产业白皮书小课堂 | 第10期:粉末涂装整装喷涂线工艺技术发展趋势

粉末涂料喷涂过程中容易出现基材上粉量不足（过多）、涂膜分布不均等问题，多是由于基材与喷枪距离不合适、喷粉时间控制不当、喷涂操作不当、手工喷涂经验不足等原因造成的。突出的问题在于涂装的控制与涂层质量并没有建立起数据化的对应关系，并且涂层所需控制通常需要在工艺完成后才能测试。如涂层的厚度，一般需要在固化后才能精确测定。虽然有在粉末固化前测量涂层厚度的技术出现，但由于还是点对点的测定，不能全面地评估一个零件表面的状况，实际评估效果很差。如何摆脱粉末喷涂过多依赖于经验和诀窍（Know-How）是工艺进步的关键。

伴随着喷涂工艺的不断发展和完善，喷涂设备技术的改革也时刻在进行。粉末涂料整装喷涂线的出现避免因人工操作原因造成的问题，实现精益化生产，有效提高生产效率，保证喷涂质量。同时，粉末涂料整装喷涂线可以减少粉尘、化学溶剂等影响工人健康。粉末涂料整装喷涂线主要工艺流程包括：前处理、粉末喷涂以及固化。

图：铝质材料的粉末涂料整装喷涂线工艺流程

2023年国内专业的粉末喷涂线制造商中：中山市君禾机电设备有限公司、中国联合工程有限公司（二院）、苏州柳溪机电工程有限公司、广州泽亨实业有限公司、浙江华立智能装备股份有限公司为TOP5供应商。

目前，工业中使用最多喷涂线为的静电粉末涂料喷涂线，静电粉末自动喷涂产线的工艺过程及设备主要包括：输送系统、前处理系统（化学溶液）、水分烘干系统、粉末喷涂及回收系统、固化系统。

图：静电粉末涂料喷涂生产线示意图

输送系统主要包括输送链和挂具等。大型自动化喷涂生产线通常采用悬挂输送链较多，直接将工件送到喷涂室，喷涂完成后直接送到固化炉内，操作工人只负责挂货、卸货。较为常见是单轨链，整个工艺是直接串联后逐一输送的。对于多种涂装或不同吊挂输送方式将采用积放链的工艺方式。

前处理系统有自动喷淋和自动浸渍两种工艺，工业生产中主要使用自动喷淋工艺对基材进行除油、除锈和钝化处理，在进入喷粉系统前，还需要去除基材表面水分，一般使用烘箱或烘道进行水分烘干。

粉末喷涂系统，喷枪与基材的距离保持在120—200mm之间，并与喷涂面保持垂直，根据不同基材选择不同的喷粉扩散体固定于枪头上，达到雾化均匀。通过喷枪的电源开关来操作喷枪的开启，调节静电的高低, 通过调节喷枪的气流开关来控制出粉量。在具备自动喷涂的系统中，将采用往复机来实现单向喷涂或两维升降自动控制喷涂。该部分运动还可连锁到工件识别系统来实现全自动喷涂，目前已实现了机械手取代人工喷涂的实际喷涂。

过滤回收系统中的回收装置一般有两种。一种是双级回收系统，由一级旋风式回收+二级过滤器组成。通过旋风除尘器回收，在底部留下粉末颗粒度大于10-12μm以上的回收粉，把含细粉的空气排入二次回收装置。二次回收装置由滤芯和反吹装置组成，把空气通过滤袋壁排出，回收粉末留在滤袋底部。该类回收容易将适于回收在用的粉末分离出来并返回供粉系统，易于换色。另一种是只采用滤芯作为回收过滤的装置。将含粉空气抽到滤芯上，抽走空气留下回收粉。间隔一定时间靠反脉冲装置形成气流反吹，使吸附于滤芯上的粉末震落到喷室中。该类装置适合于单色粉末喷涂，并由于所有粉末均存在于一个回收系统中，无法分离细粉，将导致细粉太多而影响上粉，只能丢弃系统中的回收粉。

固化系统内包含自动控温装置及通风装置，通过调节热源的开关，如燃气、燃油的燃烧装置。将严格控制固化温度和时间，防止色差、过烘或时间过短造成固化不足。目前工业中固化炉中广泛燃油、燃气加热。对于一些特定产品（网片类零件、MDF）或特别用途（铝材立式线的粉末熔融）使用红外线或远红外线加温。

红外系统无需接触介质即可传递热量，是利用电磁波在材料本身产生热量。红外辐射器的最大传热能力为1MW/m2。红外线加热在几秒钟内就能响应，特别是短波石英红外辐射器或碳中波外辐射器。这使得红外加热烘箱可以根据新产品工艺要求快速调整并响应。粉末能很好地吸收红外线，并迅速升温，所以粉末的融化速度会比在热风炉中快得多。同时，由于没有空气流动，因此不存在灰尘污染的风险，粉末也不会受到湍流影响或从产品中移位。快速熔融可提高涂层质量和生产速度。尽管现有热风炉加热也很可靠，如果遇到复杂的工件，希望干燥，那么热风和红外辐射组合加热方式更为有效。埃赛力达特种光源多年来一直致力于开发和制造用于工业应用的红外加热系统，以优化客户应用为导向，通过红外测试方式与客户一起进行评估和讨论，确定应用的更佳方案，对干燥或固化过程进行微调跟踪，以精确有效地满足要求为目的，提供更佳的红外加热设计方案。

未来随着环保政策推动产业升级，粉末涂料整装喷涂线取代人工喷涂，成为粉末涂料喷涂的主要方法。目前粉末涂料整装喷涂线中存在的痛点也将成为未来粉末涂料整装喷涂线工艺主要改进方向。

目前粉末涂料整装喷涂线工艺存在的痛点之一是粉末涂料生产与涂装中，更换颜色和品种麻烦且费时。为了缩短换色和粉末涂料树脂品种，开发了包装箱直接供粉装置，不仅可以自动清扫包装箱，而且还可以清扫供粉管，但这种装置只适用于手工喷涂，还不适用于自动化流水线涂装生产。另外还有工厂研究开发了快速自动清扫喷粉室的装置，整个喷涂系统可以全自动操作，换色和换粉末涂料树脂品种时间短，全过程在10~15min内完成，此装置可以解决换色品种较少，换色频率不高，换色品种之间色差不大场景下的品种更换问题，但在对于换色品种比较频繁，色差较大的喷涂线还不适用。未来适用场景更广的自动化流水线涂装产线的更换粉末涂料颜色和品种设备将是粉末涂料整装喷涂线工艺研究重点之一。