What is powder coating? tell you everything

粉末涂料分类

粉末涂料可分为两种：

• 热塑性塑料

• 热固性

对于这两种类型，将自由流动的干粉施加到基材（通常是金属）上，然后将其加热到允许粉末熔化、流动并形成涂层的温度。

对于热塑性系统，一旦粉末流出并冷却，涂层过程就完成了。这种涂层可以通过加热重新熔化。

在热固性系统中，随着粉末熔化和流动，会发生固化反应。这会导致“凝固”的坚韧交联涂层，即在加热时不会再流动。

对于这两种类型，评估颜色、光泽、冲击力、附着力、耐候性和耐腐蚀性等特性的程序与固化液体涂料相同。

粉末涂料的测试在粉末本身的表征方面不同于液体涂料。这包括测试，例如：

• 熔体流动

• 易于干粉流动，以及

• 粒度

让我们探索如何制造粉末涂料，制造过程中用于评估粉末涂料的不同测试方法......

如何制作粉末涂料

首先，为了制作粉末涂料，称量配方中的原材料。这些原料通常都是固体，包括：

• 树脂

• 交联剂

• 催化剂

• 颜料

• 添加剂

• 扩展器

称重后，将成分混合在一起，然后挤出。

对于热固性粉末涂料，挤出是在相对较低的温度下进行的，温度刚好足以将成分熔融混合在一起，而不会导致所谓的 B 阶段或在挤出机中发生固化反应。

挤出物被冷却，研磨成粉末，然后According to特定产品的正确粒度分布进行分类。

表征涂料粉末的测试

下表列出了对涂料粉末进行的主要测试。

• 热固性涂料粉末的反应性通过凝胶时间和倾斜板流来评估。

• 涂料粉末在储存条件下的耐久程度可以通过称为粘连或烧结的简单测试来推断。对于在运输过程中具有低玻璃化转变温度的产品，粘连通常是一个挑战。

• 可以通过差示扫描量热仪测量涂料粉末的玻璃化转变。

• 粉末颗粒（热固性或热塑性）的物理性质可以通过比重、粒度分布和各种干流测试来表征。

gel time

One of the first tests that will be performed on thermoset coating powders is gel time. This test measures the time required for thermoset powders to melt, flow and crosslink.

In this simple test, a small amount of powder (approximately 0.25 grams) is placed on top of a polished Hot Plate that is hot enough to induce a curing reaction (typically 180-200°C).

Start the timer and stir the powder with a wooden spatula (stomach depressor) until it solidifies into a solid, no more stirring.

The time is recorded along with the temperature of the Hot Plate.

This test is very operator dependent. How quickly or slowly a person stirs the powder on the Hot Plate can affect the measured gel time. However, this test is a quick way to ensure all ingredients are present in the batch.

If the gel takes too long or the powder never "sets," this could indicate missing or wrong ingredients in the batch.

The standard of gel time is:

ASTM D4217-07(2017) Standard Test Method for Gel Time of Thermosetting Coating Powders

ISO 8130-6:1992 Coating powders Part 6: Determination of gel time of thermosetting coating powders at a given temperature

Inclined plate flow, inclined plane flow or Hot Plate melt flow

The extent to which the powder melts and flows out on the substrate is a very important aspect for the final coating step of coating formation. Inclined plate flow is a simple and effective method for evaluating the melt viscosity of paint powders as they melt and crosslink.

A given amount of powder is pressed into a pellet and placed on a surface inclined at an angle (usually 65° or 35°) and held at a given temperature (usually the temperature specified to cure the coating).

The pellets will melt and flow down the heated sloped surface. The distance covered by the molten powder is a characteristic of a particular formulation.

倾斜表面要么是一块然后放置在加热炉中的板，要么是固定在特定角度的热板的抛光金属表面。

通常，织构以及快速固化配方的熔体流动非常短。在这两种情况下，熔体流动都受到抑制。织构剂往往会降低熔体流动。对于快速固化体系，粉末在流出之前发生交联。

凝胶时间和倾斜板流被用作热固性涂料粉末反应性的第一个检查。

如果凝胶时间或熔体流动超出规格，则可能意味着原材料有问题，或者配方的化学计量不正确。

这两项测试主要用于比较一批涂料粉末与另一批涂料粉末的生产一致性。

凝胶时间和熔体流动取决于配方的化学性质。

斜板（平面）流的参考标准为：

ASTM D4242-07(2017) 热固性涂料粉末倾斜板流的标准测试方法

ISO 8130-11：2019 涂料粉末 - 第 11 部分：斜面流动试验

干流和流化

粉末涂料应用的关键是粉末流化的好坏。粉末可以通过流化床浸渍或静电喷涂施加。对于这两种情况，粉末在流化床中与压缩空气混合。这种粉末-空气混合物就像流体一样。

对于静电喷涂应用，该混合物通过软管从床泵送至喷枪。

将粉末连续一致地输送到喷涂设备对于实现均匀的涂层非常重要。这取决于粉末流化的程度。

影响粉末流化效果的因素有：

• 颗粒形状

• 粒度分布

• 化学成分

• 水分含量

• 粉末结块的趋势

休止角和圆锥高度为了了解粉末本身如何流动（没有空气），测量休止角或锥体高度。

在这个测试中，一定量的粉末倒在水平面上形成一个圆锥体（把它想象成一座小山或小山）。

测量由锥体侧面形成的角度，并指示粉末的干流。

该测试主要用于将一批粉末与另一批粉末进行比较。

休止角不直接测试粉末流化的能力。

直接测量粉末流化的程度：

将一定量的粉末放入小型流化床或流量计中。

测量流化期间和之后的粉末高度以及流化粉末流过指定孔的速率。

According to这些测量，计算流化因子。

锥体高度和流化的参考标准是：

ISO 4324：表面活性剂——粉末和颗粒——休止角的测量

流化ISO 8130-5:1992 涂料粉末 - 第5部分：粉末/空气混合物流动性能的测定

粒度分布

测量粉末涂料中 PSD 的方法粉末的粒度和粒度分布对粉末流化、充电和应用的好坏有重大影响。通常，热塑性涂料粉末的颗粒比热固性涂料大。例如，热塑性粉末的平均粒径超过 100 µm，而典型的热固性粉末的平均粒径在 50 µm 范围内。 细粒水平或低于 10 µm 的粒度分布部分是热固性塑料应用中最容易出现问题的原因。小颗粒往往会结块，这会导致流化和喷涂应用中的各种问题。重要的是要了解粉末的完整粒度分布，而不仅仅是中值或平均粒度。

有多种方法可以测量粒度分布。筛分分析和激光衍射常用于粉末涂料。

在筛分分析中，一定量的粉末通过一个校准过的筛子。

通过两个或三个校准筛网通过（或被截留）的粉末量给出了粒度分布的相当粗略的概念。

可以通过激光衍射方法获得更完整的粒度分布图。

在这些方法中，粉末颗粒通过激光光源。

粒径取决于它衍射的光量。

分析仪将输出粒度分布的图形表示以及其他计算值。

激光衍射方法适用于 1-300 µm 尺寸范围内的颗粒。

对于某些热塑性粉末，粒度分布可能包含超过 300 µm 的部分，应使用不同的光学表征方法。

由于颗粒的形状和大小不规则，使用筛分分析确定的粒度分布可能与激光衍射确定的粒度分布有显着差异。

重要的是指定使用哪种方法来确定粒度分布，因为不同方法的结果无法比较。

粒度分布的测试方法有：

ASTM D1921-18，塑料材料粒度（筛分分析）的标准测试方法

ASTM D5861-07(2017)，涂料粉末粒度测量意义的标准指南

ISO 8130-13:2019 激光衍射粒度分析

阻塞、烧结或储存稳定性

涂料粉末可以在受控的实验室环境中更好地流化和喷出，但在它放在一个炎热仓库的盒子里之后，它可能不会。储存或阻塞测试旨在模拟粉末在包装、运输和储存后发生的情况。

通过将已知量的粉末放入容器中并将容器放入保持恒温一段时间的烘箱中来进行储存测试。

在测试期间将重物放在粉末顶部。

经过一定时间（一周到一个月）后，取出粉末并评估其物理和化学变化。

如果粉末融合成无法分解的物质，则可能会在现场造成问题。

如果粉末在物理上看起来不错，则应测量凝胶和流动性，并与储存测试前的情况进行比较。

喷出面板以确保粉末的行为不受储存条件的影响也是一个好主意。这将有助于我们了解粉末涂料的化学稳定性。

如果粉末涂料有物理结块，可以再次分解成粉末，则可以使用。但是如果它发生了化学变化，那么它就不能使用了。

参考标准：

ISO 8130-8:1994 热固性粉末储存稳定性的评估

玻璃化转变温度

玻璃化转变温度是二阶热转变，是无定形和半结晶聚合物的特征。它是玻璃状、脆性树脂变成粘性太妃糖状材料的温度。它不是一个熔点转变点，而是涉及材料变得“更软”。

固性粉末涂料中使用的大多数树脂的 Tg 范围为 50 至 70°C。如果涂料粉末的 Tg 接近室温（即低于 50°C），粉末颗粒将趋于融合在一起，形成不可喷涂的团块。

配制的涂料粉末的 Tg 不仅取决于树脂，因为交联剂和添加剂可以改变玻璃化转变温度。

了解未固化粉末的 Tg 对于低温固化或快速固化体系尤为重要，因为这些配方往往含有大量的催化剂、交联剂和/或开始使用较低 Tg 的树脂。如果 Tg 低，则需要特殊处理（空调运输和储存）。

差示扫描量热法 (DSC) 是测量涂料粉末的 Tg 和其他热转变的常用技术。DSC 是一种热分析技术，用于测量材料的热容量如何随温度变化。

使用 DSC 确定玻璃化转变温度的标准是：

ASTM E1356-08(2014) 用差示扫描量热法指定玻璃化转变温度的标准测试方法

ISO 16805:2003 油漆和清漆用粘合剂——玻璃化转变温度的测定

比重

密度定义为每单位体积的质量。比重是物质在一定温度下的密度除以水在一定温度下的密度。参考温度通常为 20°C。通过将密度除以给定温度下的水密度（20°C 下为 0.99823 g/cc），将密度转换为比重。

需要粉末的比重来确定给定量的粉末将覆盖多少面积。需要这个数字来计算在给定薄膜厚度下覆盖的每单位面积的非常重要的实际成本。

获得涂料粉末比重的主要方法有以下三种：

• Displacement - placing a known amount of powder in a non-solvent and measuring the change in volume. Now knowing the mass and volume of the sample, the specific gravity can be calculated.

• Calculation - Calculates the specific gravity of the paint powder using the specific gravity of each ingredient in the formulation and the amount of each ingredient.

• Gas Pycnometer - Can be operated with air or helium. This device directly measures the volume of air displaced by a known weight of powder.

Specific gravity is the key to determining how much powder is needed to cover a given amount of substrate. It is also used to calculate the cost per unit area of coating.

Formula to calculate powder coating coverage (ft2/lb):

Actual coverage=192.3/specific gravity/dry film thickness×transfer efficiency

Where 192.3 ft 2 /lb is the theoretical, better possible coverage of one pound of powder with a specific gravity of 1.0, applied at a thickness of 1.0 mils, with 100% transfer efficiency.

Transfer efficiency is the percentage of powder applied to a part that is not wasted by overspray. Transfer efficiency depends largely on how the operator applies the powder, how well the part is grounded, the gun settings, and the powder itself. It can be as low as 25% and as high as 85%.

Dry film thickness is the thickness of the powder on the part in mils (1 mil = 1/1000th of an inch).

Calculation example:

Powder X has a specific gravity of 1.6

Required dry film thickness is 2.0 mils

60% transfer efficiency (0.60)

Powder cost $5.00/lb

Actual Coverage = 192.3/1.6/2.0 × 0.60 = 36.05 ft 2 /lb

Cost per square foot = $5.00/36.05 = $0.14 Powder coverage per square foot X.

Most powder coating suppliers have online calculators that will give results in ft 2 /lb or m 2 /kg, for example:

• repaint

• IFS paint

The reference standard for determining specific gravity is:

ASTM D5965-19 Standard Test Method for Density of Coating Powders

ISO 8130-2:1992 Gas comparison pycnometer for determination of density