的上粉率顯得非常重要。
展開來講，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。
結合粉末涂料為100%固體涂料的特點，過噴的粉末涂料可以回收再用，一般噴涂設備由噴涂系統(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，沒有任何涂料進入回收系統(tǒng)。
因為進入回收系統(tǒng)后的涂料在流動性，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使用的問題。
而現(xiàn)實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)出來后受到壓縮空氣推動力（藍色）、空氣阻力（黃色）、粉體重力（綠色）、靜電力（紅色）；
理想狀態(tài)是當粉末接近所需噴涂的工件時，壓縮空氣推動力、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)庫倫定律，在一定時間內，粉末涂料顆粒的帶電量有如下的公式（圖2） ①，可見通過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解，我們初步總結，可以從4個方面著手：
(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，帶電量會增加，但粒度粗了，表面效果會變差。
所以我們實際生產中通過配方設計，以及調整設備的工藝參數(shù)，例如喂料/磨的速度將平均粒度控制在合理范圍內，同事需要控制粒度分布。
過小的粒徑（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。過粗、過細粒徑所占比例越少越好。
(2)粉末配方設計樹脂份的比例。配方中高分子有機物（俗稱樹脂份）的含量決定這個粉末的帶電性能，理論上樹脂份越高，粉末的帶電性能越高。
但由于市場競爭激烈，從成本考慮盡可能的減少樹脂份，減少顏基比，增加填料含量成了必然。
筆者認為，沒有合適的樹脂份作為基礎，提高粉末上粉率很難?，F(xiàn)在也有很多客戶通過測量燒蝕份來檢測粉末的有機物含量來檢驗粉末，客戶也懂得樹脂份的含量決定著粉末上粉率及利用率。
(3)粉末流動性/水分等物性指標的控制：粉末涂料在制造過程中的水分含量及粉體流動性也密切關系到上粉率。
在設備清洗或天氣及冷凝水的影響下，粉末或多或少的會含一部分水份，會直接影響到粉末上流動性和涂膜表面，也降低上粉率，所以我們要通過減少水洗設備，控制進風口濕度，減少高濕度天氣生產等手段減少水份進入粉體。
另外利用氣相二氧化硅和氧化鋁C等流動助劑提高粉體流動性也是提高上粉率的有效方法。需要注意的是流動助劑的種類及流動性的大小需要結合粉末涂料生產的工藝、空氣氣溫、濕度和客戶的設備需求做相應調整。
(4)增加帶電助劑：在粉末涂料中加入抗靜電劑或電荷調節(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的產生。
就靜電涂裝而言，在接地工件和噴槍電極之間施加了一個很強的電壓并產生很強的靜電場。
由于施加的電壓足夠高使得在槍尖部分產生CORONA放電，CORONA放電是一種冷態(tài)的等離子體，它會在放電區(qū)域產生大量的電子并充斥在電極和工件之間。
這些電子會吸附在空氣的分子中產生帶負電荷的離子，這些帶電的離子會吸附在粉末粒子上并隨著噴涂過程在工件上沉積。
事實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，它們會隨著噴涂過程吸附在被涂表面并產生累積直至排斥或放電為止，嚴重地影響了粉末的進一步沉積和凹槽面上粉率。
而表面電荷調節(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生的靜電荷很難排泄出去，一般可以通過以下方式獲得。
①提高加工環(huán)境的濕度有利于抑制靜電荷的產生和促使電荷的泄漏；
②改善聚合物的結構，如引入極性化或離子化基團以提高導電性；
③在高分子材料中加入導電性材料如金屬粉，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，其中濕氣對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用場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電則為陰離子型，反之帶正電則為陽離子型。
如果帶有二個以上的親水基而電離后又分別帶有不同的電荷時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，表面活性劑產生極化形成極薄的導電層，構成電荷泄漏通道。
因此絕大多數(shù)的抗靜電效果取決于化合物結構和環(huán)境的相對濕度。與吸濕機理相比，添加抗靜電劑所產生的潤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生。
需要說明的是抗靜電劑的添加量和高分子結構及使用環(huán)境相關，過多的導入會導致噴涂效率的降低甚至產生不吸附現(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，在實際應用中絕大部分抗靜電劑都屬于陽離子型季銨鹽類和陰離子磺酸衍生物。
尤其是胺類的產品會對環(huán)氧體系產生催化作用或導致過烘烤黃變，同時過多的導入也會導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的電場，因此靜電涂裝很難對拐角或凹槽處產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題，因為摩擦槍（tribo gun）不產生很強的電壓，不會在工件表面附近產生很強的電場以阻止帶電粒子的飛入。
摩擦槍噴涂主要是通過粉末粒子在管道中摩擦帶電，對不同的樹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，我們在涂料配方或樹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。
為了避免含氮添加劑對含有環(huán)氧體系產生加速性，通常用受陰胺或胺醇類物質作摩擦帶電劑，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。
有時為了加強摩擦帶電性，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。
（一）*電暈式”充電：采用一個高電壓電場使周圍的空氣產生電離作用，引至帶電離子的產生。
在噴涂時，當粉漆顆粒碰上這些處于不穩(wěn)定狀態(tài)的帶電離子時，粉漆便會接受電荷充電。
靜電噴涂的兩個現(xiàn)象：
(1)靜電屏蔽（左上），靜電場中導體處于靜電平衡時，導體內部場強為零，因而導體外部的電力線只能終止（或起始）于導體表面并與導體表面垂直，不能穿入導體而進入導體內部。
針對靜電噴涂而言，即是當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入凹位，從而產生此部分涂層薄甚至無法上粉。這方面我們可以考慮通過摩擦槍來解決。
(2)反向電離（右上），是由儲存在工件表面的粉末層所產生的靜電場而產生的，當粉末涂層厚度增加時，其所產生的電場也隨之增強。
當達到足以電離周圍空氣時，就會如同高壓導電針一樣放電。帶正電的離子就會向帶負電的離子射來的方向運行。因此中和一部分粉末離子，限制粉末進一步噴上工件。
（二）噴槍的靜電控制，可按工件的不同形狀來設置。一般平板零件，80kV，100uA；有凹槽的復雜零件，80kV，22uA；重涂，40kV，100uA。
尤其需要關注的是，國產噴槍當設定較低電壓，需要提高電流時，會出現(xiàn)無法將噴槍電流保持在15uA以上，導致噴槍無法正常帶電。一般情況下靜電電流在15uA以上，均能達到充電。
（三）噴涂氣流的控制：由以上論述可以認為，出份量的多少可以由噴涂的需要來調整，多數(shù)情況下，噴槍出粉量宜100-200g/min。輔助氣以不產生吐粉為宜，一般在4.0Nm2/hr。
需要指出的是加到噴槍導電針部分的三次氣，其作用是清理導電針，使之不會由于靜電原因產生粉末在槍尖部位積粉，特別是噴涂細銀效果的金屬粉。
并且由于是直接加到槍尖部位，以0，2為適宜，太大會導致已噴涂在工件上的粉末會再次吹落。
（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，噴槍的位置設置等等。
4、上粉率檢驗方法
一、粉體粒度檢測：
測試設備：干法&濕法粉體粒度儀。
測試方法：按設備操作規(guī)程。
越來越多的粉廠認識到粒度控制的重要性，粉體的粒度檢測直接關系到粉末使用過程中的上粉性能，涂膜表面性能。
所以批次粒度控制尤為重要，通過在線粒度檢測，實時調整設備參數(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、粉體流動性檢測：
測試設備：粉體流動測試儀。
測試方法：按設備操作規(guī)程。與粒度檢測類似，粉體流動性的檢測很多粉廠重視不足。粉體流動性的定量檢測，有利于批次穩(wěn)定性控制，減少粉體流動性波動。
制定出適合的控制范圍，常規(guī)的檢測儀器范圍在120以上?？紤]粒度、氣溫及濕度影響，不少加，更不能多加流動助劑。
三、燒蝕份檢測：
測試設備：馬弗爐。此方法多用于涂裝客戶用來檢驗粉末的樹脂份。
測試方法：稱取一定量的粉末涂料，置于馬弗爐內500度以上高溫燒蝕，待有機物揮發(fā)完全后，稱量剩余物。
通過剩余物的重量判斷樹脂份含量，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、死角上粉率測試
實驗器材：實驗室高壓靜電噴槍；鋁板；夾子；電子天平；實驗粉末涂料；
試驗方法：使用一個專門設計的鋁板，進行死角上粉率的測試試驗，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，長和鋁板相同），分別固定在相應部位，兩條位于槽外，一條位于槽后內壁上，然后在固定風量，電壓下根據(jù)試驗噴涂定量粉末。三條鋁片在噴涂前和噴涂后分別稱重，以測定粉末沉積量。
通過槽內后壁粉末沉積量M(internal)與槽外兩條鋁片上粉末量平均值M(outer)進行比較，就能測出死角上粉率R=1表示死角上粉率好，R=0時表示靜電屏蔽效應最大，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、銅粉導體的特性，在高壓靜電下帶電性差，使得產品粉末涂料的帶電性下降。在客戶使用時會造成上粉差、鏈條抖動掉粉等現(xiàn)象。
為了解決上述問題，在出廠前需要進行多次從檢測，其中一項就是對彎板進行敲擊。
靜電噴涂后的樣板在敲擊后需要對彎板進行烘烤，在敲擊過程中如何保證每次敲擊的力度相同的問題和敲擊后對彎板移動影響檢測效果的問題需要解決。比較粉末的掉落的面積。得出粉末帶電性的等級。
六、粉體電阻率：
試驗器械：壓片機+電阻測試儀
試驗方法：稱取一定量的粉末，用壓片機壓成粉餅。用電化學站電阻測試儀稱量電阻R，再換算成粉體電阻率。優(yōu)異上粉率粉體的電阻率應該控制在< 1 MΩ·cm。
此外還有很多一下檢測方法，例如看落地粉的重量、噴涂板厚涂膜的重量等等，筆者覺得方法只要有重復性，可操作性或可對比性，沒有好壞之分，只要在客戶使用前通過檢測模擬出上粉率即可。
5、總結
綜上所述，粉末涂料的上粉率與粉體本身的性能密切相關，也受到使用環(huán)境、工藝、工件設備等影響。
雖說復雜，但我們作為粉末技術人，在從事著關乎綠色環(huán)境的環(huán)保行業(yè)，更有責任提高粉末涂料行業(yè)的拓展，粉末的上粉性能關系到客戶的使用感受和施工及使用成本，相信在未來的涂料發(fā)展中，更多的行業(yè)和客戶認識到漆改粉的優(yōu)勢，從而迎來粉末行業(yè)的新高峰。
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