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粉末涂料“干碰干”涂装工艺在挖掘机上的研究与应用

刘翠梅,齐祥安

(三一重机有限公司,江苏 昆山215300)

摘要:分析了现行粉末涂料涂装的局限性和"干碰干"粉末涂料涂装的优势,研究了"干碰干"粉末涂装工艺的技术参数,介绍了"干碰干"粉末涂装生产线的设计与建设。

0 引言

近几年国家环保部、各省市及各地环保厅(局)为解决大气污染,陆续颁布法律、法规,并做出了严格的排放规定和严厉的惩罚措施。“油改水”“油改粉”已经大势所趋,高固含涂料、无溶剂涂料、UV涂料等各类低VOC涂料倍受关注。表1是溶剂型涂料与各种低VOC涂料涂装要素的分析对比。

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通过表1的分析可以看出,粉末涂料在各种低VOC涂料的对比中具有很多优点,特别是对于薄板件及中小件新建涂装生产线,具有更大的优势。但是,现在广泛使用的粉末涂料及涂装工艺,对于腐蚀防护要求较高的挖掘机产品,容易出现边角涂层膜厚较薄,以及复杂的阴角(凹下的角)部位露底等缺陷(弊病)。

1、现有一般粉末涂料及涂装工艺的行业局限性

在家电、家具、建筑物内部设施、室内使用的各种制品行业,由于金属制品要求耐腐蚀不高,粉末涂料涂装长期以来获得广泛的应用。但是,在工程机械行业,由于对零部件的边角孔洞缝部位耐腐蚀性要求较高,因此,粉末涂装工艺应用较少。工程机械液压钢管的粉末涂装是一个特例,因为钢管是圆柱状外形,边角孔洞缝部位少,应用也较为成功。对于工程机械这类耐腐蚀要求较高的产品,别说要求较高的零部件A级面的涂装,连要求较低的零部件的B、C级面的涂装,在边角孔洞缝的耐腐蚀性都不能达到腐蚀防护要求,实际使用时存在很大的问题。

现有的一般粉末涂料喷涂时,涂覆到工件外边角(阳角)表面的粉末颗粒不会少,但由于粉末涂料的熔融黏度太低或者熔融流动性太大,固化后常常造成边角部位的粉末涂层较薄;阴角会因为静电屏蔽引起粉末颗粒附着不良,固化后涂层变薄;以上情况,严重时可以看到金属基体材料。

在一定条件下,涂料的边角覆盖率和流平性是相互矛盾的。对于大面积涂层的装饰性,要求涂料具有良好的流平性,以获得最佳光泽、平整度、丰满度和鲜映性等;但对于边角特殊的部位,涂料的流平性就造成了边角的覆盖不良。反之,要想减少边角覆盖不良的缺点,必须提高粉末涂料固化时的黏度,减弱固化前的流动性;但这种情况对于大面积涂层需要的流平性又有很大的影响。

2 “干碰干”粉末涂料涂装工艺的优势

为了解决现有一般粉末涂装产生的边角孔洞缝的腐蚀问题,涂料研发人员与涂装技术人员共同研究出“干碰干”粉末涂料涂装新工艺。该工艺有如特点:

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1)将新研制的粉末涂料分为2种类型,各自发挥其特点,保证被涂装工件有最好的耐腐蚀性及高装饰性整体效果。一种是底粉,在边角孔洞缝部位附着力好且有优良的耐腐蚀性,烘烤流平时能够保证足够的厚度。另一种是面粉,有优良的流平性和装饰性,适合于工件的大面积涂装涂层,并与底粉有很好的配套性。

2)面粉可以在底粉没有固化之前即底粉为干粉状态下进行喷涂,面粉喷涂之后可以一起进行固化,即是“干碰干”工艺说法的由来。

“干碰干”粉末涂料涂装新工艺出现之后,国外有较少使用,但国内大批量用于涂装生产线的先例较少。对于该工艺是否适合挖掘机的薄板件、小件的涂装,涂料及涂层体系的技术指标是否能够达到产品设计要求等问题,还需要进行详细的试验研究。

3 “干碰干”粉末涂料的选择及涂装工艺应用研究

为了将“干碰干”新工艺用于挖掘机薄板件、小件的涂装,需要制定详细的试验技术方案,图1为本次试验研究及应用的方案框图。

1)调研现有一般粉末涂层引发的工程机械边、角、孔、洞、缝的腐蚀案例,分析其原因,主要是现有一般粉末涂层的缺点(弱点)造成的,要彻底改变腐蚀问题,必须使用“干碰干”粉末涂装新工艺。通过对国内外“干碰干”粉末涂料的调研,选择涂料供应商、试验内容以及试验方法。

2)“干碰干”粉末涂装新工艺试验,使用两种同颜色底涂粉末和面涂粉末。前期试验涂层的橘皮、光泽度、露青(边角)等均存在问题,先后进行了四次试验,最终解决以上问题,达到了国际先进技术指标。

第1次试验,利用现有一般粉末进行喷涂试验,同一把静电喷枪,喷涂两层同颜色粉末,最后进行一次性烘干固化。试验样品边角露青有所改善,但涂层的橘皮、丰满度较差,判定为不合格(见图2)。

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第2次试验,采用国际著名涂料供应商的产品,使用专用喷枪进行“干碰干”涂装试板工艺试验。边角未露青、涂层橘皮满足要求,涂层丰满度较好。涂层外观平整光滑,达到ACT橘皮板4级水平,橘皮仪检测R值3.9±2;若全面喷涂底粉再加面粉,则涂层外观目视较“雾”,光泽度不合格,只针对工件边、角、孔、洞、缝部位进行喷涂底粉,再加面粉,烘干固化后,大面积的涂层装饰性良好(见图3)。

第3次试验,使用专用喷枪再次进行“干碰干”喷涂并结合天然气触媒红外辐射烘干试验,边角未露青、涂层橘皮满足要求、涂层丰满度都较好。达到ACT橘皮板4级或5级水平。底粉喷涂时,只针对工件边、角、孔、洞、缝部位进行喷涂,之后全面喷涂面粉,烘干固化后工件边角孔洞缝部位达到设计要求。直接使用天然气触媒红外辐射加热(220 ℃×4 min),即可固化并达到粉末涂层的外观要求(见图4)。

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第4次试验,使用Encore LT型手动喷枪(底粉喷枪)和Encore HD型手动喷枪(面粉喷枪)进行“干碰干” 涂装工艺试验,边角孔洞缝部位及涂层橘皮满足要求,涂层丰满度都较好。达到ACT橘皮板4级水平,工件边、角、孔、洞、缝部位达到涂层体系设计要求。Encore LT型手动喷枪,配置特殊小喷幅喷嘴,用于底粉喷涂,适合喷涂工件边、角、孔、洞、缝部位;Encore HD型手动喷枪,高粉末密度低空气量,对底粉不易吹落,防止面涂粉末回收时混杂底粉,同时涂装速度较快,满足产能评估要求。

经过以上4次试验证明,底粉喷涂使用Encore LT静电喷枪,面粉喷涂使用Encore HD新型静电喷枪,两涂层粉末直接喷涂,无掉粉污染等问题,且两涂层粉末只用一次烘干固化,实现了“干碰干”的涂装工艺,同时粉末涂层固化结合天然气触媒红外辐射加热技术,4 min可实现粉末涂层固化,提高了涂层固化速度,加快了生产节拍,同时节能40%左右。但对于复杂的工件(结构复杂或厚度差别较大),后续还需要进行热风循环固化,才能达到最佳效果。

1)通过对“干碰干”涂料、喷涂固化后的试验样品、试验数据、工艺流程进行专题会议评审,企业的技术、质量、生产、设备、商务等各部门,一致赞同新工艺的出色效果。最终确定了“干碰干” 粉末涂装新工艺(见图5),从而顺利进入生产线方案设计阶段。

4“干碰干”粉末涂料涂装生产线的设计及建设

按照“试验研究的方案框图”序号(4)~(8)的步骤,进行“干碰干”粉末涂料涂装生产线的设计及建设。先期依照生产纲领的计算,考虑到最大工件与代表工件的区别以及颜色的变化,确定了积放链模式及生产线速度,经过多次评审论证修订,形成正式方案(包括平面布置),见图6。

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启动设备招标流程、合同签订、项目实施、试生产阶段,进入正式涂装生产。新工艺涂装生产线历经4个月的施工安装,进入试生产、批量生产阶段。截止到目前为止,已经涂装了挖掘机的覆盖件、油箱、左右门等万余件。“干碰干” 粉末涂装的工件,经质保、制造、技术等部门的评审,一致认为达到了国际先进水平。

5 结语

通过实施粉末涂料“干碰干”涂装工艺在挖掘机上的研究与应用课题,使我们认识到,在低VOC涂料的选择中,“干碰干”粉末涂料及涂装工艺是最佳方案之一,特别是新建的薄板件及中小零部件的涂装生产线,具有很大优势。该工艺不但解决了VOC的排放问题,还解决了涂装车间废水、废渣的难题。“干碰干”粉末涂装工艺有效提高了工件边、角、孔、洞、缝部位耐腐蚀性,而且大面积涂层装饰效果优良,涂层质量(含外观质量)达到国际先进水平。“干碰干”粉末涂装生产线的设计,还证明了天然气触媒红外辐射加热,可以提高涂装生产效率,节约能耗约40%左右。不仅对于挖掘机,对于工程机械行业以及其它行业的涂装,都具有重要的推广应用价值。

文章发表于《现代涂料与涂装》2018年2月,转载仅为科学普及和知识分享,如有侵权请联系管理员进行删除。

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