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분체도장
분체도장(粉體塗裝, powder coating)은 가루 모양의 도료를 금속에 직접 부착해서 가열하여 건조하고 굳히는 도장 방법이다.
목차
개요
분체도장은 파우더 코팅(Powder coating)으로도 불리는 분말 형태의 도료를 이용하는 도장이다. 잘게 분쇄한 도료를 금속과 같은 피도물에 직접 부착시키고 고온으로 녹인 뒤 건조하고 굳혀 도막을 형성한다. 가열하여 고화시켜 도막을 형성하므로 소부도장의 일종이며 분체소부도장이라고도 한다.
분체도장은 일반적인 도장에 쓰이는 유기 용제를 전혀 사용하지 않기 때문에 환경, 인체에의 영향이 작고 환경 보전이나 건강 증진에 대한 대처가 강화된 현재, 관심이 높아지고 있다. 또 자원 절약성도 뛰어나고 자동화하기 쉽다는 특징도 있다.
분체 도장은 다른 종류의 도장처럼 도장 대상물의 방수나 착색, 내후성 향상, 미관 향상, 기능성 부여 등이 목적이며 또 용제 도장보다 환경오염이나 건강 피해, 화재 등의 리스크가 낮아 용재 도장의 전환이 진행되고 있으며 그 시장은 확대되고 있다.
장점과 단점
분체도장은 고르게 뿌려진 분체로 인해 표면이 일정하고 깨끗한 게 특징이며 광범위하게 사용된다. 그 이유는 다음과 같은 장점이 있으며 또한 단점도 있다.
- 내식성이 우수하기 때문에 야외에 노출이 되는 제품의 경우 방수 기능을 하며 녹이 생기는 것을 막아준다.
- 외관이 깔끔하고 매끄러워 보기에 좋다.
- 칠이 잘 벗겨지지 않고 접촉이 강하다.
- 도장부위의 강도가 강하다
- 용제를 사용하지 않는 방식이기 때문에 악취나 환경적이다.
- 시너와 같은 희석제를 사용하지 않기 때문에 작업성이 높고 화재의 위험성이 적다.
- 자동화 작업이 가능하다.
- 폐 도료를 회수해 재사용이 가능한 게 특징이다.
- 도막이 두께가 두꺼울 수밖에 없어서 얇은 작업에는 불리하다.
- 편리성이 높기 때문에 도료 자체의 단가가 높은 게 단점이다.[1]
도장라인 및 공정
분체도장은 액체도장과 달리 높은 온도(180~220도씨)에서 용융되는 특성상 건조로와 같은 특수 설비로 라인을 구성한다.
- 전처리 : 피도물을 도장하기 전에 전처리 과정을 통해 녹, 유지 등의 오염원을 제거해야 하는데 TCE과 같은 용제로 닦아 내거나, 알칼리 세척제를 사용한다. 또는 쇼트블라스팅을 하거나 인산철계 전처리, 인산아연계 전처리, 크로메이트(Chromate) 처리를 한다.
- 탈수 건조 : 건조로를 사용하여 도장 대상물에 부착한 수분을 완전히 제거하는 처리 공정이다. 블리스터(도장 막 하에 잔존한 수분에 의해서 생기는 기포)로 불리는 외관 불량의 발생을 방지한다.
- 도장 : 분체 도료를 정전 인력에 의해서 대상물에 부착시키는 처리 공정
- 소부 건조 : 도장 대상물에 부착한 도료를 180~200℃의 고온으로 가열하여 건조하는 처리 공정
- 냉각 : 냉각된 도막을 형성하는 처리 공정
도장 방법
분체도장에는 정전 스프레이, 유동침적법, 정전유동침적법, 용사법 등이 있으나 가장 많이 사용하는 방식은 정전 스프레이이다.
정전 스프레이
스프레이건 선단에 고전압이 걸려 있어 토출되는 분체는 마이너스 전하를 띄게 되고 플러스 전하를 띄는 어스된 피도물에 도착된다. 이후 가열하여 연속적인 도막을 얻는다. 이렇게 정전기를 이용하는 방식을 정전 스프레이라 한다.
코로나 정전 방식
코로나(Corona) 정전 방식은 고전압 발생 장치(80~100Kv)를 이용하여 전자기장을 형성하는 중간 과정을 통하여 도료 입자의 대부분이 마이너스(–) 전하를 띄게 하는 방식이다.
장점
- 강한 전자기장이 형성되어 정전 효과가 좋고 토착 효율이 높다.
- 전자기력선이 분체도료 입자를 피도물 쪽으로 잘 이송되도록 한다.
- 스프레이된 표면의 수정이 간단하다.
- 스프레이건이 가볍고 견고하다.
- 다양한 크기의 입자와 다양한 종류의 도료를 사용하는데 유리하다.
- 전압을 조정하여 도막두께를 쉽게 조절할 수 있다.
- 색상 교환이 쉽다.
단점
- 정전 반발로 인하여 후 도막을 얻기가 어렵다.
- 패러데이 효과(Faraday Effect)로 인하여 불규칙한 도막 형성, 코너 및 틈새 도장이 어렵다.
- 이들 현상은 전압 조정으로서 패러데이 효과 및 오렌지 필 현상을 줄일 수 있다.
트라이보 정전 방식
트라이보(Tribo) 정전 방식은 고전압 발생 장치를 사용하지 않고 스프레이건의 내부에 설치된 테플론 등과 같이 특별히 선택된 물질에 분체도료 입자가 빠른 속도로 마찰하면서 플러스(+) 전하를 갖게 하는 방식이다.
장점
- 패러데이 효과가 없기 때문에 틈새나 코너, 좁은 곳에 도료 침투가 용이하다.
- 분체도료가 스프레이건이나 공기압에 의해 피도물에 잘 전달된다.
- 모서리에 과도막이 형성이 적게 된다.
- 균일하게 도장 된다.
- 자동 도장 방법에 매우 좋다.
- 고전압 발생 장치 없이 높은 정전 효과를 얻는다.
- 토착 효율이 높다.
- 피도물의 간격을 줄여 생산성을 높일 수 있다.
- 적절한 도막두께가 형성된다.
- 오렌지 필 현상 없이 좋은 외관을 형성한다.
- 정전 반발이 줄어든다.
- 도료 소모량이 적다.
단점
- 불규칙한 공기 흐름에 의해 도장 성능이 쉽게 영향을 받는다.
- 트라이보용 분체도료가 필요하다.
- 10 미크론 이하의 분체도료 입자들은 정전되기 어렵다.
- 분체도료가 잘 정전되기 위해서는 시간이 많이 걸리고, 트라이보건을 오래 사용하면 정전 효과가 감소된다.
- 색상 교환 시간이 길다.
- 동일한 생산량을 얻기 위하여 설비 투자비용이 높다.
- 도장 건 및 벤츄리 부품 등이 쉽게 닳아지고 소모된다.
- 깨끗한 청소 작업이 요구되고 공급되는 압축공기 내습도 관리가 철저해야 한다.
- 도장 작업자의 숙련도가 요구된다.
유동침적법
유동침적법은 다공판을 통해 공기를 불어 넣어 분체를 유동 상태로 하고, 그 속에 미리 가열한 피도물을 넣어 분체를 부착시켜 용해시킨다. 밑 부분에 다공판이 있고, 이 다공판을 중심으로 위에 분체를 넣고 밑에서 압축공기를 넣으면 위의 분체는 유동 상태가 된다. 이 유동층안에 예열시킨 피도물을 넣으면 분체가 용융되어 도착된다.
장점
- 복잡한 형상도 균일한 도장이 가능하며 한 번에 전면 도장이 가능하다.
- 컨베이어와 결합하면 자동화와 대량생산이 가능하다.
- 특별한 기기가 필요 없어 작업이 간단하고 시공비가 저렴하다.
단점
- 피도물의 두께가 얇으면 적용이 어렵다.
- 균일한 예열이 곤란하며 성능이 우수한 가열로가 필요하다.
- 소량의 도장 시에도 탱크 내의 일정한 양의 도료가 필요하다.
- 도막두께 조절이 어렵다.
정전유동침적법
정전유동침적법은 유동침적과 방법은 같지만 예비 가열 대신 정전기를 이용하여 부착시키는 방식이다. 침지조 및 부분의 다공판에 일정 간격으로 전극을 배치하여 고압으로 하면 압축공기에 의한 유동 분체는 마이너스 전하를 띄게 하고 어스된 피도물에 도착된다. 그 후 소부하여 경화시킨다. 유동침지법처럼 예열 처리는 필요 없다.
장점
- 자동화와 대량생산이 가능하다.
- 설비가 간단하고 저렴하다.
단점
- 평판의 양면이나 긴 피도물의 균일한 도장이 어렵다.
- 유동조의 크기에 한계가 있으며 대형의 피도물은 도장이 불가하다.
용사법
용사법은 가장 먼저 개발되었으나 공업화되지는 못했다. 스프레이건의 끝에 고온 장치를 부착하고 압축공기와 분체를 통과시키면 분체는 용융 상태로 되어 피도물에 도착된다. 밀착이 좋은 도막을 얻으려면 피도물을 예열한다.
장점
단점
- 복잡한 피도물은 도장이 어렵다.
- 고온의 화염을 통과하기 때문에 도막이 열화하기 쉽다.
- 수작업이므로 균일한 도막 두께 유지가 어렵다.
흡인식
흡인식 도장법은 파이프 관의 내면을 도장하는데 적합하다. 유동층으로부터 감압 펌프 쪽으로 분체와 공기의 혼합체를 예열된 피도물의 내면을 통과하면서 흡인시키면 피도물의 내면에 분체를 도착시킬 수 있다.[2]
적용 도료
분체도료는 사용 전 중합제에 따라 열경화성과 열가소성으로 크게 분류할 수 있으나, 현재는 주로 열경화성 분체도료가 주로 사용되고 있다.
열경화성 분체도료에서의 가교반응은 폴리머의 백본(back-bone)을 따라 있는 작용기(Functional Group) 사이에 일어난다. 필연적으로 폴리머는 경화 반응이 시작되기 전에 매끄러운 도막을 얻기 위하여 유동적이어야 한다. 분체도료는 용융점도 또는 용해 특성을 지니 소프팅(softeng) 온도와 가교반응 속도가 균형을 이룬 중간체이다.
분체도료는 함유 성분에 따라 분류가 다양하기 때문에 정확하게 분류하기는 어려우나, 일반적인 분류 방식에 따르면 크게 에폭시 수지 계, 에폭시 폴리에스테르 수지 계, 폴리에스테르 수지 계, 아크릴 수지 계, 아크릴 폴리에스테르 수지 계의 5가지로 분류되며, 그 특징을 살펴보면, 아래와 같다.
- 에폭시 수지 계 : 방식성, 내약품성, 내열성에 내구성이 요구되는 용도에 사용된다.
- 에폭시 폴리에스테르 수지 계 : 도막 외관, 박막화, 건조 범위의 넓음, 중복 도장성, 경제성이 우수하다.
- 폴리에스테르 수지 계 : 도막 외관, 내식성, 내후 성 등 성능 상 커다란 결점이 없고, 조화를 이루고 있다.
- 아크릴 수지 계 : 내후성, 도막 경도, 선식성, 내 오염성이 우수, 저온 소부(150℃)가 가능하다.
- 아크릴 폴리에스테르 수지 계 : 우레탄 경화형 폴리에스테르 수지 계에 비해서 휘발분이 적고, 아크릴 수지 계에 비해 악취가 적다.
적용 대상 품목
분체도장의 사용 범위는 너무 넓기 때문에 일일이 다 거론하기가 어렵다. 도장의 종류를 보면 알 수 있듯이 우리가 사용하는 제품, 차, 건물, 인테리어 등 너무 넓은 곳에서 사용된다. 평소에 주변을 잘 둘러보면 얼마나 많은 곳에 적용됐는지 알 수 있다. 외부에 노출되는 제품의 경우 항상 내식성이 높은 분체도장을 해야 한다. 스테인리스를 사용하면 녹이 없지만 단가가 높기 때문에 일반철로 제품을 만들고 분체도장을 해서 사용하는 게 일반적이다.
동영상
각주
- ↑ 판금기계설계, 〈분체도장 (파우더 코팅)이란? 분체도장 종류 특징 색상 정리〉, 《티스토리》, 2020-01-03
- ↑ 〈분체도장 방법과 장단점 알아보기〉, 《파우더코리아》
- ↑ 도장통, 〈분체도장 자료 공유합니다~〉, 《도장통》, 2017-01-12
- ↑ 김훈, 〈분체도장(Powder Coating)〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-08
- ↑ 헬로우미스터리, 〈후가공_분체도장〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-20
- ↑ KaNonx카논, 〈분체 도장의 특징과 종류, 장단점까지 알아보자〉, 《티스토리》, 2022-02-11
참고자료
- 판금기계설계, 〈분체도장 (파우더 코팅)이란? 분체도장 종류 특징 색상 정리〉, 《티스토리》, 2020-01-03
- 〈분체도장 방법과 장단점 알아보기〉, 《파우더코리아》
- 도장통, 〈분체도장 자료 공유합니다~〉, 《도장통》, 2017-01-12
- 김훈, 〈분체도장(Powder Coating)〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-08
- 헬로우미스터리, 〈후가공_분체도장〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-20
- KaNonx카논, 〈분체 도장의 특징과 종류, 장단점까지 알아보자〉, 《티스토리》, 2022-02-11
같이 보기
