&

粉末涂料在工程機(jī)械的應(yīng)用

2018-09-13 11:20:05 作者：王坤發(fā),顧廣新,王帥,寇向陽(yáng),趙宏,肖建,方瑤婧來(lái)源：現(xiàn)代涂料與涂裝分享至：

0 引言

隨著人們對(duì)環(huán)保的認(rèn)識(shí)日益提高，國(guó)家法律法規(guī)對(duì)環(huán)保的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，一些污染的涂裝工藝逐漸受到了限制。在這種條件下，為了最大限度降低對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)工程機(jī)械行業(yè)所用涂料及涂裝工藝提出了更高的要求。由于粉末涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，更具有經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。近年來(lái)，隨著粉末涂料新產(chǎn)品和新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)，使其在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2003-2011年國(guó)內(nèi)粉末涂料產(chǎn)量的復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)20%，在未來(lái)的幾年內(nèi)，粉末涂料的年平均增長(zhǎng)率至少達(dá)到15%[1]。

本文以某廠粉末涂裝線為例，詳細(xì)分析了粉末涂裝技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用。根據(jù)工程機(jī)械零部件的特點(diǎn)，可將工程機(jī)械涂裝分為：薄板件涂裝、結(jié)構(gòu)件涂裝和小件涂裝。文章將圍繞粉末涂裝技術(shù)在工程機(jī)械三大零部件中的應(yīng)用進(jìn)行討論，總結(jié)分析粉末涂裝技術(shù)在不同零部件應(yīng)用的特點(diǎn)及所面臨的問(wèn)題。

1 粉末涂裝技術(shù)

1.1 粉末涂裝的應(yīng)用現(xiàn)狀

粉末涂料具有低污染、涂裝效率高、涂膜性能好、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，使其在工程機(jī)械涂裝中所占有的比例逐年遞增。近年來(lái)，諸多大型工程機(jī)械制造廠商紛紛投入巨資建立起粉末涂裝線，使其涂裝運(yùn)行成本得到降低，而小型工程機(jī)械制造商由于粉末涂裝線一次性投資大，很少建立粉末涂裝線。目前，粉末涂裝技術(shù)在工程機(jī)械的應(yīng)用主要集中在薄板件涂裝和小件涂裝上，如駕駛室、機(jī)罩、爬梯、臺(tái)架等；而在結(jié)構(gòu)件涂裝上使用粉末涂裝技術(shù)的例子仍然較少，雖然國(guó)內(nèi)也有結(jié)構(gòu)件粉末涂裝線，但其運(yùn)行中仍然存在較多問(wèn)題，主要是結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致烘烤不均勻，能耗較大，綜合運(yùn)行成本較貴。為了提高粉末涂裝的效率及質(zhì)量，并考慮到工程機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，工程機(jī)械粉末涂裝線主要采用了往復(fù)式自動(dòng)噴粉及手動(dòng)噴粉相結(jié)合進(jìn)行涂裝。此外，粉末在應(yīng)用過(guò)程中也存在一些不足之處。例如換色困難、烘烤溫度高、局部找補(bǔ)困難、施工環(huán)境要求高、漆膜外觀桔皮較嚴(yán)重等。

1.2 靜電粉末涂裝的原理

粉末涂料具有多種涂裝方式，其中靜電粉末噴涂工藝是目前粉末涂裝中發(fā)展最快的一種重要施工工藝，也是工程機(jī)械最普遍的粉末涂裝工藝。靜電粉末噴涂的原理：粉末靜電噴槍與高壓靜電發(fā)生器相連，當(dāng)噴槍電極接通高壓靜電后，與工件正極之間產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，并在槍口處形成電暈放電。當(dāng)粉末涂料由凈化的空氣從供粉器輸送至噴槍，并由噴槍噴出時(shí)，霧化的粉末在電暈放電區(qū)捕獲負(fù)電荷成為帶電微粒，并在氣流和電場(chǎng)作用下沿著電場(chǎng)力的方向飛向工件表面，按工件表面電力線分布密度涂布排列，由庫(kù)侖靜電引力的作用而緊緊吸附在工件表面；涂膜達(dá)到一定厚度后經(jīng)加熱熔融、流平固化而成為均勻平整光滑的涂層。

2 粉末涂料在薄板件上的應(yīng)用

工程機(jī)械薄板件的防腐涂裝包括前處理和涂裝兩部分，一般都采用磷化電泳工藝，再進(jìn)行粉末涂裝或溶劑型涂料涂裝。駕駛室和機(jī)罩是工程機(jī)械典型的薄板件，此類零部件本身的板材厚度一般小于5mm，在高溫固化爐內(nèi)升溫快，板材烘烤溫度均勻，有利于粉末涂裝。

工程機(jī)械中薄板件的粉末涂裝工藝如下：

上件→預(yù)脫脂→脫脂→水洗→水洗→表調(diào)→磷化→水洗→水洗→純水洗→陰極電泳→超濾→超濾→純水洗→瀝水→高溫固化→強(qiáng)冷→檢查/打磨→打膠/貼膠帶→自動(dòng)噴粉→手動(dòng)補(bǔ)噴→高溫固化→強(qiáng)冷→下件。

薄板件粉末涂裝的特點(diǎn)：

①“白件”質(zhì)量要求高。工程機(jī)械中薄板件主要是駕駛室和覆蓋件，外觀質(zhì)量要求相當(dāng)高，但粉末涂裝一般不采用批膩?zhàn)哟蚰スに嚕虼艘?ldquo;白件”表面平整度要好，無(wú)缺陷。這樣薄板件的粉末涂裝只適合大型工程機(jī)械廠家的批量生產(chǎn)，薄板件的生產(chǎn)必須采用模具沖壓，并且選用的板材質(zhì)量要好。

②采用機(jī)器噴涂和人工噴涂相結(jié)合的方式涂裝。由于某些薄板件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，特別是駕駛室，完全依賴機(jī)器噴涂不能達(dá)到某些部位，特別是一些邊角、空洞和內(nèi)表面，因此需要人工補(bǔ)噴。人工涂裝可以放在機(jī)器噴涂之前，也可在機(jī)器涂裝之后，各有優(yōu)缺點(diǎn)。人工補(bǔ)噴在機(jī)器噴涂之后，可以防止漏噴，但容易帶來(lái)人為失誤，碰到已噴好的粉末涂層表面，由于涂層還沒(méi)有固化，難以修補(bǔ)，影響最終的外觀。人工補(bǔ)噴在機(jī)器噴涂之前可以避免上述的人為失誤，但是也容易產(chǎn)生漏噴。

③烘烤采用燃?xì)饣蛉加图訜幔恍枰t外預(yù)加熱。薄板件由于所采用的板材較薄，溫度上升快而且均勻，通過(guò)熱風(fēng)循環(huán)加熱就可以滿足粉末涂料的固化要求。

④一些配套的輔料及屏蔽物必須具有耐高溫性能。粉末涂料固化溫度高，必須使用耐高溫性能的密封膠等輔料。另外確實(shí)需要膩?zhàn)诱移降牡胤剑x用的膩?zhàn)颖仨毷菍?dǎo)電的高溫特殊膩?zhàn)印?/span>

⑤在粉末涂料上進(jìn)行套色工藝比較復(fù)雜，比較適合單一色彩薄板件的涂裝。目前一般采用溶劑型涂料在固化好的粉末涂層上進(jìn)行套色，由于粉末涂料與溶劑型涂料的附著力較差，需經(jīng)過(guò)二次烘烤才能提高附著力。對(duì)于小面積的套色可以采用貼膜工藝進(jìn)行替代，但需要考察膠帶對(duì)粉末涂層的長(zhǎng)久附著力，必要時(shí)需要做加速老化試驗(yàn)。

⑥成品保護(hù)。由于粉末涂料至今為止還沒(méi)有非常成熟的修補(bǔ)材料及修補(bǔ)工藝，因此薄板件的儲(chǔ)運(yùn)、裝配、調(diào)試和入庫(kù)等均需要做好成品保護(hù)。

⑦薄板件采用粉末涂裝比溶劑型涂料涂裝的綜合運(yùn)行費(fèi)用低。雖然粉末涂裝烘烤能耗比溶劑型涂裝高，但粉末涂料利用率高，節(jié)約涂料成本。另外噴粉室的送、排風(fēng)風(fēng)機(jī)功率較溶劑型涂料涂裝的噴漆室小，而且可以避免使用漆霧絮凝劑以及污水和廢氣處理產(chǎn)生的費(fèi)用。

表1是以某廠新建薄板件粉末涂裝線和先前的溶劑型涂料涂裝線在運(yùn)行過(guò)程中的涂料成本對(duì)比分析。由于粉末涂料的利用率比溶劑型涂料要高，采用粉末涂裝的涂料成本遠(yuǎn)低于溶劑型涂料。同一型號(hào)產(chǎn)品的薄板件采用粉末涂裝相對(duì)于溶劑型涂料涂裝可以節(jié)約涂料成本209元/臺(tái)。

溶劑型涂料涂裝采用60-80℃的低溫固化，固化時(shí)間30min，而粉末涂裝需要180℃高溫固化，固化時(shí)間40min。表2是粉末涂裝與溶劑型涂料涂裝烘烤固化成本的對(duì)比，對(duì)某型號(hào)的薄板件采用粉末涂裝相對(duì)于溶劑型涂料涂裝增加烘烤固化成本81元/臺(tái)。

從涂料成本和烘烤能耗費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)成本來(lái)看，薄板件采用粉末涂裝工藝的生產(chǎn)成本低于溶劑型涂料涂裝工藝，每平方米的涂裝成本可節(jié)省5元。

3 粉末涂料在結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用

工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件主要是采用厚鋼板或鑄鍛件焊接成型，結(jié)構(gòu)件的尺寸較大，粉末涂裝的前處理方式與薄板件有一定差別。

結(jié)構(gòu)件粉末涂裝工藝如下：

除油→屏蔽→上件→拋丸→清理→脫脂→水洗→水洗→表調(diào)→磷化→水洗→熱水洗→自動(dòng)吹水→手動(dòng)吹水→烘干→強(qiáng)冷→噴粉→高溫固化→強(qiáng)冷→下件。

在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件涂裝中，粉末涂裝工藝與溶劑型涂料涂裝工藝相比，具有以下特點(diǎn)：

①前處理工藝不同。粉末涂裝對(duì)工件表面要求高，不能有油脂和粉塵，否則會(huì)影響附著力，因此粉末涂裝的前處理在拋丸后還必須進(jìn)行脫脂磷化處理，確保工件表面清潔；而溶劑型涂料涂裝工藝對(duì)油脂和粉塵容忍相對(duì)高一些，拋丸后經(jīng)人工清理即可直接進(jìn)行底漆涂裝。

②粉末涂裝一般采用單一涂層，而溶劑型涂料涂裝采用雙涂層。目前對(duì)于工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件的粉末涂裝普遍采用聚酯粉末涂料，但其防腐性能比采用環(huán)氧底漆和聚氨酯面漆配套的涂層體系略差一些。

③粉末涂裝效率高。在采用粉末涂裝中，可通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，一道涂裝即可達(dá)到規(guī)定膜厚要求，而采用溶劑型涂料一般需要噴涂?jī)傻酪陨喜拍苓_(dá)到規(guī)定膜厚。

④粉末涂裝采用靜電噴涂，由于結(jié)構(gòu)件的構(gòu)造比較復(fù)雜，存在一些凹槽部位，法拉第效應(yīng)的存在影響了粉末涂料的上粉末效果，造成部分區(qū)域漏噴或薄噴；而溶劑型涂料可采用預(yù)涂工藝解決上述問(wèn)題。

⑤粉末涂裝需要考慮結(jié)構(gòu)件的板材厚度及鋼板的吸熱性[3]。由于結(jié)構(gòu)件的板材較厚，導(dǎo)致工件表面溫度上升速度慢，需要加熱時(shí)間長(zhǎng)。為了縮短加熱時(shí)間，一般采用紅外預(yù)熱和熱風(fēng)爐循環(huán)加熱相結(jié)合的方式，能耗比溶劑型涂料烘烤大很多。另外，結(jié)構(gòu)件較龐大且復(fù)雜，容易造成工件表面溫度分布不均勻，可能出現(xiàn)工件外側(cè)區(qū)域溫度已經(jīng)超過(guò)固化溫度要求，而工件內(nèi)側(cè)溫度卻仍未達(dá)到粉末涂料的固化要求，因此粉末涂裝只適合應(yīng)用于比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件。

⑥強(qiáng)冷時(shí)間長(zhǎng)。由于粉末涂料出爐的溫度高，需要較長(zhǎng)的強(qiáng)冷時(shí)間，不利于生產(chǎn)節(jié)拍的加快和產(chǎn)能的提高。

表3是某廠結(jié)構(gòu)件新建粉末涂裝線和先前的溶劑型涂料涂裝線在運(yùn)行過(guò)程中的涂料成本對(duì)比分析。同一型號(hào)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件采用粉末涂裝相對(duì)于溶劑型涂料涂裝可以節(jié)約涂料成本232元。

粉末涂料在烘烤過(guò)程中使用紅外加熱技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行預(yù)加熱，再使用燃?xì)鉄犸L(fēng)循環(huán)爐進(jìn)行加熱。表4是粉末涂裝與溶劑型涂料涂裝加熱設(shè)備運(yùn)行成本的對(duì)比，采用粉末涂裝相對(duì)于溶劑型涂料涂裝增加烘烤費(fèi)用257元。

總的來(lái)說(shuō)，一般外形簡(jiǎn)單、體積較小的結(jié)構(gòu)件可以采用粉末涂裝工藝，有利于環(huán)保。另一方面，從涂料成本和烘烤能耗來(lái)看，粉末涂裝運(yùn)行成本與采用溶劑型涂料涂裝相差不多或者略貴。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大的結(jié)構(gòu)件不適合采用粉末涂裝，但隨著低溫粉末涂料的開(kāi)發(fā)，可能會(huì)擴(kuò)大粉末涂料在結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用。

4 粉末涂料在小件上的應(yīng)用

工程機(jī)械的小件種類繁多，其涂裝設(shè)計(jì)比較靈活，可以根據(jù)其尺寸、外形和前處理要求來(lái)確定粉末涂裝工藝。一些板材較厚的小件，采用拋丸、磷化表面處理后再噴涂粉末涂料；而對(duì)于小管道、擋泥板之類的小件無(wú)法進(jìn)行拋丸處理，則可采用脫脂、磷化表面處理后再噴涂粉末涂料。對(duì)防腐性能要求高的小件可采用磷化電泳涂裝后再噴涂粉末涂料的工藝。

在小件涂裝中，粉末涂裝工藝與溶劑型涂料涂裝工藝相比，具有以下特點(diǎn)：

①粉末涂裝成本大大降低。工程機(jī)械小件采用溶劑型涂裝進(jìn)行涂裝，由于工件尺寸小，涂料利用率很低，如管道和支架的利用率僅為20-30%；而使用粉末涂裝，粉末涂料可回收再利用，利用率可達(dá)95%以上[5]，可以很大程度地降低涂裝成本。

②粉末涂裝污染小。對(duì)于溶劑型涂料涂裝工藝，小件主要采用空氣噴涂，有機(jī)溶劑對(duì)涂裝人員健康危害大，并且產(chǎn)生了大量的VOC，對(duì)環(huán)境污染較大；而使用粉末涂裝可避免大氣污染、廢水處理等問(wèn)題。

③小件的粉末涂裝線烘房尺寸小，保溫效果好，工件表面升溫速度快且溫度均勻。

④一般小件對(duì)外觀要求不高，對(duì)修補(bǔ)工藝要求不高。

因此，粉末涂料比較適合工程機(jī)械的小件涂裝。近年來(lái)，粉末涂裝在工程機(jī)械小件涂裝線上得到廣泛應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于粉末涂裝對(duì)薄板件的“白件”表面質(zhì)量要求高，適合大型工程機(jī)械制造廠家的批量化生產(chǎn)，同時(shí)要加強(qiáng)涂裝后的成品保護(hù)；對(duì)于結(jié)構(gòu)件的涂裝，粉末涂料目前還存在很多問(wèn)題，只適用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件；小件涂裝比較適合采用粉末涂裝工藝，有利于成本的降低和環(huán)境保護(hù)。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：韓鑫

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414