防靜電涂料在紡機(jī)上的應(yīng)用研究

谷沐陽(yáng)，韓金亮

(1. 中交上海航道裝備工業(yè)有限公司，上海 200120；2. 經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 榆次 030601)

0 前 言

為了減輕紡機(jī)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的不利影響，紡紗機(jī)中的大批量鑄鋁合金零件以往采用陽(yáng)極氧化工藝，現(xiàn)均改為噴涂粉末涂料工藝；大批量煮黑件改為電泳處理；然而在紡紗工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，工藝更改后的零件比如隔紗板噴粉件、鋼領(lǐng)板電泳件與棉紗接觸，靜電問(wèn)題導(dǎo)致其表面吸附棉花及灰塵嚴(yán)重，難以清理。靜電放電不僅妨礙生產(chǎn)過(guò)程，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至可能會(huì)引起火災(zāi)、爆炸、電擊災(zāi)害。而紡紗行業(yè)中高分子材料的大量應(yīng)用使靜電問(wèn)題越來(lái)越顯得突出，為防止在紡紗過(guò)程中零件吸附棉花和灰塵，最大限度減輕紡機(jī)產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的不利影響，提出在不同類型的涂料中，添加防靜電材料，在不影響其他性能的前提下，使其工件表面兼具防靜電性能。

1 防靜電粉末涂料、電泳涂料的選用

1.1 防靜電粉末涂料、電泳涂料防靜電要求的提出

防靜電粉末涂料、電泳涂料均為防靜電涂料，是具有導(dǎo)電和排除積累靜電荷能力、表面電阻值在一定范圍內(nèi)的特種功能涂料。防靜電涂料按其成膜物質(zhì)是否具有導(dǎo)電性分為2類：(1)本征型：由具有導(dǎo)電性的聚合物為成膜物而不必另加導(dǎo)電材料的防靜電涂料； (2)添加型：是導(dǎo)電填料、絕緣性成膜物、助劑和溶劑的混合物，利用導(dǎo)電填料的導(dǎo)電作用產(chǎn)生防靜電效果。通常采用的防靜電涂料為添加型涂料，即在不導(dǎo)電的基料樹(shù)脂中添加一定量的導(dǎo)電填料實(shí)現(xiàn)抗靜電功能；防靜電涂料在油罐、地坪上應(yīng)用較多，在紡機(jī)行業(yè)上應(yīng)用卻很少見(jiàn)；不同行業(yè)對(duì)防靜電涂料的表面電阻要求不同，比如地坪涂料表面電阻值在104～109Ω,紡機(jī)行業(yè)防靜電粉末涂料表面電阻值范圍沒(méi)有相關(guān)的國(guó)家和行業(yè)涂裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采標(biāo)，借鑒紡織行業(yè)FZ/T9 2014-2008“滾盤(pán)”4.8條款，把非金屬滾盤(pán)防靜電要求定為紡機(jī)防靜電涂料防靜電要求。即在溫度(25±5) ℃、相對(duì)濕度55%±5%的條件下，防靜電涂料涂膜任意一處的表面電阻值<1010Ω，防靜電涂料在具備防靜電性能條件下，還必須滿足涂膜耐濕熱、耐酸耐堿等要求。

1.2 防靜電涂料的制備

1.2.1 防靜電粉末涂料的制備

紡機(jī)產(chǎn)品使用的粉末涂料為環(huán)氧聚酯粉末涂料，其涂膜的表面電阻值通常大于1012Ω，環(huán)氧聚酯粉末涂料有平光和桔紋2種。選擇在平光的環(huán)氧聚酯粉末涂料中添加導(dǎo)電填料來(lái)制取防靜電粉末涂料。石墨填料與其他導(dǎo)電填料相比雖然導(dǎo)電性不是很高，但成本低，石墨含量的增大對(duì)導(dǎo)電性能是有利的，但會(huì)破壞涂膜的耐濕熱、耐酸、耐堿性能，故選用以石墨為主的復(fù)合導(dǎo)電填料，其添加量為2%～8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，采用外添加方式，只需要把環(huán)氧聚酯的粉末涂料按照一定比例和復(fù)合導(dǎo)電填料進(jìn)行充分混合， 就可以制得不同表面電阻值范圍的防靜電粉末涂料，大大降低庫(kù)存成本。

1.2.2 防靜電陰極電泳涂料的制備

紡機(jī)產(chǎn)品使用的電泳涂料為環(huán)氧類電泳涂料。防靜電陰極電泳涂料國(guó)內(nèi)很少見(jiàn)。經(jīng)與陰極電泳涂料生產(chǎn)廠家協(xié)商，在普通陰極電泳涂料中的樹(shù)脂中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%～3.0%的防靜電劑，機(jī)械混合后再加工成型，其中防靜電劑摻入到樹(shù)脂(聚合物)中，可使樹(shù)脂(聚合物)變成半導(dǎo)體，摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的導(dǎo)電填料(碳、石墨等)，再利用導(dǎo)電填料在涂膜表面形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，抑制和減少靜電荷產(chǎn)生，從而制得了抗靜電陰極電泳涂料。

1.3 技術(shù)指標(biāo)

紡機(jī)上使用的防靜電粉末涂料驗(yàn)收項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 紡機(jī)上使用的防靜電粉末涂料驗(yàn)收項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

紡機(jī)上使用的防靜電電泳涂料的驗(yàn)收項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 紡機(jī)上使用的防靜電電泳涂料驗(yàn)收項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

(續(xù)表2)

2 防靜電涂料施工工藝

2.1 防靜電粉末涂料施工工藝

2.1.1 工件前處理要求

紡機(jī)上使用防靜電涂料涂裝的最具有代表性的工件是隔紗板鑄鋁件，每臺(tái)細(xì)紗機(jī)上有1 000多個(gè)，以往采用陽(yáng)極氧化的前處理工藝為去毛刺 - 摜光 - 機(jī)拋；采用噴涂防靜電粉末涂料工藝后，取消了機(jī)拋工序，直接摜光后噴粉，不僅加快了生產(chǎn)進(jìn)度，而且大大降低了生產(chǎn)成本。

2.1.2 噴涂方式

雖然防靜電粉末涂料采用了特殊的制造工藝，但其噴涂工藝和普通粉末涂料相同，導(dǎo)電填料在電離區(qū)域帶電后，和普通粉末一起附著在工件上，經(jīng)過(guò)高溫固化，形成均勻的抗靜電涂膜。

2.1.3 干燥方式

防靜電粉末涂料固化溫度為(180±5) ℃，固化爐加熱到工藝溫度范圍后，再放入工件加熱，保證工件涂膜表面電阻值均勻一致。

2.1.4 涂膜厚度影響

由于樹(shù)脂基料的上浮效應(yīng)和導(dǎo)電粒子深層沉淀及粒徑分布等原因，涂膜愈薄，其最終的導(dǎo)電性越好，相反，涂膜越厚，最終的導(dǎo)電性越差，重噴、厚噴表面電阻值完全不達(dá)標(biāo)，當(dāng)涂膜厚度達(dá)到一定值時(shí)，已失去防靜電性能，涂膜厚度影響最終防靜電效果。表3為隔紗板涂膜厚度與表面電阻值關(guān)系，隔紗板涂膜厚度只有選擇控制在40～70 μm范圍內(nèi)時(shí)，才能保證涂膜表面任意一點(diǎn)的表面電阻值均符合<1010Ω。

表3 隔紗板涂膜厚度與表面電阻值關(guān)系

2.1.5 應(yīng)用

選用2種符合表1要求，且二者表面電阻值分別為104～109Ω、108～1010Ω的防靜電粉末涂料，經(jīng)噴涂后工件分別安裝在不同的紡機(jī)上，試用1 a，均未發(fā)現(xiàn)有明顯飛花和灰塵堆積現(xiàn)象，效果很好。同時(shí)發(fā)現(xiàn)表面電阻值為108～1010Ω的抗靜電涂料具有價(jià)格低、附著力好、表面光澤適中、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn)，已在紡機(jī)新增合同中批量應(yīng)用。表4為隔紗板(實(shí)物)表面防靜電涂膜的物化性能。

表4 隔紗板(實(shí)物)表面防靜電涂膜的物化性能

2.2 防靜電電泳涂料的施工工藝

2.2.1 防靜電電泳涂料配制

選用上文提及的市購(gòu)防靜電陰極電泳涂料(雙組分)，電泳漆一次投槽量3 100 kg，質(zhì)量配比為：色漿∶乳夜∶去離子水=1∶4∶10，工作液工作參數(shù)為：固體分(14±4)%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，pH值為5.8～6.2，電導(dǎo)率(1 400±400) μS/cm。嚴(yán)控固體分濃度，防止涂膜過(guò)厚，導(dǎo)致涂膜表面電阻值偏大。

2.2.2 工件前處理要求

防靜電電泳涂料對(duì)脫脂要求較高，故將步進(jìn)式脫脂工序延長(zhǎng)3 min，并選用新型致密薄型磷化膜，同時(shí)加強(qiáng)水洗質(zhì)量管理，以避免涂膜不勻、粗糙，使涂膜表面電阻值均勻一致。

2.2.3 工藝流程

整個(gè)工藝過(guò)程采用步進(jìn)式陰極電泳，其工藝流程為：預(yù)脫脂→脫脂→水洗1→水洗2 →酸洗→水洗3 →中和→水洗4→表調(diào)→磷化→水洗5→水洗6→純水洗1→陰極電泳→UF0(超濾)→ UF1(超濾) → UF2(超濾) →純水洗2→晾干→烘干固化→下件→檢驗(yàn)包裝。

2.2.4 烘干溫度及時(shí)間

烘干溫度180 ℃，烘干時(shí)間36 min。烘干溫度控制在180～200 ℃之間，將烘干時(shí)間從26 min延長(zhǎng)至36 min，保證防靜電涂膜的耐溶劑性及附著力達(dá)標(biāo)。

2.2.5 應(yīng)用效果

防靜電電泳涂料電泳后工件各個(gè)部位如內(nèi)層、凹陷、焊縫等處都能獲得均勻、平滑的涂膜，涂膜硬度高，耐腐蝕性強(qiáng)，附著力好，并兼具良好的抗靜電性能；對(duì)其附著力、抗沖擊性能、光澤、柔韌性、表面電阻值等進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明該涂料符合工藝標(biāo)準(zhǔn)要求；工藝過(guò)程易控制，適合大批量生產(chǎn)。

3 存在的問(wèn)題及解決辦法

3.1 表面電阻值測(cè)定方法

涂膜表面電阻采用高阻儀測(cè)量。測(cè)量涂膜的表面電阻值時(shí)，每個(gè)零件在3個(gè)不同位置各測(cè)試1次，取平均值。在測(cè)試前，將表面擦拭干凈，注意不要反復(fù)快速擦拭，會(huì)產(chǎn)生靜電，影響測(cè)試結(jié)果。

3.2 防靜電粉末涂料光澤度突然增高

防靜電粉末涂料中導(dǎo)電材料的加入通常會(huì)降低涂膜的光澤度，故將企標(biāo)Q/JWJ 1326規(guī)定的涂膜光澤40～50改為25～50 。但在多次質(zhì)量抽查時(shí)發(fā)現(xiàn)，有的工件噴涂防靜電粉末涂料后光澤卻高于50，附著力也不合格，現(xiàn)場(chǎng)粉末取樣重新噴涂后涂膜光澤、附著力均達(dá)標(biāo)準(zhǔn)要求，追蹤原因?yàn)樵诠袒癄t剛剛開(kāi)啟不久，固化溫度沒(méi)達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，就將工件推入固化爐進(jìn)行烘干，從而導(dǎo)致光澤度高，附著力不合格，屬于生產(chǎn)工藝不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的故障。

3.3 防靜電電泳工件安裝用酒精擦拭清洗時(shí)，涂膜批量脫落

電泳設(shè)備屬步進(jìn)式，自動(dòng)化程度高；排查電泳工藝發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)為了完成生產(chǎn)任務(wù)，大量增加每槽工件數(shù)量，將步進(jìn)式設(shè)備的行程調(diào)快，相應(yīng)縮短了固化時(shí)間，槽中間的工件涂膜固化不完全，導(dǎo)致涂膜耐溶劑性能差。將電泳設(shè)備步進(jìn)式行程中的固化時(shí)間從26 min調(diào)至36 min，解決了涂膜的質(zhì)量問(wèn)題，且工件外觀質(zhì)量顯著提高。在此基礎(chǔ)上，為了防止該質(zhì)量問(wèn)題在用戶使用過(guò)程中才暴露，對(duì)涂膜質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)增加“電泳涂膜干燥性的測(cè)定”檢驗(yàn)項(xiàng)目，用于判斷抗靜電涂膜是否完全固化，即涂膜是否耐有機(jī)溶劑。

4 結(jié) 論

紡機(jī)行業(yè)防靜電涂料表面電阻值定為<1010Ω，現(xiàn)已納入紡織機(jī)械涂裝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 90074“紡織機(jī)械產(chǎn)品涂裝”，并于2021年7月正式實(shí)施。紡機(jī)諸多零件外觀采用防靜電涂料涂覆后，涂膜不僅力學(xué)性能特別優(yōu)越，同時(shí)兼?zhèn)淞伺懦o電荷的功能，已成為紡機(jī)產(chǎn)品銷售的一個(gè)新亮點(diǎn)，提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。涂覆抗靜電涂料工件的抗靜電效果與工件所放置環(huán)境的溫度、濕度關(guān)系甚大，濕度越大，溫度越高，抗靜電效果越好，鑒于抗靜電涂料現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)氣候條件等的不可控性，建議僅將現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值作為參考值。在測(cè)量工件表面電阻值時(shí)必須記錄好溫度及濕度，以便綜合分析，不能只把電阻值作為判斷抗靜電性的依據(jù)。