防静电涂料在纺机上的应用研究

谷沐阳，韩金亮

(1. 中交上海航道装备工业有限公司，上海 200120；2. 经纬智能纺织机械有限公司，山西 榆次 030601)

0 前 言

为了减轻纺机产品对环境的不利影响，纺纱机中的大批量铸铝合金零件以往采用阳极氧化工艺，现均改为喷涂粉末涂料工艺；大批量煮黑件改为电泳处理；然而在纺纱工作过程中发现，工艺更改后的零件比如隔纱板喷粉件、钢领板电泳件与棉纱接触，静电问题导致其表面吸附棉花及灰尘严重，难以清理。静电放电不仅妨碍生产过程，影响产品质量，甚至可能会引起火灾、爆炸、电击灾害。而纺纱行业中高分子材料的大量应用使静电问题越来越显得突出，为防止在纺纱过程中零件吸附棉花和灰尘，最大限度减轻纺机产品对环境的不利影响，提出在不同类型的涂料中，添加防静电材料，在不影响其他性能的前提下，使其工件表面兼具防静电性能。

1 防静电粉末涂料、电泳涂料的选用

1.1 防静电粉末涂料、电泳涂料防静电要求的提出

防静电粉末涂料、电泳涂料均为防静电涂料，是具有导电和排除积累静电荷能力、表面电阻值在一定范围内的特种功能涂料。防静电涂料按其成膜物质是否具有导电性分为2类：(1)本征型：由具有导电性的聚合物为成膜物而不必另加导电材料的防静电涂料； (2)添加型：是导电填料、绝缘性成膜物、助剂和溶剂的混合物，利用导电填料的导电作用产生防静电效果。通常采用的防静电涂料为添加型涂料，即在不导电的基料树脂中添加一定量的导电填料实现抗静电功能；防静电涂料在油罐、地坪上应用较多，在纺机行业上应用却很少见；不同行业对防静电涂料的表面电阻要求不同，比如地坪涂料表面电阻值在104～109Ω,纺机行业防静电粉末涂料表面电阻值范围没有相关的国家和行业涂装标准进行采标，借鉴纺织行业FZ/T9 2014-2008“滚盘”4.8条款，把非金属滚盘防静电要求定为纺机防静电涂料防静电要求。即在温度(25±5) ℃、相对湿度55%±5%的条件下，防静电涂料涂膜任意一处的表面电阻值<1010Ω，防静电涂料在具备防静电性能条件下，还必须满足涂膜耐湿热、耐酸耐碱等要求。

1.2 防静电涂料的制备

1.2.1 防静电粉末涂料的制备

纺机产品使用的粉末涂料为环氧聚酯粉末涂料，其涂膜的表面电阻值通常大于1012Ω，环氧聚酯粉末涂料有平光和桔纹2种。选择在平光的环氧聚酯粉末涂料中添加导电填料来制取防静电粉末涂料。石墨填料与其他导电填料相比虽然导电性不是很高，但成本低，石墨含量的增大对导电性能是有利的，但会破坏涂膜的耐湿热、耐酸、耐碱性能，故选用以石墨为主的复合导电填料，其添加量为2%～8%(质量分数)，采用外添加方式，只需要把环氧聚酯的粉末涂料按照一定比例和复合导电填料进行充分混合， 就可以制得不同表面电阻值范围的防静电粉末涂料，大大降低库存成本。

1.2.2 防静电阴极电泳涂料的制备

纺机产品使用的电泳涂料为环氧类电泳涂料。防静电阴极电泳涂料国内很少见。经与阴极电泳涂料生产厂家协商，在普通阴极电泳涂料中的树脂中添加质量分数为0.3%～3.0%的防静电剂，机械混合后再加工成型，其中防静电剂掺入到树脂(聚合物)中，可使树脂(聚合物)变成半导体，掺入质量分数为1%的导电填料(碳、石墨等)，再利用导电填料在涂膜表面形成导电网络，抑制和减少静电荷产生，从而制得了抗静电阴极电泳涂料。

1.3 技术指标

纺机上使用的防静电粉末涂料验收项目及标准见表1。

表1 纺机上使用的防静电粉末涂料验收项目及标准

纺机上使用的防静电电泳涂料的验收项目及标准见表2。

表2 纺机上使用的防静电电泳涂料验收项目及标准

(续表2)

2 防静电涂料施工工艺

2.1 防静电粉末涂料施工工艺

2.1.1 工件前处理要求

纺机上使用防静电涂料涂装的最具有代表性的工件是隔纱板铸铝件，每台细纱机上有1 000多个，以往采用阳极氧化的前处理工艺为去毛刺 - 掼光 - 机抛；采用喷涂防静电粉末涂料工艺后，取消了机抛工序，直接掼光后喷粉，不仅加快了生产进度，而且大大降低了生产成本。

2.1.2 喷涂方式

虽然防静电粉末涂料采用了特殊的制造工艺，但其喷涂工艺和普通粉末涂料相同，导电填料在电离区域带电后，和普通粉末一起附着在工件上，经过高温固化，形成均匀的抗静电涂膜。

2.1.3 干燥方式

防静电粉末涂料固化温度为(180±5) ℃，固化炉加热到工艺温度范围后，再放入工件加热，保证工件涂膜表面电阻值均匀一致。

2.1.4 涂膜厚度影响

由于树脂基料的上浮效应和导电粒子深层沉淀及粒径分布等原因，涂膜愈薄，其最终的导电性越好，相反，涂膜越厚，最终的导电性越差，重喷、厚喷表面电阻值完全不达标，当涂膜厚度达到一定值时，已失去防静电性能，涂膜厚度影响最终防静电效果。表3为隔纱板涂膜厚度与表面电阻值关系，隔纱板涂膜厚度只有选择控制在40～70 μm范围内时，才能保证涂膜表面任意一点的表面电阻值均符合<1010Ω。

表3 隔纱板涂膜厚度与表面电阻值关系

2.1.5 应用

选用2种符合表1要求，且二者表面电阻值分别为104～109Ω、108～1010Ω的防静电粉末涂料，经喷涂后工件分别安装在不同的纺机上，试用1 a，均未发现有明显飞花和灰尘堆积现象，效果很好。同时发现表面电阻值为108～1010Ω的抗静电涂料具有价格低、附着力好、表面光泽适中、耐腐蚀性好的优点，已在纺机新增合同中批量应用。表4为隔纱板(实物)表面防静电涂膜的物化性能。

表4 隔纱板(实物)表面防静电涂膜的物化性能

2.2 防静电电泳涂料的施工工艺

2.2.1 防静电电泳涂料配制

选用上文提及的市购防静电阴极电泳涂料(双组分)，电泳漆一次投槽量3 100 kg，质量配比为：色浆∶乳夜∶去离子水=1∶4∶10，工作液工作参数为：固体分(14±4)%(质量分数)，pH值为5.8～6.2，电导率(1 400±400) μS/cm。严控固体分浓度，防止涂膜过厚，导致涂膜表面电阻值偏大。

2.2.2 工件前处理要求

防静电电泳涂料对脱脂要求较高，故将步进式脱脂工序延长3 min，并选用新型致密薄型磷化膜，同时加强水洗质量管理，以避免涂膜不匀、粗糙，使涂膜表面电阻值均匀一致。

2.2.3 工艺流程

整个工艺过程采用步进式阴极电泳，其工艺流程为：预脱脂→脱脂→水洗1→水洗2 →酸洗→水洗3 →中和→水洗4→表调→磷化→水洗5→水洗6→纯水洗1→阴极电泳→UF0(超滤)→ UF1(超滤) → UF2(超滤) →纯水洗2→晾干→烘干固化→下件→检验包装。

2.2.4 烘干温度及时间

烘干温度180 ℃，烘干时间36 min。烘干温度控制在180～200 ℃之间，将烘干时间从26 min延长至36 min，保证防静电涂膜的耐溶剂性及附着力达标。

2.2.5 应用效果

防静电电泳涂料电泳后工件各个部位如内层、凹陷、焊缝等处都能获得均匀、平滑的涂膜，涂膜硬度高，耐腐蚀性强，附着力好，并兼具良好的抗静电性能；对其附着力、抗冲击性能、光泽、柔韧性、表面电阻值等进行检测，结果表明该涂料符合工艺标准要求；工艺过程易控制，适合大批量生产。

3 存在的问题及解决办法

3.1 表面电阻值测定方法

涂膜表面电阻采用高阻仪测量。测量涂膜的表面电阻值时，每个零件在3个不同位置各测试1次，取平均值。在测试前，将表面擦拭干净，注意不要反复快速擦拭，会产生静电，影响测试结果。

3.2 防静电粉末涂料光泽度突然增高

防静电粉末涂料中导电材料的加入通常会降低涂膜的光泽度，故将企标Q/JWJ 1326规定的涂膜光泽40～50改为25～50 。但在多次质量抽查时发现，有的工件喷涂防静电粉末涂料后光泽却高于50，附着力也不合格，现场粉末取样重新喷涂后涂膜光泽、附着力均达标准要求，追踪原因为在固化炉刚刚开启不久，固化温度没达到工艺标准要求时，就将工件推入固化炉进行烘干，从而导致光泽度高，附着力不合格，属于生产工艺不达标导致的故障。

3.3 防静电电泳工件安装用酒精擦拭清洗时，涂膜批量脱落

电泳设备属步进式，自动化程度高；排查电泳工艺发现，现场为了完成生产任务，大量增加每槽工件数量，将步进式设备的行程调快，相应缩短了固化时间，槽中间的工件涂膜固化不完全，导致涂膜耐溶剂性能差。将电泳设备步进式行程中的固化时间从26 min调至36 min，解决了涂膜的质量问题，且工件外观质量显著提高。在此基础上，为了防止该质量问题在用户使用过程中才暴露，对涂膜质量验收时增加“电泳涂膜干燥性的测定”检验项目，用于判断抗静电涂膜是否完全固化，即涂膜是否耐有机溶剂。

4 结 论

纺机行业防静电涂料表面电阻值定为<1010Ω，现已纳入纺织机械涂装行业标准FZ/T 90074“纺织机械产品涂装”，并于2021年7月正式实施。纺机诸多零件外观采用防静电涂料涂覆后，涂膜不仅力学性能特别优越，同时兼备了排除静电荷的功能，已成为纺机产品销售的一个新亮点，提升了市场竞争力。涂覆抗静电涂料工件的抗静电效果与工件所放置环境的温度、湿度关系甚大，湿度越大，温度越高，抗静电效果越好，鉴于抗静电涂料现场验收时气候条件等的不可控性，建议仅将现场测试值作为参考值。在测量工件表面电阻值时必须记录好温度及湿度，以便综合分析，不能只把电阻值作为判断抗静电性的依据。