發布日期：2022-04-18 點擊率：105
本文介紹可用于測量固化和未固化粉末涂料的厚度的技術。它簡述了工作原理和相關行業的測試方法和標準，并討論了無紙化質量保證（QA）的最新趨勢。
膜厚度測量應該是所有粉末涂布人員（圖1）的常規工作。定期測量有助于控制材料成本，管理涂布的效率，并保持表面質量。粉末涂料制造商建議可使涂層達到最佳性能特點的目標薄膜厚度范圍并且這些參數滿足客戶期望。
粉末膜厚固化前和固化后的膜厚可以利用幾種不同的儀器進行測量。例如見圖2.每個粉末涂覆操作應該知道什么設備是可用的，以及如何使用它。
薄膜厚度可以說是在保護涂層的應用和檢查過程中的一個最重要的測量。粉末涂層專用于由制造商指定的厚度范圍進行涂覆實現其預期的功能。許多成品涂層的物體和外觀性能會直接受到干膜厚度（DFT）的影響。DFT會影響涂層的顏色、光澤、表面輪廓、附著力、柔韌性、耐沖擊性和硬度。如果膜厚不在容差范圍內，涂布后的組裝件的安裝也會受其影響。
精確測量涂層厚度也有其他的好處。是否能滿足國際標準化組織（ISO）、產品質量或客戶的要求進行過程控制，企業需要確認涂層質量避免為返工產品花冤枉錢。通過檢查他們的應用設備，他們保證應用的涂層符合制造商的建議。
施涂者必須均勻地涂覆粉末涂料，并且要根據產品規格表的要求。施涂過大的DFT不僅浪費，而且會有不完全固化的可能的風險，并且會大大減少涂層系統的整體性能。高膜構造通常會導致粘結強度低。涂層容易從基材上剝離或破裂。定期檢測可以減少內部返工和因加工缺陷而客戶退貨的數量。
粉末涂層厚度的測量要根據測試是在粉末固化之前或之后來使用不同的測量方法。美國社會測試和材料協會（ASTM）具有一系列的描述這些技術的標準。
D 4138測試方法描述了用切片儀器測試堅固底材的破壞性測量方法。
D 7091操作規程描述了用磁性測厚儀和渦流測厚儀測量金屬底材的非破壞性測量方法。
D6132測試方法描述了用超聲波測厚儀測量非金屬底材的非破壞性測量方法。
D 7378標準描述了三種測量制備的預固化粉末涂層的厚度的方法來預估固化后的厚度。
膜厚測量可以在固化和交聯之前或之后進行。基底的類型、涂層的厚度范圍、涂層的大小和形狀及作業的經濟能力決定使用的測量方法。
在未固化的粉末涂料，高度的測量可以用粉梳子和使用專用的粉末探頭的電子測量儀進行測量。由于在固化過程粉末涂層的厚度會減少，所以要確定減少的因素來預測固化后的DFT。另外，超聲波儀器測量未固化的粉末不用接觸表面并且能自動預測粉末的固化厚度。
固化后，各種手持設備可在涂層部分上進行直接DFT測量。這些非破壞性的測厚儀器要根據底材的類型來選擇是磁感應、還是電渦流或者是超聲波原理。不太常見的方法包括微米測量，破壞性干膜方法如橫切片，和重量（質量）的測量。
1、標準測量單位
在美國粉厚度測量中使用的正常標準單位是密耳; 1.0密耳等于千分之一英寸（1/1000英寸）。如果制造商的指定厚度為2.0到5.0密耳，該粉末的最終固化厚度應為0.002英寸和0.005英寸之間。測量的公制單位被稱為微米（微米）; 25.4微米等于1.0密耳。
涂布器必須要均勻地施涂粉末涂料，并且要根據產品規格表。這提供了特定粉末規范的最大利益。大多數厚度檢測規范適用于粉末的固化厚度，所以我們看到不同厚度的測量技術開始出現。
2、固化膜厚度測量
千分尺是用于檢測DFT的原始儀器之一，并且仍然在今天被應用。它具有測量任何涂層/底材組合的優點，但是存在要求同時測量裸露基材厚度的缺點。必須進行兩次測量：一次包含涂層，而另一次沒有。兩個讀數，高度變化之間的差，是涂層厚度。
有兩種破壞性的技術也可使用。一個是通過顯微鏡觀察切割切斷的截面中的包覆部分并測量膜厚度。另一種是通過固化的涂層使用縮放顯微鏡查看一個幾何切口。當不能使用廉價的，無損的方法，或者當非破壞性結果需要確認時需要使用這方法。
最普遍的測量固化粉末厚度的方法就是使用電子DFT測量儀。它們是手持式、易于操作，并且成本相對較低。它們根據材料的類型選擇磁感應、電渦流或超聲波原理。
當零件是由鋼制成的可使用機械計。其采用永久磁鐵和一個校準彈簧。該裝置測量將磁鐵從涂覆鋼表面拉出所需的力。磁拉斷計是堅固耐用，操作簡單，價格低廉，攜帶方便，并且通常不需要任何校準調整。它們在一些只需幾個讀數的生產場合是比較合適且經濟的替代方法。
由于具有簡單性、多功能性、準確性和具有保持記錄功能的原因，電子DFT測量儀器對于大型和小型粉末操作都是非常熱門的選擇。他們使用磁感應原理測量鋼底材，使用電渦流原理測量其他金屬底材。有時會集兩種原理于一臺儀器中。測試的結果直接顯示在易于讀取的液晶顯示屏（LCD）上。多種探頭可選擇用于測量不規則形狀或精確測量非常薄或非常厚的涂層系統。
非金屬底材測量如涂覆的塑料或木材要求使用超聲波脈沖技術。這為之前行業無法以合理價格進行非破壞性質量控制提供一個可能。這種測量技術的一個好處是在一個多層涂層系統測量所述各個層的可能性。
3、預固化膜厚度測量。
到目前為止討論的測量方法已經使用在部分固化后的粉末厚度。它也可以，甚至在某些情況下更可取的，在制備后立即測量涂層以預測固化后的粉末涂層的厚度。
如果涂層被不正當地施涂后，校正已經干燥或化學固化需要昂貴的額外的勞動時間，可能會導致膜的污染，并可能引入粘合性和涂層系統的完整性的問題。制備過程中測量膜厚度可確定涂布器是否需要立即校正或調節。
4、干粉末的測量。
雖然大多數粉末涂料規格規定了固化的目標厚度，這可以在最終固化和交聯之前確定施涂的粉末是否符合厚度規格。
有很好的理由需要一個準確的固化DFT預測值，尤其是在移動線。取決于烘箱的長度，被固化的部分數量，以及固化過程所需的時間和固化后手動測量DFT值的時間，在操作者為做一些必要的修改而在應用過程中進行干預之前有一個相當充分的延遲時間。
如果發現涂層缺陷，相當大的涂覆部分不得不在一個修配環中重新加工，或者如果重新加工的成本太高，它們甚至可能不得不廢棄。對于某些操作，對于滿足現代加工程序的要求這些缺點是無法接受的。
在預固化、預凝膠狀態時測量粉末確保正確的固化膜厚度。這樣能夠在固化前對應用系統進行設置和微調。反過來，這將減少廢料的數量和過度噴霧情況。準確的預測能夠避免剝離和再涂層，不然可能會導致附著力和涂層完整性問題。
ASTM D 7378標準描述了測量涂覆粉末涂層的三個程序：
A.硬金屬缺口（梳）計
B.帶專用粉末探頭的電子涂層測量儀器
C.非接觸式超聲波儀器
金屬缺口計。這儀器通過手拖過涂覆的粉末手動地測量厚度。與濕膜測厚儀的工作原理類似，儀器確定的粉末高度值是在做有一個記號的、并且有粉末粘附在上面的最高編號的齒和沒有留記號的、沒有粉末粘附在上面的第二高的齒之間的高度。這些簡單的工具便宜，但只能精確到幾密爾。測量能夠在一個合適的剛性底材進行，但記號將會在當粉末在固化過程中流動時沒有被覆蓋的粉末中標記。
電子測量儀。使用專用的粉末探頭儀器能夠測量涂覆的粉末厚度。內置在探頭的微針穿透粉末涂層到底材上。然后將探頭手動壓在粉末層的表面實現厚度測量。這種方法僅適用于平坦的金屬底材并且可能會在最終產品留下痕跡。
上述兩種方法僅用于未固化的粉末涂層的高度測量。但如前所述，大部分厚度說明經常是指已固化的粉末厚度。由于粉末涂料通常在固化過程中在厚度減少高達50％，這兩個步驟需要為每個特定的涂層粉末建立縮減因子來預測的固化膜厚度。減少因子的確定是通過在已經測量的未固化粉末高度的同一位置測量固化粉末涂層的厚度，然后測量前后兩者相減獲得。
非接觸式超聲波儀表。 ASTM D 7378的方法C描述了一種相對新型的儀器，這種儀器已迅速成為干粉厚度測量一個流行的解決方案。它是一個超聲波儀器能夠非破壞性在未固化的粉末上測量來預測最終的DFT值，并且不會留下任何影響成品的痕跡。
這些儀器是手持式和電池供電的，對于大多數粉末是開箱即可用。他們的操作簡單和電子設計的特點使得其能夠被線路操作者快速且有效地使用。
非接觸是涂層厚度測量儀具有無損的決定性優勢。這意味著，測量之后，測量的組件可以重新引入到正在進行的進程中。
這些儀器都是操作簡單的，一個謹慎的用戶應該定期驗證他們的操作，尤其是當符合國際ISO標準規定程序。這三個步驟確保最佳的精度值。
1、校準
涂層測厚儀的校準通常是有設備制造商在受控環境中進行的一個文件化過程。校準證書顯示可朔源到一個國家計量機構就可被發布。重新校準沒有標準的時間間隔，也不是一個絕對的要求，但可以在經驗和工作環境的基礎上建立一個標準的時間間隔。為期1年的校準間隔是許多儀器制造商提出了一個典型的頻率。
2、驗證
這是一個用戶與已知的參考標準進行的精確檢查。這個快速的檢查能夠確保儀器正常測量和用戶正確操作它。對于許多測量儀，精度可以通過測量帶有可追溯到國家計量機構的分配值的塑料墊片或環氧樹脂涂層標準進行驗證。
3、調整
調整，或校準調整，是校對測量儀的厚度讀數以匹配已知的參考樣品，為提高測量儀在其測量范圍的特定部分內的一個特定的涂層的精確度的行為。此操作在粉末涂料工業很少需要的，因為在粉末涂層材料中的聲學特性變化不大。
在當今競爭激烈的環境中，客戶往往會選擇具有堅實的質量控制系統的加工公司。通過在一個有記錄和分析DFT結果的簡單系統投資，粉末涂布者可以研究趨勢，減少成本，并提供客戶體現他們能夠滿足要求的參數的實力資料來留住客戶。
一個質量保證（QA）程序是指開發一個簡單的程序，要求在每一部分的相同位置進行一定數量的厚度測量。通過記錄所有的數值，然后定期進行變化分析，并且采取必要的糾正措施。
通過筆和紙手動收集數據不僅耗時且容易出錯，而且會對涂料項目增加顯著成本。具有測量結果存儲功能的測厚儀消除了這種風險。自動化采集讀數的功能是保持成本在控制范圍，減少人為錯誤的最好方法。在數字格式，數據可容易地存儲，報告，和輸出。
1、無紙化QA
電子數據的收集開始于具有以數字化形式收集測量數據的內存的電子測量儀。一些儀器甚至可以在測量過程中通過將作業或部分分離到批量存儲器中產生基本的分析，并顯示實時平均厚度結果和最小/最大極限。當一個厚度值超出規格范圍就會產生報警，這樣用戶可以及時采取糾正措施。
再者，必須將數據傳送到一個軟件程序。一些儀器能夠通過無線輸出每個測量的數據到過程控制器或個人計算機，比較常見的是在測量結束后或工作完成后經所有的測試結果存儲到測厚儀的內存中并將其下載到PC。下載是通過與通用串行總線（USB）連接線或藍牙無線通信來實現。這些數據的簡單分析通常需要DFT測量儀器制造商的軟件。該軟件被安裝在個人的個人計算機（PC），并直接與厚度測量儀進行通信。當厚度結果下載完畢后，該軟件可以在公司的硬盤驅動器存檔，輸出信息到質量控制或統計過程控制（SPC）系統ISO或QS-9000記錄系統，或選擇格式打印數據。 （QS-9000是汽車行業發展的質量體系要求。）
2、基于網絡的解決方案
粉末涂層應該意識到一個新興的趨勢——一個簡單的，基于Web的模型。出產的測量儀器內置了閃存（大存儲容量）且具有將測量數據無線上傳到云歸檔和能夠與世界上的任何基于Web的設備共享的功能。
USB海量存儲，有效地替代了多種，如串行和并行端口接口。測量儀可使用USB海量存儲設備類，它提供了一個簡單的界面，在某種程度上類似于USB閃存驅動器，檢索數據的相機，或數字音頻播放器。當測量儀通過USB連接，任何計算機都可以通過虛擬驅動器的導航瀏覽和下載存儲在測厚儀內存（批次）中的測量數據。使用通用的PC / Mac的Web瀏覽器或文件偵探器查看或復制存儲的讀數和圖表。
第二個發展是云計算，對于任何涉及通過互聯網提供服務的總稱。對于粉末涂層操作，這意味著軟件，數據，和處理器存儲在受信任的服務提供者的服務器上。
3、云計算
云計算有許多優點，如以下內容：
1）上傳的厚度讀數可以被使用一個標準的互聯網Web瀏覽器的世界上任何地方的網站或總公司所操控。
2）數據可以通過Web功能的設備訪問，如個人電腦或蘋果機，智能手機或平板電腦。
3）圖像和教學筆記可以下載到涂層測厚儀提供計量指引。
4）測量數據可與授權用戶通過任何計算機和大多數支持Web的設備安全登錄共享。
5）硬件，軟件和服務的成本降低。
6）數據備份和災難恢復策略的改善。
7）物理和IT安全是由專業人員管理。
8）它們是高效，靈活和可擴展的。
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