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关于MDF粉末涂装工艺浅析
发布时间:2021-12-10
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1、研发动态


国外研发MDF粉末涂装技术经历了:高温快速固化涂装——UV粉末涂装——LTCP(低温固化粉末)涂装。

高温快速固化涂装是将涂有粉末的的木板,高速通过250°C以上的高温区使之流平固化。这种方法无法获得满意的涂膜,很快就被淘汰了。

UV粉末涂装在2000年前后是国内外研发的、热门课题。比利时、美国、法国、日本和韩国纷纷开发从实验室设备到生产设备。

设备中UV粉末固化段都是采用美国福森公司的UV灯。设备价格昂贵,一条生产线价格在1700万以上,UV粉末涂料180元/kg,并且仅适用于透明粉和白色、黑色粉末,色调单一,工艺调控复杂。

因而虽有UV粉末涂装的MDF产品投放市场,其市场推广的力度很小。

LTCP涂装技术是国内外近期开发的利用红外加热技术,熔平固化MDF板表面的粉末涂层。

国外时用的MDF的材质好,低分子挥发物含量低,吸湿性小,因而可以不作封底前的处理,直接喷涂粉末。

(2)笔者所在单位上海新星静电喷涂设备公司,2001年在国内率先为比利时UCB公司和浙江天松公司研发成功实验室用的UC粉末涂装设备。

采用的灯管是德国贺利士的中波红外管和美国福森公司的UV灯管。该设备成功应用于MDF样板的粉末涂装。由于UV粉末涂装设备和粉末涂料的价格昂贵,推广难度大,不适合中国家具行业的国情。

上海新星公司开始研究用于MDF粉末涂装的中波红外加热技术,并于2002年研发成功国内首台用于MDF家具板材粉末涂装的立式中波红外加热烘道生产线。

在该生产线上采用MDF粉末涂装新技术,为美国GE公司粉末涂装了100多套B超设备的工作台面板,尺寸为30*800*1400mm。

同时新星公司又开发了实验室粉末涂装用的中波红外加热烘道,分别提供给阿克苏公司和北京木材机械研究所。

(3)此后10年里,广东地区因外贸需求,开始开发传统的红外管横布的中波红外固化烘道,并采用国外流行的MDF板预热的涂装工艺。

这类灯管横布的烘道不足之处是较难控制MDF板表面幅照强度的均匀性,烘道的热功率较大。

该地区的家具制造企业对施工工艺,经过多年的反复实验探索,积累掌握了适应南方潮湿气候的MDF粉末涂装工艺的施工要点,实现指涂装生产。

(4)2011年笔者来到山东朗法博粉末涂料公司以后,继续改进了原有的试验型粉末涂装生产线。正式定型了MDF粉末涂装生产线,并通过了山东省科技厅的科技成果鉴定。

目前该设备正向珠三角、长三角地区的家具企业推广应用,并积极帮助用户培养生产骨干人员。培养他们掌握粉末涂装生产所需要的生产诀窍和操作要点。

2、MDF粉末涂装的技术难点

MDF人造板是木纤维和胶黏剂混合以后,在蒸汽加热加压下压制成型的。材质中存在许多空隙,其吸湿性很强,胶黏剂含有一定量的小分子挥发物。

因此与金属件的粉末静电涂装有很大差别。要实现MDF粉末静电涂装,首先要解决三个技术难点:

MDF板导电性不良,需要解决其对带电粉末的均匀吸附能力;

MDF木板不耐高温。要解决基材不受损伤的情况下,保证表面粉末涂层熔融流平和充分固化;

MDF木板在固化烘道高温区内停留时间愈短愈好,必须开发出相应的快速固化粉末。

3、MDF粉末涂装工艺

3.1工艺流程

国内外MDF粉末静电喷涂的工艺流程如图1示。

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3.2前处理封底

3.2.1MDF的前处理完全不同于金属件的前处理
冷轧板金属件前处理采用:除油、除锈、磷化、水洗、干燥等工艺形成防锈的磷化膜。对于热轧金属件,其氧化皮和锈蚀比较严重,常采用喷砂、热丸的机械除锈的前处理工艺。

MDF板是木纤维和胶黏剂热压制成的。板内和表面存在着大量空隙。所以它的前处理目的是将这些空隙尽量填充封闭平整,以获得类同金属板那样致密平整的表面,从而涂装获得平整光滑的粉末涂膜。

另一个目的是提高MDF板的耐热性,使其在中波红外加热烘道中熔融流平和固化过程中,防止MDF板侧边开裂和因挥发性气体造成的起泡、针孔等质量弊病。所以它的前处理具有自己的特点。

3.2.2前处理封底方式
粉末涂料封底:这种封底方法在欧美得到应用。封底的粉末采用熔点和固化温度较低的环氧粉末涂料,达到即封闭空隙又能获得平整的封底涂层。

由于采用质量优良的MDF板材,挥发物少,吸湿性低,因而粉末封底层在熔平固化过程中不易出现开裂、起泡、针孔等弊病。

这种封底工艺适用于涂装异形MDF板。但是这种MDF板和环氧粉末底涂料的价格较贵,因而一般家具制造商难以接受这种高成本的施工方法。

UV涂料封底:国内采用UV液体涂料封底的施工方法取得了进展。它能很好封闭MDF板的周边,降低板材开裂等弊病,保证MDF板表面粉末涂膜的外观质量,涂装效率较高,适用于矩形和圆形的产品封底。

对于异形MDF板的封边施工难度就很大了。另外,UV液体涂料封底的粉末涂装MDF板尚存留一定量异味挥发物。

水性漆封底:水性漆在国内发展迅猛,它与粉末涂料都是国家重点推广应用的涂料,它作为MDF板的封底材料具有环保、价格低、其工艺与传统的喷漆工艺容易对接,工人操作容易掌握等优点。

水性封底漆的选用要求比较高,当前国内环氧改性丙烯酸水性漆和环氧改性聚氨酯水性漆都是可以选用的品种,固体含量在40~45%。

根据需求,可以在漆中添加合适的填料和固化促进剂。水性漆封地需要采取多道封底处理,漆膜可以在室温下自然固化,也可以加热快速固化。

这种封底方法的优点是可以适用于MDF异形板的封边处理。对于批量生产的企业,应配置低温固化烘道。

MDF前处理封底质量的好坏,是决定MDF板粉末涂膜品质的重要因素。在金属粉末涂装中化学方法前处理不当,影响粉末涂膜质量弊病可达30%,喷砂抛丸前处理不当造成质量弊病可高达50%。

MDF板的前处理封底不当,也会产生很大的需求量弊病。家具制造企业必须更新传统油漆施工中对前处理的认知。

在应用MDF粉末涂装工艺时必须重视封底前处理这道工序的质量。这一环节是当前推广应用中遇到的具有共性的障碍。

3.3粉末静电喷涂

MDF人造板是不良导体,解决其均匀吸附带电粉末一直是初期研究工作者困扰的难题。

3.3.1预热静电喷涂法
预热喷涂法是国外研究成功应用于MDF板粉末静电喷涂的有效方法。预热MDF板使其板内含有的水分受热后外逸致板材表面,板材表面电阻下降到105~109Ω,呈现出导电特性。

这样就保证了MDF板表面良好的静电吸附能力。典型的预热工艺为90~125°C预热时间5~10分。

施工实践中需要根据工件大小,MDF板的厚度以及链速等情况,通过实验摸索出合适的预热工艺参数。国内有的家具企业在粉末涂装中就是采用这种预热静电喷涂工艺。

3.3.2常温静电喷涂方法
MDF板常温静电喷涂技术是国内自主研究的较为简便的施工工艺。上海新星静电涂装设备公司就是采用这一新技术为美国通用电气(GE)公司的产品进行粉末静电喷涂的。

笔者研究的5%水性导电液在室温下,喷刷在经过水性漆封底处理后的MDF板上,自然晾干数分钟或用压缩空气吹干表面,此时MDF板表面在静电场中会发生空间电荷位移,呈现出类同金属板静电吸粉的特性。

这种状态可以维持数小时以上,可以满足静电喷粉施工所需要的工艺时间。这项技术已经在MDF板粉末静电涂装施工中,经历了10年之外的应用考验。并且也在绝缘材料粉末经典涂装中得到应用。

3.3.3工艺评价
(1)工艺技术是为产品服务的。只要能做出合格产品的工艺技术都是具有实用价值的。

通过广泛应用和时间考验,人们会逐步认识到不同工艺技术的优缺点和适用性,选择适用于自己产品的最佳工艺技术。这一点已经在金属制品粉末涂装技术的发展应用历程中得到证实。

MDF粉末涂装技术正处于研发和推广应用的初期,多种工艺技术并存时很正常的。通过今后推广应用会被市场和行业逐步理顺和规范的。

(2)两种涂装工艺的比较

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3.4中波红外加热烘道

粉末经典涂装工艺的热涂装法和冷涂装法,只是解决了带点粉末均匀吸附到MDF板表面的难点。

要解决计财部受损的情况下,保证MDF板表面涂层的流平和固化,就要领先辐照新技术和配套的快速固化粉末了。

3.4.1远红外加热烘道
远红外辐照加热技术在60年代风靡全国。国内外远红外烘道加热管都采取顺着烘道长度方向进行卧式排布的。

这种经典的卧式排布方式存在致命的缺陷,就是烘道内辐照厂热量和温度场热量的组合,难以保证烘道内上下温度的均匀。

辐照能量与距离平方成反比,灯管离工件越近,辐照能量就大幅增加,使工件表面接受辐照能量的差异显著增大。

采取大灯管与工件之间距离可以改善辐照的均匀度,但烘道的空间和加热功率都随之增大,失去了辐照加热节能的优势。这是远红外加热节能技术多年来未能在国内全面推广应用的重要原因。

3.4.2卧式中波红外加热烘道
(1)远红外线的波长大于4μm,辐射体温度400~600°C,辐射能量较低。中波红外线波长2.5~5μm,波峰在2.4μm区域,辐射体温度800~900°C。高分子材料结构基因的吸收峰见表1。

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由上表可知,忠波鸿外观发射的波长比较适合粉末涂料的吸收加热,加热效率高达30~50%。所以国内外MDF板粉末涂装都采用中波红外加热技术。

它可使MDF板表面吸附的粉末在较短时间内快速吸热流平固化,而不操作MDF板基材。

(2)国内开发的卧式中波红外加热烘道与远红外加热烘道结构类似,只是加热元件换成中波红外加热管。

为解决烘道高度方向辐照的均匀性,也是依赖于拉大加热管与工件之间的距离。这样就降低了烘道幅照场热量的利用率,烘道的加热功率必然增大。

(3)国内广州电器科学院对卧式中波红外加热烘道做了大量研究工作。2011年初在广东创新网上发布了研究报告,认为:用于MDF粉末涂装的这类卧式中波红外加热烘道,在解决板面和前后侧边温度均匀性的研究中还存在不少难题。

(4)中波红外管以德国贺利士公司产品最为著名。90年代锦州高红外研究所率先开发了这类红外加热元件。国内目前市场上类似产品众多,但产品的质量相差很大。

3.4.3立式中波红外加热烘道
笔者针对卧式中波红外加热烘道存在的不足之处,结合50年我国粉末涂装研究经验排布的中波红外加热烘道。

提出了;在特定的条件下等概率的不均匀达到均匀的理念,设计了中波红外管立式解决了MDF板在烘道中获得均匀辐照的难题,实现了缩小烘道辐照的加热空间,提高辐照场能量的利用率,大幅度降低烘道的加热功率。

等概率的不均匀达到均匀:立式排布的中波红外灯管在其加热段上,每个发射点的辐照强度是均匀的,即垂直于烘道的直线上的辐照强度是等同的。

另外,立式排布的管子之间有不同的间距,因而沿着烘道的X轴线上各点的辐照强度有着明显的波动变化,这样的烘道不是一个均匀辐照的加热烘道。

但是当MDF板上的每条垂直线在运动过程中,接受这种不均匀的波动辐照的概率相同时,整个MDF板面上的粉末接受的辐照量就相同了

就是在这种特定的条件下的“等概率的不均匀达到均匀”的含义。这一理念在实践应用中证实了其正确性。

MDF板在立式中波红外烘道中加热运行的间4~6MIN。MDF板进入流平段后60S内拌面粉末温度快速升至160°C,是粉末迅速熔融流平,接着温度快速回落至130~140°C,完成涂膜固化。

适用于忠波红外快速固化的粉末涂料产品在国内有太仓老虎公司的产品,固化条件为130°C/10min。

4、结语

MDF粉末涂装应用是一个正待开发的新颖高端大市场。随着市场发育成熟,将会不断提升我国粉末涂料和涂装技术的含金量。

金属粉末涂装走向非金属热敏材料的涂装,是一次技术的飞跃。在这一技术领域的的研究历程中,我国开始缩小了同国外的差距,这是值得庆贺的。但更重要的是在批量生产应用中,还会遇到许多难点要我们去攻可解决。

例如:国内MDF板的质量差异很大;环境因素,特别是如何防止潮湿环境对产品涂膜质量的影响等等。这些都有待于行内同仁们共同努力研究解决。
来源:山东朗法博粉末涂料公司、粉末登场
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