【复合材料信息】探索复合材料中粉末涂料的应用

随着粉末涂料技术的发展，越来越多的复合材料部件获得了可行的表面质量。

从航天工程到汽车再到运动用品，复合材料正在直接进入越来越多的应用范围。然而，获得表面完美的复合材料零件可能是一个挑战。传统上，粉末涂料用于金属精加工技术，在非金属基材中越来越受欢迎。

粉末涂料涉及在静电应用过程中在基材上涂抹制成的粉末，然后在加热条件下固化涂有粉末涂料的零件，形成耐用美观的保护饰面。这种工艺有很多优点，包括均匀的外观、更高的抗破裂性和耐刮擦性，以及不含有害空气污染源（HAPs）以及挥发性有机化合物（VOCs）并且具有环保优势。

尽管有这些优点，但是要将粉末涂料作为复合材料部件的饰面，仍然需要考虑几个关键因素。基材热敏性是应考虑的主要因素之一。传统的粉末喷涂工艺需要在高温下固化，温度一般为150-200℃，但是很多复合材料可能无法承受这种温度，否则会出现降解或变形。为了解决这个问题，已经开发了一些低温粉末涂料，可以在120-150℃左右的明显较低温度下固化，然后适用于热敏基材。其它低温解决方案包括使用紫外线固化粉末涂料，以减少热敏材料在热环境中的暴露。

涂层效率是指附着在预期表面的涂层或漆膜与浪费材料量的百分比。由于应用过程是利用静电喷枪将带电材料沉积在基材上，因此粉末涂层可以达到很高的涂层效率。

粉末涂料已经应用于各个行业，包括运动和娱乐设备、航空航天工程和汽车。比如在体育行业，这些涂料给自行车、网球拍、高尔夫球杆等产品带来了更强的耐久性和使用性。在航空航天和汽车领域，一些公司正在开展一些R&D项目，以探索在内饰部件中使用其涂料，并开发具有特定性能特征的功能性涂料。

粉末涂料的优点

粉末涂料以其耐久性和保护性而闻名，可以为环境因素(包括紫外线辐射、水分和化学品)提供强大的屏障，特别有利于户外或恶劣环境下使用的产品。另外，粉末涂料也带来了许多美观的选择：从哑光到高光，从金属光泽到纹理外观，粉末涂料有多种颜色和饰面可供选择。这一多功能性使设计者能够在不改变产品特性的情况下实现特定的审美目标。

也许最重要的优点是粉末涂料被认为是一种环保工艺。与液体涂料不同，粉末涂料释放VOC，不含溶剂或HAP。 数量可忽略不计，这使得它成为一种更加环保的选择，符合许多行业的可持续发展目标。

此外，粉末涂料的固体特性使其易于储存、运输和清洁。然而，在应用过程中，粉末含有静电，这使得它们能够粘附在基材上，这意味着使用的大多数涂料最终会粘附在零件上，从而达到高涂装效率，最大限度地减少浪费。多余的粉末也可以回收和重复使用。

紫外线固化粉末涂料

固化过程中的过热不仅会给复合材料部件或塑料部件带来变形或降解的风险，还会影响抗拉强度和弹性等复合材料的机械性能。而且紫外线固化的粉末涂料对这类材料尤其有用，因为它们暴露在紫外线下时会立即固化，这有助于降低改变材料性能的风险。采用紫外线固化镀层，可在不损坏基材的情况下获得耐久、优质的饰面。

其他注意事项

在复合材料部件上应用粉末涂料之前，除需要固化外，还应考虑其它因素。

1. 复杂的形状:碳纤维零件通常具有复杂的形状和轮廓，这给粉末涂料的均匀涂装带来了挑战。先进的应用技术，如含有可调喷嘴的静电喷枪，有助于实现涂料的均匀涂装。在应用过程中，旋转或倾斜零件也可以保证粉末涂覆在表面的所有角落。

2. 表面处理:涂装前，必须对表面进行适当的处理，这对保证粉末涂料的附着力和耐久性尤为重要。碳纤维和复合材料的零件通常表面光滑无孔，涂层难以附着。通过喷砂、化学蚀刻或涂底漆等表面处理技术，可以提高附着力。复合材料零件表面处理时，必须选择不损坏纤维或树脂基体的方法。

3. 导电率:粉末喷涂技术是在固化前通过静电吸引将粉末固定到位。碳纤维本质上是导电的，有利于粉末涂料的应用。然而，导电率可能因复合材料的配方和纤维取向而异。因为确保整个部件具有一致且充足的静电荷尤为重要，粉末涂料的应用过程可以通过使用导电面漆或接地零件来改善。

展望未来

随着市场对轻质高性能材料需求的不断增加，复合材料粉末涂料技术的开发和改进有利于促进复合材料在各个应用领域的应用。在电动汽车、储能、航空航天等应用领域，尤其是未来的空中交通（AAM）在这一领域，人们对“以新的方式使用粉末涂料”感兴趣。

粉末涂料作为一种饰面选择可以提供很多帮助，因为它可以结合耐久性、保护性、美观性和环境效益。随着技术的发展，粉末涂料在复合材料的应用中有望发挥越来越重要的作用，消除了对基材热敏性的焦虑和使用这种材料的其他挑战。

内容翻译：苏州空天复材团队

原文链接：https://www.compositesworld.com/articles/exploring-powder-coating-for-composites

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