粉末涂料技術的進步，使得越來越多的復合材料部件獲得了可行的表面質量。

對于復合材料這類溫度閾值較低的部件而言，可紫外固化的粉末涂料可能是理想的解決方案（圖片來源：Keyland Polymer）

從航空航天到汽車再到體育用品等行業，復合材料正快速進入越來越多的應用領域。然而，要想獲得表面完美的復合材料部件，可能是一項挑戰。施加粉末涂料，這種傳統上用于金屬的精加工工藝，現在在非金屬基材上越來越受到歡迎。

粉末涂料涉及通過靜電應用過程將干的粉末涂在基材上，然后涂有粉末涂料的部件在加熱的條件下固化，形成耐用、美觀的保護性飾面。該工藝優點很多，包括均一的外觀、更高的抗碎裂性和耐刮擦性，以及因不含有害空氣污染物（HAPs）和揮發性有機化合物（VOCs）而具有環保優勢。

粉末涂料是利用靜電噴槍將帶電粉末顆粒施加到基材上（圖片來源：Keyland Polymer）

盡管具有這些優點，但要將粉末涂料用作復合材料部件的飾面，仍需考慮幾個重要因素。需要考慮的主要因素之一是基材的熱敏性。傳統的粉末噴涂工藝需要在高溫下固化，溫度通常為150-200℃，但許多復合材料可能無法承受這樣的溫度，否則會發生降解或變形。為解決該問題，一些低溫粉末涂料已被開發出來，這些涂料能夠在明顯更低的大約120-150℃的溫度下固化，從而適用于熱敏性基材。其他的低溫解決方案包括利用紫外光來固化粉末涂料，以減少熱敏材料暴露在熱環境中。

涂著效率是指粘附在預期表面上的涂層或漆層與浪費材料量的百分比。由于應用過程是利用靜電噴槍將帶電材料沉積到基材上，因此粉末涂料能夠實現高的涂著效率。

粉末涂料已在各行業中得到了應用，包括運動和娛樂設備、航空航天和汽車等。比如，在體育行業，這些涂料為自行車、網球拍和高爾夫球桿等產品帶來了更強的耐用性和使用性能。在航空航天和汽車領域，一些公司正在開展一些研發項目，以探索將其涂料用于內飾部件，以及開發具有特定性能特征的功能性涂料。

粉末涂料的優勢

粉末涂料以其耐用性和保護性而聞名，可針對環境因素（包括紫外輻射、濕氣和化學品）提供強大的屏障，這種保護對于在戶外或惡劣環境中使用的產品特別有益。此外，粉末涂料還帶來了諸多的美觀性選擇：從啞光到高光，從金屬質感到紋理外觀，粉末涂料有多種顏色和飾面可供選擇。這種多功能性允許設計師在不影響產品性能的情況下實現特定的美學目標。

也許最重要的優勢是粉末涂料被認為是一種環保工藝。與液態油漆不同，粉末涂料不含溶劑或HAP，釋放的VOC 量可以忽略不計，這使其成為更環保的選項，符合許多行業的可持續發展目標。

此外，粉末涂料的固態特征使其易于儲存、運輸和清理。而在應用過程中，粉末帶有靜電，這使其能夠粘附在基材上，意味著所應用的大部分涂料最終都會附著在部件上，從而實現了高的涂著效率，最大程度地減少了浪費。多余的粉末還可以回收重復使用。

紫外固化粉末涂料

涂有粉末涂料的碳纖維復合材料部件（圖片來源：Keyland Polymer）

固化過程中的過熱除了給復合材料部件或塑料部件帶來變形或降解的風險外，還會影響復合材料的力學性能，如拉伸強度和彈性。而紫外固化的粉末涂料對于涂覆此類材料特別有用，因為暴露在紫外線下時，它們會立即固化，這有助于降低改變材料性能的風險。通過使用紫外光來固化涂層，可以在不損壞基材的情況下獲得耐用、高質量的飾面。

其它注意事項

除了需要固化外，在復合材料部件上應用粉末涂料前，還需要考慮其他一些因素。

1. 復雜的形狀：碳纖維部件通常具有復雜的形狀和輪廓，這為均勻涂敷粉末涂料帶來了挑戰。先進的應用技術，如帶有可調節噴嘴的靜電噴槍，有助于實現涂料的均勻涂敷。在應用過程中，旋轉或傾斜部件也可以確保粉末涂敷到表面上的所有角落。

2. 表面處理：在施加涂層前，需要對表面作適當的處理，這對于確保粉末涂料的附著力和耐久性至關重要。碳纖維和復合材料的部件通常具有光滑、無孔的表面，涂層難以附著，利用噴砂、化學蝕刻或涂底漆等表面處理技術，則可以提高附著力。在對復合材料部件進行表面處理時，必須選擇一種不損壞纖維或樹脂基體的方法。

3. 電導率：粉末噴涂工藝是依靠靜電吸引在固化前將粉末固定到位。碳纖維本質上具有導電性，這有助于粉末涂料的應用。但是，電導率可能會因復合材料的配方和纖維取向而異。由于確保整個部件具有一致且足夠的靜電荷至關重要，因此使用導電底漆或將部件接地等技術可以改善粉末涂料的應用過程。

在部件上涂覆紫外固化的粉末涂料后，需要利用對流加熱或紅外加熱來使其受熱。粉末涂料熔化后，利用紫外線對其進行固化（圖片來源：Keyland Polymer）

展望未來

隨著市場對輕質、高性能材料需求的不斷增長，開發并改進用于復合材料的粉末涂料工藝，有助于推進復合材料在各領域的應用。在電動汽車、儲能和航空航天等應用領域，特別是在未來空中交通（AAM）領域，人們正在對“以新的方式使用粉末涂料”產生興趣。

粉末涂料作為一種飾面選擇可以提供很多幫助，因為它能夠將耐久性、保護性、美觀性和環境效益結合起來。技術的進步消除了對基材熱敏性的擔憂以及使用該材料的其他挑戰，粉末涂料有望在復合材料的應用中發揮越來越大的作用。

來源：東華經緯新材料研究院

內容翻譯：蘇州空天復材團隊

原文鏈接：https://www.compositesworld.com/articles/exploring-powder-coating-for-composites