流化床浸漬過程的預熱溫度控制
背景介紹
在流體化床浸塗製程中，利用工件的熱容量熔化熱塑性粉末，從而獲得所需的塗層厚度和品質。因此，確定合適的工件預熱溫度至關重要。預熱溫度應略高於熱塑性粉末的熔點。如果溫度過高，塗層過厚或聚合物樹脂開裂會導致流動缺陷，產生氣泡、泛黃或燒焦等現象。相反，如果溫度過低，熔化不充分會導致塗層過薄，表面出現麻點或不完整，無法達到浸塗目標。
一般來說，工件的預熱溫度受其材料、尺寸、形狀、熱塑性粉末性能、所需塗層厚度、加熱時間、浸漬時間等因素的影響。 然而，在實際操作中，工件的厚度、尺寸和形狀差異很大，定量確定預熱溫度具有挑戰性。
為了探討流體化床粉末浸塗製程中工件的適宜預熱溫度，我們利用自主設計製造的自動流體化床浸塗系統。結合我們以往使用不同熱塑性粉末生產各種產品（如交通隔離圍欄、園林及市政建築護欄防護網、冰箱擱架、超市貨架、養殖籠網、彈簧和鋼管）的經驗，實驗結果為優化浸塗工藝提供了理論基礎和方法論。
實驗方法
1.樣品製備
樣品主要由棒狀鋼製成，也有一些由銅和鋁製成，直徑為0.8、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、12.0、14.0、16.0、18.0 , 20.0
2.熱塑性粉末
實驗中主要使用LDPE熱塑性粉末，而 PVC、PA和其他粉末也進行了測試。
3.過程
前處理→預熱→浸粉→後加熱（固化）→冷卻
4.塗層質量
以不同的預熱溫度將上述樣品浸入各種熱塑性粉末中；經過低溫固化和流平處理後，對塗層品質進行評估並記錄在表1、表2和表3。
影響因素分析
根據實驗結果並結合表1、表2和表3的數據，繪製了一條曲線來代表每個樣品的最佳預熱溫度值，如圖所示。
熱塑性粉末的影響
不同粉末樹脂的工件加熱曲線不同，如上圖所示。 由於聚乙烯的軟化點（80 – 90℃）和熔點（105 – 130℃）範圍較寬 (PE)，伴隨著300℃的開裂溫度，工件需要更高的預熱溫度。 只有在超過360℃的溫度下長時間加熱時，塗層才會出現黃變。
聚氯乙烯(PVC）缺乏明顯的熔點，但在130℃開始軟化，並在180℃時可以流動。 200℃以上開始分解，放出氯化氫、煙霧，散發出鼻臭。 溫度的輕微升高或暴露時間的延長會逐漸導致塗層變黃和變黑。 作為 PVC其熔化溫度接近其分解溫度，因此需要嚴格控制工件的預熱溫度。
聚醯胺（PA）塗料（典型為尼龍1010、尼龍11、尼龍12）熔點為180～230℃，熱分解溫度超過300℃； 然而，它們的熔化溫度和分解溫度之間的範圍仍然很窄。 尼龍浸漬通常需要迅速冷卻，並且控制預熱溫度具有挑戰性。
工件厚度的影響
理論上，工件的預熱溫度應略高於粉末的熔化溫度，以利於粉末在金屬表面固化和沈積。然而，實驗結果表明，不同直徑和厚度的工件的預熱溫度有顯著差異。這是由於較厚工件的熱容量較大，這阻礙了加熱後的有效散熱，導致從烘箱轉移到粉末罐期間溫度變化最小。因此，對於較厚的工件不能採用較高的預熱溫度；相反，它們必須在較低溫度下加熱較長時間。相反，較小的工件具有較低的熱容量並迅速散熱，因此需要透過較高的預熱溫度利用「熱衝擊效應」來有效地熔化粉末樹脂。超薄工件的熱容量最小，即使在高溫下，實現完全塗層黏著也變得具有挑戰性。
對於不同直徑或厚度的材料製成的工件，在確定預熱溫度時應綜合考慮，確保最低溫度能確保最薄處塗層完全覆蓋，同時透過選擇合適的上限，避免較厚部分泛黃。
工件材料的影響
上述測試工件多採用低碳鋼製成。 對於不同類型的鋼材，無論是碳鋼或合金鋼，預熱溫度影響最小。 銅的預熱溫度與鋼相似，但略高。 鋁的導熱和散熱快，因此預熱溫度應較高。
工件形狀的影響
還對不同形狀的工件進行了實驗，結果表明，實心零件表現出較慢的熱量儲存和散熱速率，而封閉的空心零件（例如管狀部件）也表現出較低的散熱率。 相反，網狀和細長部件的熱損失最快。 熱量儲存和散發的速率主要由工件的體積與表面積之比決定。 因此，需要根據工件形狀對應適當的係數調整預熱溫度。 該領域需要進一步的研究。
結語
- 工件的預熱溫度是決定流體化床浸漬過程中塗層品質的最關鍵因素。
- 工件的預熱溫度主要由其直徑或厚度決定，可參考圖1確定。
- 不同的粉末樹脂具有不同的熔點和分解點，在確定浸漬過程時應充分考慮這一點。
- 工件的材料和形狀也會影響所需的預熱溫度，可以使用校正因子進行補償。
