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粉末涂層是一種新型的不含溶劑100%固體粉末狀涂料。它有兩大類：熱塑性粉末涂料和熱固性粉末涂料。涂料由特制樹脂、顏填料、固化劑及其它助劑，以一定的比例混合，再通過熱擠塑和粉碎過篩等工藝制備而成。大約30年前，對于那些不想破壞環(huán)境，又能提供優(yōu)質表面產品的涂層處理部門來說，粉末涂層技術的發(fā)展是一個重要的里程碑�，F(xiàn)在，粉末涂層已經被廣泛使用，尤其在耐用品市場上。汽車工業(yè)的進步更是為這一行業(yè)的長期發(fā)展帶來了良好的前景。最近又開發(fā)出可以用于熱敏介質(如木質和塑料)的低固化溫度粉末，進一步擴大了其應用范圍。合理的價格、符合性能要求，一致的粉末涂層生產是主要的考慮因素，這使得有效的過程控制成為一個重要目標。粒度是粉末涂層的定義參數之一。它直接影響產品的加工性能和成膜光面的品質。因此，生產過程中對粒度的嚴格控制就顯得尤為關鍵。下面專家講解將檢驗粒度對產品性能的影響，以及不同的粒度分析方法在優(yōu)化粉末涂層生產中扮演的角色。
據專家介紹，優(yōu)化粒度分布要生產具有理想性能的粉末涂層，需要了解粒度及其分布對操作性能、應用、固化處理以及光面的影響。細微顆粒“細微顆粒處理起來是很困難的，而且，細微顆粒的增加不僅意味著有患上呼吸系統(tǒng)疾病的危險，也會帶來爆炸的可能。”應用過程中，要準確控制細微顆粒更是難上加難。但是在靜電應用系統(tǒng)中，它們很容易覆蓋一個物品，因此常用于形成雙面涂層。在介質表面，小顆粒會包得更緊，這就降低了對生產光滑涂層所需固化條件的嚴格要求。但是，細微顆粒也可能造成表面光潔度不足(橘皮效應)。這可能是因為固化過程中顆粒融化太快，或是表面電荷的聚集造成了“反噴”現(xiàn)象。大顆粒大顆粒流動順暢，應用中相對容易控制。噴射時，它們的質量會帶來很大的直線慣量，這對滲入物體邊角處特別有用。但是在固化時，大顆粒需要相對較長的融化時間，而且融化也可能不完全。這會導致最終薄膜上有內含物，不利于外表的光潔和機械完整性。這樣在時間和溫度方面，對大顆粒的固化次數會要求更高。多分散性如果粉末涂層具有相對較大的顆粒且粒度分布范圍較廣。
那么，涂層介質表面的顆粒填充將會隨著較小顆粒填補空隙而得到改善。這樣，空氣從涂層中排出，增加了整體導熱性和固化過程中的熔體形成率。因此產生的高度交聯(lián)會優(yōu)化涂層的機械性能。多分散性較低時，涂層中可能會形成內含物，除非介質在足夠長的時間內處于高溫，使所有顆粒可以流動到一起。精細產品不會出現(xiàn)這種問題，因為，用粒度分布范圍較窄的產品能夠生產出光滑的膜層。據專家介紹，很大程度上，最終薄膜的性能是通過控制粒度和粒度分布來決定的。一般來說，粉末涂層的尺寸范圍是5～100微米，盡管行業(yè)內存在這樣一個長期趨勢－較小顆粒對于生產目前需求很大的較薄薄膜是必須的。優(yōu)化粉末涂層生產要制成粉末涂層，先要將聚合物、充電劑和其它添加劑在熔體中混合。然后經過擠壓，形成碎片或小球。隨后，這些碎片或小球經過一系列步驟被制成所需的粒度，這些步驟包括研磨、磨削以及分離/分類。粉末涂層是分批制造的，在包括大約十到十五條生產線的車間里完成，每條生產線的產品都不相同。產品換線和工藝流程啟動頻繁發(fā)生，產品污染也因此成為一個重要問題。例如，生產綠色產品的生產線上殘留的紅色產品微粒會破壞整批產品。
因此，粉末涂層制造商的主要目標是：要優(yōu)化過程控制，采用傳統(tǒng)的離線分析可能會面臨諸多挑戰(zhàn)。離線粒度分析對產品開發(fā)和質量控制是非常重要的。但是對過程控制，特別是當過程的響應時間相對較短時，其應用有很大的局限性。多樣性和時滯使跟蹤和快速過程變化的合理化毫無可能。所以，很難確定究竟是分析和取樣品問題，還是過程本身的問題。當然，也可以選擇內嵌式分析，或全自動在線系統(tǒng)。在線粒度分析儀將分析與過程操作結合起來，更能滿足工廠的需要，也有利于改進過程控制。對那些有多條生產線的生產車間來說，它提供了另外一種選擇，即不必在每條生產線上都安裝專門的分析儀即可加強控制。另一方面，在線檢測能提供高度相關的連續(xù)數據流，允許發(fā)展最佳控制策略，執(zhí)行自動控制。使用專門的在線系統(tǒng)，操作人員可以即時看到他們的操作結果，迅速將產品調整至新的規(guī)格。通過系統(tǒng)地研究各個變量變化的影響，可以極大地提高對過程的理解。在保證產品規(guī)格的同時，還可以優(yōu)化操作。下面的例子闡述了轉向在線分析對研磨控制，以及對過程效率的影響。
據專家介紹，紅色圓圈表示取樣時間，綠色圓圈表示研磨參數的變化。啟動過程包括一系列重復步驟，其中包括以下各項：改變研磨參數、改變后操作穩(wěn)定花費的時間、取樣及分析。要將研磨機放置到能生產出符合規(guī)格材料的地點大約需要50分鐘。顯示了處于同樣人工控制下的研磨機，但是這次數據是從在線粒度分析儀中取得的�，F(xiàn)在，由于操作人員可以立即評估各種變化的影響，迅速將研磨機移至要求的操作位置，因此只要7分鐘就能啟動。這種時間上的節(jié)約直接轉化為不合格材料數量上的減少，以及隨著批次生產時間減少而帶來的能源節(jié)約。這一改變也增加了研磨機的通量，因為現(xiàn)在它有更多時間進行有效生產。當研磨機的啟動頻繁時，這些方面的節(jié)省會迅速擴大為巨大的成本收益。更加嚴格穩(wěn)定的狀態(tài)控制研磨是一個相當耗費能源的過程，因此，作為一種單元操作，制造商致力于在符合產品規(guī)格的條件下將研磨量降至最低。過度研磨會浪費能源，而且，如果顆粒過細(在粉末涂層中)，產品亦會不符合規(guī)格。在粉末涂層的生產過程中，規(guī)格要求是非常嚴格的。因此，研磨機的操作人員必須在產品何時打磨充分，何時打磨過度之間精確控制。圖3描述了切換到在線分析后，對研磨機控制的加強。
開始時研磨機是人工控制，并且依賴離線分析數據工作。操作期間的變動會產生很大影響；因此，先在偏離實際規(guī)格很遠的情況下操作，以此確保實際操作中，樣本不會偏離規(guī)格太遠。一旦在線數據可用，研磨機控制有了改善，運行中的不穩(wěn)定現(xiàn)象將會大大減少。隨著研磨機控制置信水平的不斷提高，生產過程也隨之變化，會逐漸生產出恰好符合規(guī)格要求的材料。這樣，過度研磨就會減少，浪費和能源消耗也隨之降低。研磨控制中的這種改進可以縮短那些確定接受研磨操作的工作帶，因為在這些工作帶之間的停留已經變得非常容易。這不僅使產品的一致性更好，還能夠將研磨的可變成本降到最低。據專家介紹，優(yōu)化分析儀設計內嵌式分析和在線分析的潛在優(yōu)勢是顯而易見的。但是，對它們的全面使用則需要選擇恰當的系統(tǒng)，并且，對在線儀器的要求也相當高。分析儀必須可靠、設計穩(wěn)定，而且和生產廠家的現(xiàn)有設備(比如在控制軟件方面)兼容。由于主要目標之一是將人力投入降到最低，因此維護需要也必須很低，分析必須是全自動的，代表數據也必須有效且與行業(yè)相關。
高精度或需要復雜人工干預的系統(tǒng)很容易出現(xiàn)故障，或出現(xiàn)得出數據與行業(yè)規(guī)范不一致的情況。這樣的系統(tǒng)都不會得到廣泛的接受和正確的使用，后果將是極低的投資回報率。對粉末涂層應用來說，還有兩個問題：清潔和樣品展示，這兩個問題在系統(tǒng)設計時也需要認真考慮。清潔由于對多產品生產線來說，交叉污染是一個需要認真對待的問題。因此工具的清潔設計應當簡單、有效。設計中必須沒有盲點，高品質的光面對減少產品黏著非常重要。為了在各批次生產之間徹底清潔系統(tǒng)，設備流路部件必須易于拆卸，材料結構也應該具有抗溶性。粉末涂層的玻璃轉化溫度較低。耗費能量的樣品分散器已不再需要，因為它容易隨著樣品線的堵塞而使顆粒附著在設備壁面上。
為了生成代表性的粒度分布數據，可以進行適度的樣品分散，以確保顆粒進入測量區(qū)域時不會出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象。Malvern Insitec的激光衍射分析儀為您提供了針對內嵌式或在線粒度分析的集成解決方案。Insitec ALISS為內嵌式應用提供了易于使用的選擇，而Insitec Voyager是一種移動設備，可以根據在線分析的需要進行臨時安裝。對于在線粒度的專門測量，Insitec也提供了一系列全面集成的連續(xù)分析解決方案。
