套用範圍
粉末塗料以其高利用率和環保性著稱，中國也已成為世界上最大的粉末塗料市場。粉末塗裝典型的線速度在10m／min，但目前這種固化周期人們關注的程度大，也越來越接近於飽和點。對於傳統粉末的新的突破口漸漸浮出水面，包括對中密度纖維板、塑膠部件、熱敏性部件預組裝，如電馬達、氣動壓縮彈簧等的塗裝。
粉末塗料對卷材擁有更大的空間，如穿孔以及浮雕印花金屬；高膜厚，花紋塗膜等；另外，硬度、柔韌性、耐刮和耐化學品性都能得到提高。預塗的卷材在生產效率和品質，特別是環保性方面比以傳統方式後塗的卷材具有更大的優勢。
傳統的粉末塗裝工藝無法滿足高速度的要求，或許需要同時使用50支以上重疊噴槍來實現，但已基本達到極限。因此，必須採用新的塗裝技術以適應卷材塗料發展的需求。
UV，IR以及EB固化的周期都很短，紅外技術可使粉末在60s內固化，而EB技術可在20s內固化，紫外技術可使粉末幾秒固化。怎樣與這些固化形式匹配而形成高速度的塗裝線，線速達到100m／min，或者更高，是人們研究的熱點。
靜電噴塗法
與通常的粉末靜電噴塗一樣，根據卷材的寬度和線速來確定噴槍的數量和排布。如果以通常的燃氣加熱的方式，卷材的線速只能達到l520m／min，如果再提高線速，粉末塗料在基材高速移動時被帶走，其沉積效率只有40％-50％；而且噴槍排布密集，靜電塗裝塗膜的膜厚不易控制。也易出現其它塗膜缺陷，如麻點、桔皮等。現在人們研究的熱點集中在以輻射固化的方式來代替燃氣加熱固化。
粉末雲技術
眾所周知，基材線速越快，越多的空氣會隨之移動。與靜電噴槍產生的“點源”相比，MSC公司的“線源”能產生比靜電噴槍強1000倍的粉末源，這就使得粉末穿透卷材在快線速下產生的氣流層成為可能。
粉末雲霧能覆蓋4個區域：兩個是基材行進的正向，兩個是反向，如圖1所示。這一技術突出的優點是：在靜電產生區域以電刷來均勻分布粉末雲的密度和電荷量，而此時塗膜的厚度可以通過粉末的粒度和基材的線速來控制。通常的膜厚在10～130μm，粉末的沉積率平均超過93％。而且可根據不同的要求噴塗單面或雙面。與傳統的液體塗裝的換色時間差不多，都為30min左右。與接觸式輥塗不同的是，粉末雲技術更適於塗裝預衝壓，壓花捲材；而且在要求立體效果的塗料中具有不可比擬的優勢，如砂紋、錘紋等。
粉末雲塗裝原理
與上述工藝類似，日本的磷酸鹽被膜公司將粉末以噴嘴的形式從上部呈霧狀向下噴，通過噴射器吸入量和對流噴嘴的空氣量調節粉末雲的濃度。雲狀的粉末由位於兩側電極板上的電暈針產生的離子而帶電，研究表明：塗膜的厚度與載入的電壓和粉末吐出量有關。
EMI技術
DSM公司的EMB技術(電磁刷技術)源於複印和雷射印刷的原理。如圖2所示，粉末粒子與載體粒子一起強烈混合，這種載體粒子是以聚四氟乙烯(Teflon)或類似的聚合物包覆。在混合過程中，粉末粒子與載體粒子摩擦帶電，並使它們粘附於載體上。接著用混合輥將這種混合物轉移到一個內側安裝有固定磁鐵的鏇轉磁鼓上，板材的另一側為接地狀態。在磁鐵範圍內，攜帶粉末粒子的載體小珠，在磁場下形成鏈狀，這些鏈就是所謂的粘附於磁鼓表面的磁刷，而該磁刷的長度決定了鏇轉磁鼓與一把固定的定長刀，即刮刀之間的距離。通過在鏇轉磁鼓外殼和光感器之間施加靜電場，使粉末粒子粘附於卷材上，如圖3所示。此時粉末粒子的量取決於靜電場的強度，當靜電場力大於粉末粒子與載體間的庫侖力時，粉末粒子就會沉積下來，通過調節靜電場的大小來調節塗膜的厚度。
例如，以混合型粉末塗料和異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)固化的純聚酯粉末塗料經摩擦帶電改性的粉末平均粒徑為24μm時，在100m／min下可得到25μm厚的塗膜。
示意圖
電磁刷技術原理示意圖
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電磁刷技術塗裝示意圖
美國海登堡數位公司已將線速在120m／min下的改進型鏇轉電磁刷技術套用於鋼材以及不鏽鋼、鋁板等的塗裝，已有幾種不同的載體，如導電的或絕緣的載體。具有固定磁核或是鏇轉磁核的塗布輥輪電磁刷技術套用已工業化，這些系統包括固定磁核導電電磁刷，固定磁核絕緣電磁刷，鏇轉磁核絕緣電磁刷。最後一種技術也被稱為鏇轉磁刷改進體系。幾乎所有的現有體系均使用絕緣載體粒子，可以是表面塗有絕緣層的導電介質，如塗有Teflon的鐵質粒子，或者乾脆使用絕緣體，如具有高介電常數磁型的鐵素體。改進的鏇轉電磁刷使用磁型鐵素體為載體，而傳統體系使用具有絕緣層的導電載體。
通常改進的鏇轉電磁刷技術具有柱狀的導電殼和可改變的接受體南極北極的條狀磁鐵。在輥輪上的磁型載體在輥輪的磁場中形成了連續的鏈狀。這被稱為“絨毛”，當與南極北極相連時，載體鏈與上色核垂直。在南北極之間，磁核的磁場與上色核平行，載體鏈也基本與上色核平行。輥輪的外表面或者上色核，與接受體同時運動。當磁核鏇轉時，載體鏈沿接受體的運動方向輕拋。與此相反的是，傳統體系中，由於固定磁核的存在，“絨毛”也是靜止的。其典型的工藝條件為：粉末塗料推薦加入1．5pph的帶電劑，並碾磨成粉，分級成平均粒度為12．9μm的粉末。混合物還包括15％的鍶鐵素體，這種鍶鐵素體表面塗有0．3pph的帶電劑，在攪拌機中混合1min，粉末表面積為30g／m。線速在120m／min下，對導電基材，非導電基材和鐵磁型基材塗裝。對於導電基材來說，只要電磁刷的輥輪和基材表面存在電場，粉末就能沉積在已接地的導電基材上。對於非導電基材來說，可以採用粉末本身的電暈充電或者在基材下方或鄰近位置預埋電極等方法來實現。而對於表面比較粗糙，易保留載體粒子的基材，如木材和花紋型塑膠，可以用粉末發射的方法代替載體與基材的直接接觸。對於這種非接觸或軟接觸體系來說，線速與基材和輥輪的距離之間有一個匹配。對於磁型基材來說，少量的用於消除輥輪和基材磁型的載體也是必需的。
改進的鏇轉電磁刷技術的優點包括：高沉降率，高線速，平整的塗膜，較寬範圍的膜厚。可通過沉積電壓來調節粉末的膜厚。比較細的粉末，粒徑低於9μm的粉末也能使用。
TransAPP技術
Fraunhofer公司的TransAPP技術，使用粉末傳輸技術代替噴槍，如圖4所示，避免了傳統粉末噴塗套用速度的局限性和膜厚差異。
塗裝原理
TransAPP 高速粉末塗裝原理
在這種技術中，粉末通過循環輸送帶傳輸至帶下的基材上，由於粉末粒子均勻地沉積在基材表面，從而得到比較均一的膜厚。而且，沒有傳送到基材上的粉末粒子並無浪費，而是隨著傳輸帶到下一個循環。這種工藝同樣適用於非金屬基材，線速最高在60m／min，適用於NIR固化，傳統的環氧聚酯混合型粉末塗料，可得到70μm的膜厚。
結語
現在歐洲市場大約有10條卷材粉末塗裝線，線速在20m／min，基本以噴槍和鏇轉式塗裝為主。美國MSC公司的粉末雲技術已處於半商業化階段。而DSM公司的EMB技術基本處於小試階段，TransAPP技術只是剛剛完成試驗。與這些塗裝線配套的粉末塗料一般由知名的公司，如杜邦、阿克蘇、羅門哈斯和PPG等行業巨頭提供。
卷材塗料這幾年在我國發展的空間很大，隨著人們環保意識的加強，以及成本降低的要求，粉末塗裝卷材塗料是發展的趨勢。有人預言卷材塗料將迎來粉末塗裝的時代。但由於種種原因，目前為止國內還沒有一條真正意義的粉末卷材塗裝線，人們關注的也不多。本文著重介紹國外的發展動向，以期望有識之士對粉末卷材塗裝投入更大的關注。
