第二讲 粉末涂料的涂装工艺
1 概述
粉末涂料涂装发展史
粉末涂料是一种固体份 100%的、以粉末涂料形态进行涂装形成涂膜的涂料。它与一般
溶剂型涂料和水性涂料不同，不是使用溶剂或水作为分散介质，而是借助空气作为分散介质。
40 年代随着石化工业行业的迅速发展，聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等热塑性树脂产量
快速增长，人们开始研究将树脂熔融涂敷于金属表面，因此相继出现了辊涂、散布和火焰喷
涂等工艺方法。1952 年联邦德国的 Gemmer 发明了流化床涂敷法，粉末借助空气动力在专
门的容器内流动游浮，具备了液体特性，从而连续自动地在预热工件表面熔融涂敷上一层致
密光滑的涂层。当时应用的树脂主要是热塑性树脂。热固性环氧树脂问世后，流化床涂敷工
艺开始进入实质性发展阶段，在电气绝缘和化工防腐领域中获得了工业化应用。
1964 年 shell 公司开创了现今粉末涂料行业广泛使用的熔融挤压法粉末涂料生产技术。
使粉末涂料的生产实现连续化，走上了工业化生产道路。1962 年法国 Sames 公司研究成功
粉末静电喷涂装置，首次实现了粉末在预热工件表面的静电涂装，它为粉末涂装技术的快速
推广应用奠定了基础。表 1 反映了世界粉末涂料应用增长的状况。其增长率约为整个涂料行
业增长率的 2 倍。
表 1 世界热固性粉末涂料增长状况
年份 1980 1982 1984 1986 1988 1989 1990 1991 1992 1993
产量/kt 80 95 129 160 211 232 262 289 313 360
年增长率/% / / / / 16 13 14 13 8 8
年份 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2006
产量/kt 427 488 557 617 664 707 798 793 1100
年增长率/% 11 11 11 12 7 5 13 / /
我国最早研究粉末涂装技术的单位是广州电器科学研究所。该所于 1965 年首先研制成
功环氧绝缘粉末和流化床涂敷电机铁芯工艺和设备，并在常州绝缘材料厂建立环氧绝缘粉末
生产线。70 年代中期到 80 年代初是我国粉末涂装技术研发的高峰期。各部委所属企事业单
位都取得了丰硕科技成果，为迎接我国第一次粉末涂装技术应用的高潮作好了准备。化工部
涂料工业研究所开发了粉末涂料流平剂和装饰型环氧粉末涂料；电子工业部 738 厂、航空工
业部 345 厂在国内率先建立了粉末静电喷涂流水生产线，对电子产品和洗衣机的壳体实施粉
末静电涂装的规模生产。航空工业部贵阳电机厂与国际同步研制成功静电流化床用于电机铁
芯的静电粉末绝缘涂敷并投入批量生产。改革开放加速了我国粉末涂料行业的发展，粉末涂
料产量直线上升，迅速占领了洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电风扇等市场。表 2 为我
国历年来热固性粉末涂料产量的估计值。
表 2 中国历年来热固性粉末涂料产量估计值
年份 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991
产量/kt 5 12 10 12 15
增长率/% / 100 100 109 100 140 / / 27
年份 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000
产量/kt 20 26 33 40 60 95 118 150 270
增长率/% 33 30 27 21 50 58 24 27 80
90 年代国内已经形成以下品种的粉末涂料：装饰型环氧粉末涂料、绝缘型环氧粉末涂
料、防腐型环氧酚醛粉末涂料、环氧丙烯酸型粉末涂料、环氧美术型粉末涂料、聚酯环氧装
饰型粉末涂料、聚酯/TGIC 粉末涂料、聚氨酯粉末涂料、半光/无光粉末涂料、其它功能性
粉末涂料（包括阻燃型、导电型、耐热型等）。
国内粉末涂料的市场开发，最初以家用电器产品为主要对象，逐步推广应用到机械设
备、仪器仪表、医疗器械、电子元器件、建筑行业、汽车零部件、邮电通讯、航空航天、船
舶、轻工、自行车、摩托车、金属家具、办公用品、道路建设等各个领域。目前粉末涂料在
石油、天燃气及船舶管道内外壁的涂装也取得了广泛应用，金属制品的涂装技术已趋于成熟，
并且制定了相应的涂装标准。上水管道采用无毒粉末涂料也正在开发应用。木材和塑料制品
采用低温固化粉末涂料和 UV 光固化粉末涂料涂装的技术开发取得了长足进展。钢筋钢材的
粉末涂装也提到了日程上。随着应用领域的开拓，需要开发的粉末涂料品种有：重防腐型粉
末涂料、低温固化涂末涂料、快固节能型粉末涂料、UV 光固化粉末涂料、聚氨酯粉末涂料、
丙烯酸粉末涂料、专用塘瓷型粉末涂料、耐高温粉末涂料、薄涂层粉末涂料等。
粉末涂装工艺的分类
为了使读者对当前已有的一些粉末涂装工艺方法有一个较为系统的了解，按照它们的
涂装原理和工艺特点进行如下排列归类：
上面列出的是粉末涂装工艺发展过程中曾经研究过的一些工艺方法。原则上可以划分
成热熔涂装工艺和冷涂装工艺两大类。每一类工艺的涂装原理都是相同的。冷涂装工艺中的
喷胶冷涂法例外，它是对被涂工件需要涂装粉末的部位喷（刷）胶液，然后喷粉进行热熔流
平成膜的。总之不管用什么方法，只要能使粉末涂料均匀地涂布于被涂工件表面，经过加热
熔融流平成膜，这种工艺方法就可归类于粉末涂装工艺。如果工件需要预热以熔融粉末涂料
则属于热涂装工艺范围。工件能够在常温下进行粉末涂装，再进行热熔流平成膜的工艺属于
冷涂装工艺范围，当前应用最为广泛的冷涂装工艺主要是粉末静电喷涂工艺。通过上面的介
绍，如果遇到新出现的工艺方法和涂装设备问世时，读者就可以按其涂装原理和工艺特点自
行归类了。
涂装前的表面处理
粉末涂装对被涂工件的表面预处理要求与工件涂装液体涂料相同，即赋予涂层三方面
的作用。
（1）提高涂层对底材表面的附着力。底材表面有油脂、污垢、锈蚀产物、氧化皮及旧涂
膜，如果直接涂装粉末涂料会造成涂层对基材的附着力很弱，涂膜容易整块剥落或产生各种
外观缺陷。有时将各类污垢和锈蚀物清理干净以后涂层附着力仍不理想，要想进一步提高涂
膜附着力，一般可采取打磨粗化、化学覆膜（磷化、氧化）等方法处理。
（2）提高涂膜对金属基体的防腐保护能力，钢铁生锈以后，锈蚀产物中含有很不稳定的
铁酸（α-FeOOH），它在涂膜下部仍会促使锈蚀扩展和蔓延，使涂膜迅速破坏而丧失保护功
能。所以在施工涂膜前彻底除锈可大大提高涂膜的防护性。表 3 以油漆涂膜为例可看到各种
除锈方法对涂膜防护性的影响。
表 3 各种除锈方法对涂膜防护性能的影响
除锈方法 样板锈蚀情况/% 除锈方法 样板锈蚀情况/%
未除锈 60 酸洗除锈 15
手工除锈 20 喷砂除锈 个别锈点
注：样板涂两道底漆，两道面漆，经 2 年天然曝晒试验得到的结果。
如果在洁净的钢铁表面进行磷化处理，形成磷酸锌盐化学转化膜，则涂膜的防护性能
会大幅度提高。
（3）提高底材表面平整度。这是对于铸件表面来讲很重要，必须彻底清除型砂、焊渣及
锈蚀物，否则将影响涂膜外观。
粉末涂料涂装中金属工件的表预面处理方法包括除油、除锈、磷化、氧化、表面调理和
钝化封闭等。表面调理和钝化封闭仅与磷化有关。对于塑料、木材类非金属材质则有特殊的
表面预处理方法。
表面预处理的质量等级应与涂膜品质相一致，表面预处理质量太低，涂膜品质将达不到
预期要求。如果定得太高就会影响到表面预处理的技术经济性。底材材质与各处理剂和处理
方法的配套选择参见表 4。
表 4 底材材质、预处理剂和处理方法的配套性
材质 喷砂
喷丸
酸 洗
除锈
水性清洗
剂（喷/浸）
表 面 调 理
（喷/浸）
磷化 封 闭 与 氧
化
其他
铸件 √ 浸 √ Ni 盐 锰盐、锌盐、铁
盐浸
钢铁 浸 弱碱/中碱 钛胶 各类磷化剂喷/
浸
Cr （ ℃ ）
-PO4 系，浸
铝合金 弱碱/中碱
偏硅酸钠
碱活化 含 HF 、
H2CrO4de 的 磷
化剂浸
铬盐钝化，
浸
镀锌板 弱碱 钛胶 含 F-锌盐磷化
剂喷/喷-浸
Cr( ℃ )-
Cr(℃)-PO4
塑料 中性/弱碱
中温
专 用 表 面
活性剂
铬酸氧化，
浸
除 去 脱
模剂
粉末涂料涂装的特点
粉末涂料涂装技术作为省资源、节能、低公害和高生产效率的新型涂料而获得各国高度
重视，但它毕竟才发展了数十年，存在不足之处是难免的。随着科技的发展，这项新技术必
将更趋完美。下面将其与溶剂型涂料作优缺点对比（见表 5）。
表 5 粉末涂料与溶剂型涂料的涂装特点比较
项目 粉末涂料涂装 溶剂型涂料涂装
一次涂装涂膜厚度/μm 50～500 10～30
薄涂 难 易
厚涂 易 难
涂装线自动化 易 难
过喷涂料的回收利用 可以 不可以
涂膜性能 好 一般
溶剂带来的大气污染 没有 有
溶剂带来的火灾危险 没有 有
溶剂带来的毒性 没有 有
粉尘污染 有，但少 没有
粉尘爆炸问题 有，但不大 没有
涂装劳动生产效率 高 一般
专用涂装设备 需要 不需要
专业生产操作技术 不需要 需要
涂料调色和换色 麻烦 简单
溶剂（能源）浪费 没有 有
涂料运输方便程度 方便 不方便
涂料的贮存 比较方便 不方便
表 6 我国各种粉末涂料的比例
品种 所占比例/% 品种 所占比例/%
环氧 10～15 聚酯/TGIC 10～15
环氧聚酯 75 聚氨酯 ＜5
表 7 钢门涂装工艺技术经济比较
对比项目 粉末喷涂 氨基烘漆 常规喷漆
设备投资（万元） 30 40 50
主要工序 4 4 9
材料利用率 ＞95% 40%～50% 30%～40%
劳动保护 无毒 二次污染 有毒
劳动强度 轻 中 高
安全性能 安全 易燃 危险
自动化程度 高 高 极低
每班工人 8 9 24
占用场地/㎡ 230 350 200
生产周期/h 6 6 43
耗电量/度·件-1
工人工资/元·件-1 1
原辅料费用/元·件-1
每件门成本/元·件-1
表 8 钢门涂膜质量对比
检验项目 粉末涂料 氨基烘漆 常规油漆 测试方法
附着力/级 1 2 3 GB1720-79
柔韧性/YY 1 2 3 GB1731-79
冲击强度/cm 50 45 40 GB1732-79
光泽/% 98 100 85 GB1743-79
硬度 ＞4H ＞2H ＜2H BJ2168-82
耐化学品性（90d） GB1763-79
25%H2SO4 无变化 锈蚀落点 严重锈蚀
25%NaOH 无变化 布满锈点 起泡起皱
我国各种粉末涂料所占比例见表 6。表 7 和表 8 列出了钢门采用不同工艺涂装的技术经
济性比较和涂膜质量对比。
2 粉末涂料的涂装工艺技术
流化床涂装
在粉末涂装中流化床涂装工艺的工业化生产较早。表 9 为流化床涂装工艺的应用领域。
表 9 流化床涂装产品的应用范围
应用领域 产品实例 涂料品种 特点
交通道路 公路、桥梁、铁路、海港、轮船、防
护栏、路标、信号牌、广告牌、客车
扶手、货架、自行车、摩托车筐
聚乙烯、聚氯乙烯、
氯乙烯改性 EVA
防腐、美观、耐
用
建筑 街道、园林、公寓、民电、工厂用安
全隔离网、围栏、铝门窗、阳台栏杆
及门窗玻璃护网、运动场围网围栏、
混凝土钢筋、钢管桩
聚乙烯、氯乙烯、
尼龙、改性聚酯
耐腐蚀、美观、
密封性好、寿命
长
电气通讯 空调机、电冰箱、洗衣机的部件、商
品陈列架、电风扇、仪器仪表、电控
柜、配电盘、电线管
聚乙烯、环氧、聚
氯乙烯
绝缘、装饰、耐
低温
管道 供排水管、石油天然气及燃气管道、
食品工业输送管、栏杆、管接手、异
型管
聚乙烯、环氧、聚
氯乙烯
耐腐蚀、卫生、
美观
养殖 动物园隔离网、草原围网、鸡笼、鸟
笼、水产养殖、网箱
聚乙烯、聚氯乙烯、
改性 EVA
耐腐蚀、美观、
卫生
家庭办公 厨房、卫生间挂具、鞋架、衣架、脸
盆架、衣帽钩、蔬菜水果和肉类盛装
筐、文件文具筐、书架、货架、拉圾
筐
各种涂料 美观、 手感好
卫生、耐用
其他 灯具、挂面杆架、钩鱼杆、暧所护网 各种涂料 美观、耐用
涂装原理
流化床的工作原理是将让均匀分布的空气流通过粉末层，使粉末微粒翻动呈流态化。气
流和粉末建立平衡后保持一定的界面高度。将需涂敷的工件预热后放入粉末流化床中浸涂，
得到均匀的涂层，最后加热固化（流平）成膜。
流化床是固体流态学的第二阶段，也是比较复杂和难以控制的阶段，固体流态化过程分
为三个阶段：固定床阶段、流化床阶段、气流输送阶段。从理性上认识这三个阶段的特点和
相互关系，对于掌握流化床涂装技术是很重要的。
（1）固定床阶段
当流体速度很小时，固体粉末颗粒静止不动，流体从粉末颗粒间隙穿过，当流体速度逐
渐增大时，固体颗粒位置略有调整，即颗粒间排列方式发生变化，趋向松动的倾向，此时固
体颗粒仍保持相互接触，床内粉层高度 H 与粉末层体积没有变化，这个阶段用图 10 中的 ab
段表示。此阶段床内粉层高度并不随流体速度的增大而增加。但是℃P 却随流体速度的增大
而增加，图中 W 为流体速度，Wkp 为临界速度，Wmax 为极限速度。
（2）流化床阶段
在固定床的基础上，继续增大流速 W，床层开始膨胀和松动，床层高度开始增加，每
个粉末颗粒均被流体托浮起来，离开原来的位置作一定程度的位移，即进入流化床阶段。随
着流体速度的继续增大，粉末运动加剧且做上下翻滚，如同液体加热达到沸点时的沸腾状态。
这个阶段用图 10 中的 bc 段表示。此时床内粉层膨胀，高度随流体速度的增大而增加，但床
内压强并不增大。因此在一个较大范围内变动流速而不影响流体所需的单位功率。这是流化
床的特征之一。图 1 的 b 点就是固定床与流化床的分界点，称为“临界点”，此时的速度称为
“临界速度”。
（3）气流输送阶段
流体速度继续增加到某一极限速度时，固体粉末颗粒被流体从流化床中吹送出来，这
个阶段称为气动输送阶段。从图 1 中 c 点开始即为此阶段。C 点处的速度称为流化床的极限
速度。因此在掌握流化床涂装技术时，应当将流体速度保持在临界速度 Wkp 和极限速度
Wmax 之间。
图 1 H、ΔP 与 W 的关系曲线
流化床的均匀性
流化床内粉末流化状态的均匀性是保证涂膜均匀性的关键因素，当气体流速不太大时，
床层比较平稳，若加大流速（即增加流化数）W（W=W/Wkp），床层内粉粒运动加剧，就
会出现气泡，气泡随着流化数 W 的增加由小变大。出现大气泡时粉粒被强烈地搅拌到界面
上方，再增大 W 时，大气泡就可能占据流化床整个截面，这时床层将被割成几段，产生“气
截”、“腾涌”等现象，如图 2a 所示。大气泡猛烈冲击粉粒，当气泡破裂时，粉粒被抛得很高，
然后落入床层内。气截现象将引起压强的剧烈波动，并恶化气流与固体粉粒的接触，使压强
比正常情况要大。
引起流化床床层不均匀的另一原因是沟流现象（见图 2b）。粉末粒度不均匀，细小颗粒
容易产生内聚而形成孔渠。气流从孔渠中流过的现象称为“沟流”或“气沟”。沟流现象会使床
层趋于不均匀，压强降波动比较大。首先是由孔渠中的小颗粒转入流化，继而两旁粉粒开始
运动，远离孔渠的粉粒则可能仍维持在固定床状态。截面较大的流化床中粉末流态化不均匀
主要是由“大气泡”和“沟流”现象引起的。
要均匀控制流化床是比较困难的，流化数必须经过大量试验才能找出最佳值。流化数的
确定以能够进行流化床涂敷操作为标准。没有必要苛求绝对均匀。刚开启流化床时，气量给
得小一些，随后逐渐增加气量，达到相对均匀就可进行涂装操作了。流化床内粉末的悬浮率
最高可达 30%～50%。
流化床主要设备
流化床是涂装操作的关键设备。它主要由气室、微孔透气隔板和流化槽三部分组成。
图 12 是较为常见的流化床结构。其特点为：
（1）气室部分采用环形的铜管出风，并在两块多孔的均压板之间夹一层羊毛毡，使上升
气流更均匀。
（2）流化槽的槽壁具有 1:10 的锥度，有利于粉末的均匀流动。为了提高流化槽的空间利
用率，流化槽亦可做成矩形或椭园形。
（3）流化槽可用钢板、铝合金板、聚氯乙烯板或有机玻璃板等材料制作。
流化槽底部振动装置机构可使槽内粉末流化更均匀，并并减少粉尘飞扬，称为振动式
流化床（如图 3 所示）。
微孔透气隔板是保障流化床达到均匀流化状态的主要元件，微孔板有微孔陶瓷板、聚
乙烯或聚四氟乙烯微孔板。采用环氧粉末和石英砂粘合制作的微孔板机械性能优良。微孔板
每平方米的透气量一般为 60～100m3/h 左右，气孔尺寸在 ～85μm 范围内。
涂装工艺
工件采用流化床工艺涂装所获得的涂膜厚度与以下一些因素有关：被涂工件的材质、
工件的热容量、基材的直径或厚度、工件加热温度、工件加热时间、浸粉时间以及
粉末涂料的性能（见图 4）。
流化床涂装的工艺流程如下：
（1）工件预热
工件预热温度一般比粉末涂料熔化温度高 30～60℃。预热温度过高会导致粉末树脂裂解，
涂膜产生气泡、焦化、过厚或流挂等现象；预热温度过低会造成涂膜流平不好、不平整，达
不到涂膜厚度要求等弊病，热容量大的工件预热温度要偏低一些，热容量小的工件预热温度
要偏高一些。
预热后的工件在浸涂时与粉末之间发生热量传递。热量从工件传递给粉末，使粉末温度
上升至熔融温度从而粘附在工件表面达到初步流平。该过程传递的热量可用下式计算：
℃H= mCp℃T
式中：m——粘附于工件上的粉末质量
Cp——粉末的比热
℃T——粉末与工件的温差
（2）流化床浸涂
预热后的工件迅速浸入流化槽中，粉末熔融粘附于工件表面，工件沉浸于粉层中应保持
运动状态，如转动或水平/垂直方向的移动，这有利于工件的均匀涂装。图 5 是高密度聚乙
烯粉末涂料浸涂时间与涂膜厚度的关系曲线。对于要求涂膜特别厚的工件而言，可以进行多
次涂敷，多次涂敷既能保证工件达到所需厚度，又能避免涂层产生气泡，消除针孔等缺陷。
造成涂膜不均匀的因素有：
— 粉末流化是由于向上的气流造成的。与液体有本质的不同，因此只要局部气流受阻，
就会出现局部粉末流化状态不好，造成工件上部表面粉末堆积，下部表面涂膜却很
薄或不连续，阻挡面积越大这种现象越严重，因此应尽量使工件最小截面垂直浸入
床内粉层。
— 工件下部总是先浸入粉层中而又是最后离开粉层，所以工件涂装后总存在着上下部
位涂膜厚度的差异。一般采取工件鄱转 180℃涂装以消除涂层的不均匀性。
— 粉末流化不均匀，使槽内各部位的粉末密度不同，也会造成涂膜的不均匀。因而选
择透气均匀的微孔板和采用振动式流化床涂装是非常重要的。
图 5 高密度聚乙烯的积粉时间与涂层厚度的关系
（3）加热固化（塑化）
加热固化工序对热固性粉末来讲使树脂获得充分交联聚合；对热塑性粉末而言则进一步
流平成膜。图 15 反映了固化时间对涂膜性能的影响。
图 6 固化时间对涂层性能的影响
适用于流化床涂敷的粉末涂料粒径以 100～200μm 较好，该粒度范围的粉末重量应占粉
末总重量的 70%～80%。
应用实例
流化床浸涂钢丝的生产工艺过程如图 7 所示。
图 7 钢丝粉末流动浸塑示意图
（1）钢丝表面预处理
预处理包括酸洗、磷化和水洗等工序，磷化效果的好坏对涂膜与钢丝之间的附着力影响
很大（见表 10）。
表 10 不同表面状态对涂膜性能的影响
机械性能 粘结特性钢 丝
表 面
状态
耐 环 境 开 裂
应力/h 耐冲压（一次，
加重 500kg）
耐滚压次数（Φ
，加重 50kg）
粘 结 强 度
MPa
腐蚀扩展
mm
183 不裂 大于 120 钝 化
处理 23 不裂 76 28
143 不裂 大于 1000 磷 化
处理 1 不裂 49 26
89 不裂 29 镀锌
1 不裂 4
43 不裂 16 镀铜
4 不裂 2
表 10 的试验条件为：
— 涂装用聚乙烯粉末涂料的熔融指数为
