塑料粉末火焰喷涂的取代方案

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：塑料粉末火焰喷涂粉末的分类及组成根据塑料粉末火焰喷涂粉末成膜物质的性质可分为两大类：成膜物质为热塑性树脂的叫热塑性粉末；成膜物质为热固性树脂的叫热固性粉末。火焰喷涂热塑性粉末主要选择流化床涂覆用粉末涂料，但最好根据火焰喷塑工艺特点及要求自制或委托加工。EAA、EMAA是20世纪90年代才开始应用的热塑性粉末涂料，也是最适合火焰喷涂的塑料粉末，其最突出的特点是它们与金属表面极强的附着力及良好的耐磨性。

（1）塑料粉末火焰喷涂粉末的分类及组成根据塑料粉末火焰喷涂粉末成膜物质的性质可分为两大类：成膜物质为热塑性树脂的叫热塑性粉末；成膜物质为热固性树脂的叫热固性粉末。热塑性粉末和热固性粉末的特性见表2-22。

表2-22 热塑性和热固性粉末的特性

热塑性粉末是由热塑性树脂、颜料、填料、增塑剂和稳定剂等成分经干混合或熔融混合、粉碎、过筛分级得到的。其特点是可随温度上升而变软或熔化，冷却后则凝固成型变硬，这个过程为可逆过程，可反复进行多次。热塑性粉末涂层具有优良的韧性、弯曲性能和抗化学腐蚀性能。火焰喷涂热塑性粉末主要选择流化床涂覆用粉末涂料，但最好根据火焰喷塑工艺特点及要求自制或委托加工。火焰喷涂常用的热塑性粉末主要有聚乙烯、乙烯/丙烯酸（甲基丙烯酸）共聚物（EAA和EMAA）、乙烯/醋酸乙烯共聚物（EVA）、尼龙、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等。

热固性粉末由热固性树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等组成，经预混合、熔融挤出混合、粉碎、过筛分级而得到。热固性粉末中的树脂相对分子质量小，本身没有成膜性能，只有在加热条件下，与固化剂起化学反应交联成体型结构，才能得到性能好的涂层。火焰喷塑常用的热固性粉末有环氧树脂、环氧/聚酯及聚酯粉末等。

（2）常用火焰喷涂塑料粉末

1）聚乙烯粉末。聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，因生产方法不同分为低密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯三种。随密度增加，聚乙烯拉伸强度、硬度、耐热性增高。高密度聚乙烯最高使用温度为70℃，低密度聚乙烯最高使用温度为60℃。聚乙烯粉末一般都用低密度聚乙烯，因为低密度聚乙烯的熔融黏度低，更适合喷涂，而且价格便宜，涂层应力小，有良好的抗开裂性。

聚乙烯涂层具有优良的耐蚀性，耐非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）、耐碱、耐盐类等化学药品性能好，耐极性有机物（醇、酮）和水，在室温下能耐一般溶剂，涂层电性能好。但聚乙烯涂层不耐浓硝酸、浓硫酸和其他强氧化剂的腐蚀，机械强度低，不耐磨，耐候性差。

由于不含极性基团，聚乙烯涂层与金属表面附着力较低，火焰喷涂时可采取以下措施提高其与金属的结合强度：

①表面最好采用喷砂处理。

②选择经改性的聚乙烯粉末。

③提高预热温度，使基体表面温度高于粉末熔点。

④选较细的粉末，降低单道喷涂涂层厚度。

⑤采用金属或其他结合底层。

2）EAA、EMAA粉末。EAA是乙烯-丙烯酸共聚物，EMAA是乙烯-甲基丙烯酸共聚物，两者的性能相似。EAA、EMAA是20世纪90年代才开始应用的热塑性粉末涂料，也是最适合火焰喷涂的塑料粉末，其最突出的特点是它们与金属表面极强的附着力（可高达20MPa）及良好的耐磨性。此外，EAA、EMAA涂层具有优良的耐蚀性、抗冲击性及抗渗透性，有优良的抗紫外线（在某些情况下与聚氨酯及丙烯酸相当）能力及抗海洋生物黏附等特性。EAA、EMAA熔融指数范围为10～500g/min，随着相对分子质量的增加其熔融指数下降，低熔融指数材料通常具有更高的硬度及耐温性。EAA、EMAA涂层的长期使用温度为70℃。

火焰喷涂EAA、EMAA时，应将基体表面预热至80℃以上，由于与基体附着良好，EAA、EMAA涂层具有很好的可修复性，通过加热重新熔化已使用的涂层，可得到接近最初光泽的涂层。

3）EVA粉末。EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）是由无极性、结晶性的乙烯单体和强极性、非结晶性的醋酸乙烯（VA）在引发剂存在下，经高压本体聚合而成的热塑性树脂。EVA粉末的性能主要取决于所选EVA树脂的性能，与其分子链上VA含量及熔融指数密切相关。当熔融指数一定时，随着VA含量的增加，EVA的密度、弹性、耐冲击性、耐应力开裂性、耐候性、相容性，尤其是与金属表面的附着力等增加，而其熔点、硬度、强度、耐化学性等性能下降。例如，随VA含量由5%至40%，EVA性能由接近低密度聚乙烯变为接近橡胶，熔点由110℃降至65℃。加入填料能使涂层刚度和硬度提高，但对其他性能影响不大。

火焰喷涂常用EVA粉末的VA含量为5%～8%（质量分数），熔点为95～108℃，喷涂施工方便，金属表面预热温度低（60℃即可），涂层修补也简单。涂层的附着力、耐蚀性、耐化学药品性、电性能、耐候性、低温下的柔韧性等良好，具有较好的综合性能，但涂层较软。EVA具有良好的抗霉菌生长的特性可用作食品容器防护涂层。该粉末涂层的连续使用温度范围为-40～70℃。

高VA含量，如VA含量为28%～40%（质量分数）的EVA粉末由于熔点低，可不预热喷涂，而且与金属表面结合良好，可用作聚乙烯等涂层的结合底层。

4）尼龙（PA）粉末。PA是一种应用很广的热塑性塑料。PA的品种很多，火焰喷涂常用的PA粉末有PA11、PA12、PA1010及一些二元、三元共聚尼龙。PA粉末涂层与金属的附着力不好，对冲击强度和耐蚀性要求高的必须喷涂结合涂层。尼龙使用温度范围宽，可在-60～120℃内使用。

PA粉末涂层力学性能、耐磨性和润滑性能好；除了耐强酸和氧化性酸差外，耐碱和大多数盐水、稀酸；对烃、酮、酯、油类耐蚀能力良好；不耐酚和甲酸的腐蚀；涂层无毒、无味、对生物侵蚀呈惰性，不受细菌作用；耐候性好；尼龙涂层降噪、防粘效果及手感好。

火焰喷涂尼龙粉末时，除了必须选择热喷涂金属底层、涂结合底漆外，还应充分预热基体，使基体表面温度略高于粉末熔点，选择还原焰，最好用二氧化碳、氮气作送粉气，防止涂层因过热影响其性能。喷涂厚涂层时，每一道厚度不能太厚，应充分塑化后再喷下一道。由于PA是结晶性塑料，喷涂后，应采用水、油作淬火处理或加热处理，以提高其力学性能。

5）聚苯硫醚（PPS）粉末。PPS是一种硬而脆，热稳定性优良的热塑性塑料，同时它具有优良的电绝缘性和黏结性，有适当的强度，PPS的使用温度范围通常为-148～250℃。

PPS的化学惰性及耐高温性使它成为良好的耐蚀涂层。

PPS的熔化区宽，为300～420℃，故有良好的流动性，且无毒、不燃、与金属黏结力强。PPS粉末涂层可耐170℃下的各种溶剂，200℃以下的稀无机酸，以及有机酸、碱、盐、氧化剂腐蚀；不耐硝酸、铬酸等氧化性酸。

火焰喷涂聚苯硫醚时，必须预热基体表面至240℃以上，否则涂层会在喷涂后开裂、脱落，喷涂后也应用冷水淬火处理。

6）聚醚醚酮（PEEK）粉末。PEEK是分子主链中含有链节的线性芳香族高分子化合物。其构成单位为氧-对亚苯基-氧-羰-对亚苯基，是半结晶性、热塑性塑料。

PEEK的熔点为334℃，具有机械强度高、耐高温、抗冲击、阻燃、耐水解、耐磨、耐疲劳、耐辐照及良好的电性能，除浓硫酸外，几乎耐任何化学药品，即使在较高的温度下，仍能保持良好的化学稳定性，长期使用温度（UL温度指数）250℃，短期工作温度可达300℃。

火焰喷涂PEEK时，必须预热基体表面至280℃以上，否则涂层会在喷涂后开裂、脱落。

7）环氧树脂粉末。环氧树脂是含环氧基的高分子聚合物的通称。环氧树脂耐一般溶剂，耐稀酸、碱、盐溶液，耐水性好，不耐强氧化剂，如硝酸、浓硫酸等的腐蚀，耐候性差。一般环氧树脂最高使用温度为100℃，耐热型环氧树脂可达150℃。

环氧粉末涂层具有优良的耐化学性能、力学性能、电绝缘性能及装饰性能。环氧树脂粉末可做成高光、半光、无光及防腐等要求的涂层。

火焰喷涂时，应选择低温快速固化型环氧树脂粉末，或提高预热温度（高于固化温度），喷涂隔热底层，如陶瓷涂层，以提高涂层固化程度，得到满意的火焰喷涂涂层。

8）环氧/聚酯粉末。环氧/聚酯粉末是以环氧树脂、聚酯为主要原料的热固性塑料粉末。其涂层的力学性能与环氧树脂粉末涂层相似。在耐化学药品方面，除了耐碱性外，其他性能接近环氧粉末涂层。在耐候性方面，环氧树脂含量越少，耐候性越好。

环氧/聚酯粉末也可做成高光、半光、无光等要求的涂层。

塑料粉末火焰喷涂的取代方案

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