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工程机械行业粉末涂装的工艺可行性!

日期：2023-08-25 20:18:02 来源：网络整理作者：本站编辑浏览：15 评论：0

引言

粉末涂装俗称喷粉，起始于20世纪30年代后期。自从1952年德国发明粉末涂料的流化床浸涂法以后，在管道、电绝缘和防腐方面的应用有了较快的发展。

1966年美国颁布限制涂料中有机溶剂对空气污染的“66法规”以后，粉末涂料与涂装以其省资源、低污染的特点引起世界各同行的关注。

在严格的环保法规推动下，粉末涂料像其他绿色涂料一样，在全球得到迅速发展。随着粉末涂料新产品及新技术的开发，粉末涂料与涂装的应用领域不断得到拓展。

现今粉末涂料与涂装技术已经在机械零件和轻工产品的涂饰与保护领域占有相当的地位，那粉末涂料与涂装在工程机械行业发展前景又是怎样呢。

1、粉末涂装简介

粉末涂料的主要涂装方法有:火焰喷射、流化床浸涂法、静电流化床浸涂法、静电粉末喷涂法和粉末电泳法等。其中粉末静电喷涂工艺是粉末涂装中目前发展最快的一种重要施工工艺。

静电粉末喷涂设备是1962年由法国SAMES公司开发研究成功，随着新型粉末涂料的出现，静电粉末喷涂法在粉末涂料施工中的地位越来越显著。

1.1 静电粉末喷涂工艺原理

静电粉末喷涂的工艺原理与液态涂料的静电涂装工艺原理基本相同。在接地的金属工件和喷枪电极之间施加了高压直流电（30-90kV）。

在压缩空气作用下粉末涂料于喷枪喷出分散至空气中，粉末粒子与喷枪电极电晕放电形成电场而产生电离的空气粒子相碰撞，形成带电粉末粒子，吸附在接地的金属工件表面。

由于粉末涂料的体积电阻较高，被吸附在工件上的粉末粒子释放电荷速度较慢，从而带电粉末粒子不断地吸附在工件表面，直到绝缘破坏不再增加膜层厚度。再经过高温烘烤流平固化，粉层流平成为均匀的膜层。

1.2. 静电粉末喷涂工艺特点

与传统溶剂型涂料喷涂工艺相比，静电粉末喷涂工艺具有以下优点：

1）粉末涂料不含有机溶剂和水，有机溶剂挥发物(VOC)等于零，既节省大量资源又避免了光化学反应和毒性所造成的大气污染、废水处理等问题，是符合环境保护要求的比较理想的涂料品种。

2）避免了有机溶剂对操作人员健康的危害及生产、贮存和运输中存在的火灾危险等问题。

3）在粉末涂装中，粉末涂料在封闭的体系中循环，喷溢的粉末涂料可以回收再用，节省了资源。涂料的利用率可达到95％以上，甚至可达99％。

4）在粉末涂装中，涂膜厚度容易控制，一次涂装厚度可达30～500μm (被涂物冷喷时，涂膜厚度100μm以下，被涂物预热喷涂时可达500 μ m)，相当于溶剂型涂料涂几道至十几道的厚度，可以减少涂装次数，提高劳动生产率，节约能耗，节省每道涂装之间的工件堆放等待的场地。

5）粉末涂料用树脂的分子量比溶剂型涂料大，因此涂膜的物理机械性能和耐化学介质等性能，比溶剂型涂料好。

6）粉末涂装不需要很熟练的操作技术，容易掌握，涂膜厚涂时也不容易产生流挂等弊病，容易实施自动化流水线喷涂。

7）涂料是粉末状态，不需要像溶剂型涂料那样，随季节调节粘度，也不需要喷涂后放置一段时间，使溶剂挥发后再进行烘干，可以节省涂装时间。

8）现今的粉末涂料涂装能带来高质量的表面，不用进行底涂，就能与金属零件形成很强的结合力，同时粉末涂装具有很优良的防腐、耐热、耐冲击和耐磨性，色泽的选择范围也非常宽，光泽高的、光泽低的、金属色的或是透明的涂层都有。

2、静电粉末涂装工艺在工程机械行业应用的可行性

2.1技术可行性分析

1)粉末涂料涂着效率低在静电粉末涂装中粉末涂料对被涂工件的涂着效率取决于工件的形状和大小、粉末涂料的特性及粉末喷涂设备的机型等。工程机械产品零部件结构复杂，特别是车架箱体、内表面太多，太复杂，影响上粉效果（存在法拉第效应）。

2）供气系统要求高粉末涂料表面状态的变化会使电性能和流动性发生变化，影响使用效果，而在粉末静电喷涂过程中粉末涂料总要和加压空气相接触，因此应重视所使用的压缩空气净化方法和净化质量，避免粉末涂料受其中湿度、油、硅油等的污染。

3）喷涂环境较为苛刻

①喷房保持洁净喷房需要保持平稳的空气流动，保持清洁，喷房内的粉尘含量低于爆炸极限（一般定为10g/m3）。

②温、湿度控制严格当温度在20 ℃～30℃、、湿度在60%～80%时粉末涂料的涂着效率较好，而且涂膜较厚。当温度在10 ℃以下时涂着效率较低，而且涂膜较薄。

为了提高涂着效率，必须控制好涂装的环境，当涂装的环境温度分别为15 ℃、20 ℃、35℃时，其适宜的相对湿度分别为60%～80%，40%～60%，25%～40%[3]。

4）涂装设备专用由于涂装设备和烘烤温度等问题，粉末涂料的涂装设备跟一般涂料不同，不能直接使用一般涂料的涂装设备，用户需要安装新的涂装设备和粉末涂料回收设备。

例如：喷粉室需安装粉末回收装置，以提高粉末涂料的利用率；喷粉室要利于清洗，使粉末不易在屋中沉积，以便于改变粉末的颜色（如图2）。

5）回收粉末提高涂料利用率，但粉末性能受影响
实际生产中粉末喷涂的粉末附着效率仅有35%～35%，并随着工件的大小、形状、涂料特性和涂装条件而变化，即60 %～65%的粉末涂料喷溢物都需依赖回收装置进行回收。

但由于回收粉末的粒度分布、电性能同原来粉末涂料不完全一样，因此回收粉末的性能总不如原始的粉末，也难免混进一些灰尘和杂质。所以粉末涂料在回收后，须处理后方可重新使用。

6）容易造成涂料浪费静电粉末涂料的厚涂比较容易，一般为50～100μm，但很难薄涂到15～30μm的厚度，造成功能过剩，浪费了物料。

7）前处理要求较高粉末涂层由于一道涂膜厚，涂膜内部的收缩应力大，易造成脱落。故在涂装前要强化表面处理来保证粉末涂层的附着力。

钢铁件可采用抛丸粗化和磷化处理来保证粉末涂层的附着力。抛丸是为使涂层产生“锚着”的强制附着，磷化处理是为了除掉工件表面的油污、灰尘、锈迹，并在工件表面生成一层抗腐蚀且能够增加喷涂涂层附着力的“磷化层”。

一般粉末静电喷涂工艺的前处理流程如下:

抛丸——清理——预脱脂——脱脂——水洗Ⅰ——新鲜水直冲——表调——磷化——水洗Ⅱ——水洗Ⅲ——新鲜水直喷——脱水烘干。

8）死角不易喷涂粉末喷涂时，死角处不易喷涂到，需提前补涂或之后补涂液体涂料。而工程机械产品零部件结构复杂，特别是车架、转台结构很复杂，死角处很多，导致补涂工作量很大。

9）换色比较困难粉末涂料涂装的一个主要缺点即为换色困难。粉末涂料施工中，如果粉末涂料中混进其他颜色的粉末时，就不会像溶剂涂料那样完全混溶，而是成为斑点留下来，当粉末涂料混进0.1%不同颜色的粉末时就会引起明显的污染。

在溶剂型涂料中，仅需用溶剂冲洗喷枪就可以方便地换色。而粉末涂装过程中残留在喷粉室和回收系统的各个部位的粉末涂料的清理比较困难，且每换一次颜色，就得对整个系统进行清洗、相当麻烦。

目前快速换色没备的喷粉室换色操作在15-30min分钟内完成。喷涂起重机产品零部件，需要不时换色，这对产量较大的零部件涂装线来说，会成为生产瓶颈。

10）涂膜固化温度高，加热时间长环氧树脂粉末涂料用树脂的软化点一般要求在85～95℃为宜，用熔融法制造粉末涂料时，熔融混合温度要高于树脂软化点，而施工时的烘烤温度又要比制造时的温度高，粉末涂料的烘烤温度比一般涂料高得多。

一般将喷涂好的工件推入固化炉（如图3），加热到预定的温度（一般185度），并保温相应的时间（15分钟）。

11）局部找补困难因工程机械行业产品零部件喷涂后大部分都需要进行装配、调试，漆膜磕碰划伤在所难免。

如零部件不能实现免喷，整机需要重新喷涂，会出现层间配套问题，层间附着力无法保证；如能实现免喷，局部修补需用溶剂涂料，因色差等原因容易形成“光圈”，很难达到外观要求。

12）粉末涂料贮存困难贮存和运输贮存在低于30℃、通风、干燥、清洁的室内，不得靠近火源、暖气，避免阳光直射，产品在运输时，应防止雨淋、日光爆晒。

综上，静电粉末喷涂工艺在工程机械行业中的应用有一定的技术难度。

2.2经济可行性分析

1）设备投资费用比较（以22m*6m*5m喷房为例分析）

项目内容	粉末涂装设备22m6m5m			油漆涂装设备
项目内容	喷房设备	红外固化炉	燃气热风炉	喷房设备	燃气热风炉
投资费用/万元	250	130	80	200	80*2
合计/万元	460			360

2）静电涂装经费分析比较

涂料品种项目	粉末	溶剂漆
涂料品种项目	粉末	环氧漆	聚氨酯中涂
涂料价格（元/kg）	23	36	41
稀释剂价格（元/kg）	—	19.5	15
涂料固体含量（%）	100	60	60
涂料损失（%）	5	20	20
涂层厚度（μm）	70	70	60
涂料需用量（kg）	4.2	8.3	7.1
稀释剂用量（kg）	—	3.32	2.84
涂装费用（元）	97	364	334
备注：以上结果按典型产品基本臂（喷涂面积约25m2）估算

3）喷、烘设备运行成本比较①喷粉与喷漆设备运行成本比较（以典型产品基本臂计算）

项目内容	喷粉设备	喷漆设备
项目内容	送、排风机	送、排风机	污水处理设备	废气处理设备
运行成本/元	7.5	37.5	12.5	7.5
合计/元	7.5	57.5
备注：喷粉设备：按送排风功率30kw，喷涂时间15min估算。喷漆设备：按送排风功率按150kw、污水处理设备功率50kw、废气处理设备功率30kw、喷涂时间15min估算。

②粉末涂装、油漆涂装加热设备运行成本比较（以典型产品基本臂计算）粉末涂料的烘烤温度比一般涂料高得多。一般需要先加热到预定的温度，即红外预固化，并使用燃气热风炉保温相应的时间（一般15min）。

项目内容	喷粉设备	喷漆设备
项目内容	红外固化+燃气热风炉	燃油热风炉	燃气热风炉
运行成本/元	275+67	51	26
合计/元	342	51	26
备注：油漆烘干设备：燃气、燃油热风炉均按烘干时间15min，热效率分别95%、77%估算。粉末固化设备：喷粉红外固化炉按装机功率1100kw，固化时间15min估算；燃气热风炉按加热温度180℃，保温时间15min估算。

以典型产品基本臂估算，粉末涂装的喷、烘设备运行成本共约350元，油漆涂装的喷、烘设备运行成本约109元（燃油热风炉）、84元（燃气热风炉）。

综上，静电粉末涂装与传统溶剂型涂料喷涂工艺相比，涂装经费低，但设备投资大，喷、烘设备运行成本高。

3、结语

由于工程机械零部件尺寸较大，粉末涂装设备投资较大，运行成本高、粉末涂料品种不全、粉末涂装技术限制等多方面原因，使得粉末涂装技术在工程机械行业的应用还很少。

但随着粉末涂料新产品及新技术的开发，粉末涂料与涂装的应用领域将不断扩大，粉末涂料与涂装在工程机械行业的发展会越来越受到关注。

END

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