粉末涂装过程的温度检测和温度管理

1.  概述

粉末涂装的烘烤温度对涂膜色差有着显著影响。粉末涂装固化过程中的固化温度与固化时间通过炉温跟踪仪进行测试。

定期开展温度测试的重要意义在于：确保所有产品均达到要求的固化温度与固化时间，从而保证涂装质量。当产品出现质量问题时，能够迅速找出涂装烘烤过程中可能存在的问题并及时解决。

2.   控制温度与烘烤温度管理

烘烤线的现场控制柜通常会显示烘烤线的温度与速度，部分控制柜还会显示燃烧室热风出口的温度。该温度由安装在烘烤线上的热电偶（或热电阻）进行测量。

此控制温度是烘烤线上某一固定位置的温度，而烘烤产品与该测试温度点并不处于同一空间位置。

控制热电偶（热电阻）需每月进行准确性检测，每两年更换新的控制热电偶（热电阻）。

烘烤温度与烘烤时间指的是工件的实际温度以及维持不低于该温度的累积时间，而非固化炉的设定温度与工件在炉内的行走时间。

质量控制要求确保所有产品均达到所要求的固化温度和固化时间，且最高温度不得超过粉末允许的最高温度。

涂装线的温度必须定期使用炉温跟踪仪进行跟踪测试，通常至少要测试上、中、下位置的产品温度以及一点炉气温度。

在涂装线投产验收、涂装线维修后重新投入使用、更换加热设备、更换控温热电偶（热电阻）等情况下，必须先测试炉温曲线，之后才能重新安排生产。日常测试至少每月进行一次。

3.   SMT炉温跟踪仪

3.1炉温跟踪仪

炉温跟踪仪可分为四通道（型号SMT - 4）简易炉温跟踪仪、七通道（SMT - X7 - 4M - 300 - K）无线炉温跟踪仪等多种类型，应根据要测试的测点数、工艺温度和时间要求来选择最合适的炉温跟踪仪[1]。

3.2测试原理

炉温跟踪仪配备保温箱用于隔热，它与产品一同进入烘炉并穿过烘炉，温度数据记录于炉温跟踪仪内部。

测试温度所用传感器一般为K型热电偶，有粘贴热电偶、夹子热电偶、磁铁热电偶等类型，可根据工艺需求选择热电偶的固定方式。

测试温度传感器能够测量烘烤炉内一点的气氛温度以及产品不同位置的多点表面温度，整个烘烤炉内的温度数据都被记录在炉温跟踪仪内。

出炉后，通过与计算机通信，读取整个过程的数据，利用专用软件分析测试结果，获取高于某一（根据客户要求选择）固化温度的固化时间以及烘烤过程中的最高温度。

无线炉温跟踪仪采用WIFI无线通讯和USB通讯，可将实时温度数据嵌入控制系统。

4.   测试方法与步骤

4.1设置采样周期

在设置软件或炉温跟踪仪显示屏上设置采样周期，可选1s、2s、5s、10s、20s等，通常设置为1s。

4.2固定热电偶在工件上

将热电偶热端固定于被测工件表面，并用一根炉气热电偶测试炉气温度。

粘贴热电偶：采用高温胶带将热电偶粘贴在工件表面，特别适用于厚度在2mm以内的金属件、塑料、异型工件等，其特点是响应时间短。

夹子热电偶：固定方便，适用于各种铝合金工件。

磁铁热电偶：仅适用于各种铁质工件，不适用于不锈钢、铝、塑料等工件，缺点是响应时间长。至少要测试一点炉内气氛温度。

4.3进炉测试

进炉前，打开炉温跟踪仪开关，开始记录。炉温跟踪仪与工件一同进炉，记录并保存工件在整个固化过程中粉末涂层的温度变化。出炉后，先停止记录，然后再拔下热电偶。

4.4下载数据进行分析

炉温跟踪仪出炉后，通过数据线将已记录的温度数据下载到电脑中，使用专用分析软件进行数据分析。

4.5保存测试温度数据

同时记录烘烤炉的实际设定炉温和流水线速度，对测试结果进行分析。

5.   实际测试实例

5.1铝合金轮毂涂装温度测试

汽车铝合金轮毂越来越多地采用粉末涂料涂装，目前我国铝轮毂行业主要采用透明粉进行面涂。

涂装是铝合金轮毂生产的最后工序，其主要功能是增强轮毂在驾驶过程中各种环境下的抗腐蚀性并提升外观美感，可根据用户需求进行不同颜色的喷涂。

轮毂底涂、色漆喷涂、透明层喷涂等每一层喷涂完成后，都需要进行固化成膜，所以每套喷涂设备都连接着一套固化炉和相应的冷却炉，炉内实际温度曲线可使用SMT炉温跟踪仪进行测试和调整，以确保温度曲线满足工艺要求。

图1为轮毂涂装炉温曲线。空气温度的最高温度达到231.7℃，此温度偏高，不应高于粉末涂料允许的最高温度。由于工件较厚，若高温下的固化时间无法达到要求，可通过降低流水线速度来解决。

图1 铝合金轮毂涂装温度曲线

5.2家电涂装温度测试

家电涂装采用的粉末固化工艺为180 ± 10℃，烘烤15 ± 5min，属于正常固化。

但两者相互关联，设备最初调试时需要使用SMT炉温跟踪仪测量最大工件的上、中、下3点表面温度及累积时间，并根据测量结果调整固化炉设定温度和输送链速度（它决定工件在炉内的行走时间），直至符合上述固化工艺要求。

这样就能得出两者之间的对应关系。图2为冰箱外壳的涂装温度曲线，该温度曲线较为合理。

图2 家电涂装温度曲线

5.3彩涂板涂装温度测试

彩涂板是指将有机涂料在连续生产工艺中涂覆在基板表面，经烘烤而成的产品。

彩涂板作为一种复合材料，不仅强度高、易成型，而且具有良好的耐腐蚀性能，同时有机涂料可调配成各种不同颜色。

并且可借助印花、压花等技术制成仿木纹、皮革纹等各种图案，使彩涂板具有良好的装饰性能，因而在建筑、家电和交通运输领域得到了越来越广泛的应用。

在彩涂板生产过程中，固化是关键工序，涂料涂覆到基板上后，需加热使湿涂层中的溶剂挥发，同时使有机物在催化剂作用下发生聚合或交联反应。

固化不仅能使涂层牢固地与基板粘结在一起，还能使其具备一定的力学和物理性能，因此固化工艺参数的控制直接影响彩涂板的产品性能。图3为铝板彩涂温度曲线。

图3 铝板辊涂温度曲线

5.4铝型材涂装温度测试

铝型材涂装线主要有立式和卧式两种。卧式涂装线建议使用4通道炉温跟踪仪，立式涂装线建议使用7通道炉温跟踪仪。固化时必须按照规定的温度和时间进行烘烤。

如果温度过低、时间过短，会导致粉末无法形成花纹，同时固化不彻底，机械性能也会大幅下降。粉末固化工艺为180 ± 10℃，烘烤15 ± 3min，属于正常固化。图4为一条铝型材卧式喷涂线的实际测试曲线。

图4 铝型材涂装温度曲线

上中下铝材表面的最高温度分别为251.0℃、242.9℃、242.9℃，高于220℃的烘烤时间分别为13min、12min和12min。

炉气温度存在一个局部高温，温度达到291.3℃，在流水线正常运行时不会影响产品质量，但如果流水线停止运行，处于该高温下的铝型材烘烤质量将会出现问题，必须通过调整烘烤线的热量分配或者降低高温燃烧器出口温度来消除这个局部高温区。

6.   结论

本文介绍了烘烤线的温度管理以及SMT炉温跟踪仪的一些应用实例，建议定期对涂装线的控制热电偶（或热电阻）进行检测，控制热电偶（或热电阻）每两年更换一次。

涂装线的温度曲线每月进行一次测试，烘烤线大修后、停炉后再开炉生产时，也要先用炉温跟踪仪检测炉温曲线是否合格，然后再开始生产。