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水性漆在工程机械涂装工艺设计中的应用分析

2021-07-07 来源:茂名机械信息网

水性漆在工程机械涂装工艺设计中的应用分析

1. 工程机械涂装1.1 工程机械涂装质量要求工程机械包括挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、路面机械、桩工程机械、工业搬运机械等大类。工程机械产品要求涂膜具有优良的防腐蚀性能、较好的装饰性、良好的机械性能、耐候性。国内某大型工程机械对漆膜主要性能要求如表1所示中国机械网okmao.com。

表1 工程机械漆膜主要指标

Table 1 Key indicator of paint film of engineering machinery

目前大多数厂家提供的水性涂料面漆的光泽比油性漆略低,一般在88~90(60°光泽)和83~85(20°光泽),能够满足工程机械的基本要求。

1.2 工程机械产品涂装特点(1)工程机械产品大多是以结构件中厚板为主,外形尺寸大,质量高,品种多。生产线的纲领一般以小批量为主,故生产节拍较慢。

(2)工件表面有油污、氧化皮或锈迹,需要在涂装前进行除锈、除油等处理。

(3)工程机械涂装结构件产品尺寸差异大,多采用低温烘烤漆或自干漆。

(4)采用混线生产,人工喷涂作业方式,输送设备以自行葫芦或重型积放链为主.

(5)目前主要工艺是采用零部件涂装、整机补漆的工艺。

1.3工程机械产品涂装工艺

我国工程机械行业至今还是以20世纪80年代传统的(底漆+二道面漆)的三涂层体系为主。该工艺方案成熟,施工方便。

目前典型的结构件涂装工艺流程为:上件→自动抛丸除锈或喷丸→人工清理→喷底漆→流平→底漆烘干→底漆强冷→局部刮腻子→干燥→腻子打磨→吹净→喷中涂漆(需要时)→喷面漆→流平→烘干→强冷→下件。

表2为目前常用溶剂型漆。

表2 工程机械常用配套油漆类别

Table 2 The category of matching paint of engineering machinery

由于工程机械涂装基本是以溶剂型漆为主,生产工艺落后,且缺乏有效治污技术,对环境造成不利影响,因此如何提高产品涂装质量,降低成本,同时符合国家环保、节能、消防及职业卫生的要求成为工程机械涂装发展的重点方向。

2. 水性漆在工程机械涂装行业的应用根据相关法律法规规定的VOC排放要求及工程机械产品涂装过程排放典型值如表3所示(按照膜厚100 μm,底漆固含量约55%、面漆固含量约45%,通风量按15~20万m3/h计算)。

表3 VOC排放要求及工程机械产品涂装过程排放典型值

Table 3. VOC requirement and typical value during coating process of engineering machinery product

从表3可以看出,在未经处理的情况下,使用水性涂料(平均VOC含量≤120 g/L)能达到规定的排放要求。

以年用量300 t的工程机械生产厂家为基数,进一步从用户比较关注的成本方面进行分析,数据如表4所示。

表4 工程机械涂装油性漆与水性漆成本分析

Table 4. Cost analysis of water-based paint and solvent-based paint applying in engineering machinery products

水性漆在工程机械行业对涂层的耐候性、耐腐蚀性、装饰性、机械性能等要求及涂装作业环境要求普遍低于汽车行业,因此容易实现全水性漆的生产。

下面以本公司在工程机械行业中使用水性漆的实例进行说明。

3. 项目实例分析3.1 项目介绍本项目承担5000台随车起重运输车(直臂、折臂起重机)、高空作业车、清障车、其他类似产品等结构件(含主梁、转台、吊臂、活动支腿等)的喷抛丸前处理、底漆、刮腻子、打磨、中涂/面漆、套色等防护装饰性涂装任务。生产线布置如图1所示。

图1本项目涂装生产线平面布置图

Fig 1. The coating process layout of this project.

3.2 节拍计算年生产挂数:15 000挂;

生产班制:二班,全年工作300 d;

设备年时基数:4560 h;

生产节拍=设备年时基数/年生产挂数=4560×60 min/15 000挂=18.24 min/挂

3.3 本项目水性漆的工艺流程及要点3.3.1水性漆的工艺流程

上件→喷/抛丸处理→清理→脱脂处理→水洗→吹干→水分烘干→喷涂水性底漆→流平→闪干→底漆烘干→底漆强冷→“湿碰湿”两道水性面漆→流平→闪干→喷涂水性罩光漆→流平→烘干→强冷→下件

3.3.1水性漆的施工工艺要点

⑴前处理工艺

水性漆涂装对工件前处理质量要求略高于油性漆,除锈等级≥Sa2.5,同时工件表面应无油,故前处理采用喷/抛丸除锈处理和脱脂、水洗等工艺,并进行水分烘干,以保证工件表面前处理质量。

⑵喷涂工艺

喷涂采用底漆、面漆全水性漆的工艺,底、面漆喷涂均在水旋式喷漆室内完成,漆雾去除率达到99.7%。采用高压混气静电喷枪和高压无气加空气辅助喷涂方式,每次喷涂成膜厚度不大于50 μm,既提高着漆率,又利于提高漆膜表面质量;此外严格控制喷漆室的温度保持10~35 ℃,湿度保持50%~75%,以保水性漆的喷涂质量。

⑶闪干及烘干工艺

每次喷涂后设置闪干工序,确保大量挥发出来的水分能够及时地排出,确保漆膜良好的外观光泽;闪干工序之后设置烘干工序,彻底干燥漆膜。

⑷输送工艺

本次自制件涂装线设计根据结构件产品涂装的多样性,将前处理线与喷漆线设置为一条三行程或四行程的环形强制流水生产线,充分利用自行葫芦线输送。总装后不再进行整机涂装,只对工件上少量损伤部位进行补漆。

图2水性漆在大型电动平板车产品上的应用实例图

Fig 2. Application example of water-based paint in large fast-p product.

3.4 与水性漆配套的涂装工艺及设备要求3.4.1 除锈

采用通过式自动抛丸除锈的方式,尽可能均匀彻底地抛射除锈。除锈等级为Sa2.5级。另设置人工清理室,利用压缩空气将工件表面的氧化皮、砂粒、粉尘吹清,达到要求的工件表面清洁度。

3.4.2 除油

在水性漆涂装环节里,由于水的表面张力较高,工件表面残余的油污容易造成跑油,因此对前处理质量要求高于传统的溶剂型涂料,必须对工件进行较为彻底的除油除锈,必要的时候进行表调处理,使工件有形成完整水性涂膜的基础。

采用全喷淋工艺, 45~55 ℃脱脂液、常温水洗对工件进行喷淋,喷淋压力0.2~0.3 MPa。涉及的设备有室体、滴水区、喷淋槽、喷淋泵、油水分离装置、过滤装置、换热系统及喷嘴、阀门、相应的管道等。

3.4.3 喷漆

在喷漆室中喷涂水性漆时,水从液态变成水蒸气其体积膨胀1 244倍,使喷漆室中的湿度瞬间升高,当湿度达到90%以上或低温下水的挥发速度明显降低,涂膜容易产生流挂,影响涂装质量,因此需要对环境条件进行控制。控制温度在10~35 ℃,相对湿度在50%~75%较为适宜。

喷漆过程中需保障良好的通风,使涂装过程中产生的水汽及时排走。在北方寒冷低温地区最好具备加热送风的条件,使环境的温度不会过低,可投入空调设备,保证喷漆室温度在15~28 ℃,湿度在(50±10)%的条件,这是水性漆最佳的涂装条件,但设备投入及运行成本太大,企业一般不考虑此条件。

根据不同的环境条件,对使用的水性涂料施工参数进行调整,是保证工件涂装质量不产生弊病的有效辅助措施。

喷漆室室体材料:由于水性漆以水作为稀释剂,而水挥发形成的湿气容易导致钢板或镀锌板的腐蚀,因此喷漆室及循环水处理系统等最好采用不锈钢板材或渗铝板。

3.4.4 闪干

在喷涂过程中,水性漆的漆雾在到达基材之前,漆雾液滴中的挥发分主要是水,其挥发量比溶剂型涂料的挥发明显要少(一般20%~30%,溶剂型可达50%~60%),因此,水性漆湿膜中大量的水会在后续的干燥过程中挥发出来。

为防止含有大量水分的湿漆膜(水性底色漆中水的含量约为63%)在水分蒸发前进入烘干炉,造成湿膜流坠、起泡等弊病。因此在进入加热烘干工序之前,应该设置闪干工序。闪干工序可使湿膜中的绝大部分水分挥发出来,一般挥发率可达95%~98%。

闪干工序要有较好的通风条件,温度一般不超过45 ℃,时间为10~15 min。如果涂层较厚,闪干时间需适当延长,否则涂层内水分和溶剂没有及时挥发出来,经高温烘烤后容易出现针孔、痱子等漆膜缺陷。

闪干室通常也要采取防腐措施,用不锈钢或渗铝板制作。

3.4.5 烘干

烘干工序在生产线设置有闪干工序的情况下,后续烘干与溶剂型涂料的差异不大,只是水性漆的烘干时间要略长,烘烤温度也略低,一般不超过80 ℃,时间以30 min为佳。

室体材料:与喷漆室类似,最好采用不锈钢制成。

3.5 水性漆与粉末涂料在工程机械行业的优势对比(1)工程机械行业的结构件以中厚板为主,目前油漆均采用低温烘干漆(60~80 ℃),若采用粉末喷涂,则烘烤温度至少在140 ℃以上,能耗高;而采用低温的水性漆,则容易实现。

(2)工程机械产品以小批量生产为主,生产节拍较慢,其涂装线比较适合采用程控自行葫芦输送,方便灵活; 而自行葫芦不能承受100 ℃以上的高温烘烤,否则葫芦电机及电气元件容易损坏。只有当工程机械批量较大时,方可采用积放链输送, 因而限制了粉末喷涂的应用范围。

(3)粉末涂料施工时换色时间较长,因此其应用有一定的局限性。而水性漆和溶剂型漆一样,换色时间短。

4 结语(1)在工程机械行业的涂装线上使用低VOC的水性涂料,可以满足尾气直排标准,与溶剂型涂料相比,减排量可达80%~90%。

(2)在涂装工艺方面,对原有的溶剂型涂料涂装线进行局部的设备改造,即可满足水性漆的使用要求,满足工程机械行业的涂层质量要求。

(3)当前,水性漆在工程机械行业的应用还处于前期的推广阶段,需要面对传统涂装线的更新、水性漆施工条件及对环境因素敏感度更高等问题,但按日益严格的环保要求,水性漆在综合使用成本上要略低于传统的溶剂型涂料。

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