粉末涂料在工程机械的应用

王坤发¹,顾广新¹,王帅²,寇向阳²,赵宏²,肖建²,方瑶婧³

（1．复旦大学，上海200433； 2.徐工集团，徐州 221004；3.佐敦涂料有限公司,上海200010）

摘要：随着人们环保意识的日益提升,对工程机械的涂装提出了更高的要求。粉末涂料具有低污染、涂装效率高、经济效益高等特点,使其在工程机械涂料领域得到了发展。根据工程机械零部件的特点,对薄板件、结构件、小件分别使用粉末涂装工艺进行了可行性分析,总结了粉末涂料在工程机械不同零部件上应用的特点。

关键词：工程机械 粉末涂装 薄板件

DOI： 10.3969/j.issn.1007-9548.2013.05.008

0 引言

随着人们对环保的认识日益提高，国家法律法规对环保的要求也越来越严格，一些污染的涂装工艺逐渐受到了限制。在这种条件下，为了最大限度降低对环境的污染，对工程机械行业所用涂料及涂装工艺提出了更高的要求。由于粉末涂料与传统溶剂型涂料相比，更具有经济性和环保性。近年来，随着粉末涂料新产品和新技术的不断开发，使其在工程机械领域得到了发展。据统计，从2003-2011年国内粉末涂料产量的复合增长率高达20%，在未来的几年内，粉末涂料的年平均增长率至少达到15%^[1]。

本文以某厂粉末涂装线为例，详细分析了粉末涂装技术在工程机械领域中的应用。根据工程机械零部件的特点，可将工程机械涂装分为：薄板件涂装、结构件涂装和小件涂装。文章将围绕粉末涂装技术在工程机械三大零部件中的应用进行讨论，总结分析粉末涂装技术在不同零部件应用的特点及所面临的问题。

1、粉末涂装技术

1.1粉末涂装的应用现状

粉末涂料具有低污染、涂装效率高、涂膜性能好、经济效益高等特点，使其在工程机械涂装中所占有的比例逐年递增。近年来，诸多大型工程机械制造厂商纷纷投入巨资建立起粉末涂装线，使其涂装运行成本得到降低，而小型工程机械制造商由于粉末涂装线一次性投资大，很少建立粉末涂装线。目前，粉末涂装技术在工程机械的应用主要集中在薄板件涂装和小件涂装上，如驾驶室、机罩、爬梯、台架等；而在结构件涂装上使用粉末涂装技术的例子仍然较少，虽然国内也有结构件粉末涂装线，但其运行中仍然存在较多问题，主要是结构复杂导致烘烤不均匀，能耗较大，综合运行成本较贵。为了提高粉末涂装的效率及质量，并考虑到工程机械零部件结构的复杂性，工程机械粉末涂装线主要采用了往复式自动喷粉及手动喷粉相结合进行涂装。此外，粉末在应用过程中也存在一些不足之处。例如换色困难、烘烤温度高、局部找补困难、施工环境要求高、漆膜外观桔皮较严重等。

1.2静电粉末涂装的原理

粉末涂料具有多种涂装方式，其中静电粉末喷涂工艺是目前粉末涂装中发展最快的一种重要施工工艺，也是工程机械最普遍的粉末涂装工艺。静电粉末喷涂的原理：粉末静电喷枪与高压静电发生器相连，当喷枪电极接通高压静电后，与工件正极之间产生高压静电场，并在枪口处形成电晕放电。当粉末涂料由净化的空气从供粉器输送至喷枪，并由喷枪喷出时，雾化的粉末在电晕放电区捕获负电荷成为带电微粒，并在气流和电场作用下沿着电场力的方向飞向工件表面，按工件表面电力线分布密度涂布排列，由库仑静电引力的作用而紧紧吸附在工件表面；涂膜达到一定厚度后经加热熔融、流平固化而成为均匀平整光滑的涂层[2]。

2 粉末涂料在薄板件上的应用

工程机械薄板件的防腐涂装包括前处理和涂装两部分，一般都采用磷化电泳工艺，再进行粉末涂装或溶剂型涂料涂装。驾驶室和机罩是工程机械典型的薄板件，此类零部件本身的板材厚度一般小于5mm，在高温固化炉内升温快，板材烘烤温度均匀，有利于粉末涂装。

工程机械中薄板件的粉末涂装工艺如下：

上件→预脱脂→脱脂→水洗→水洗→表调→磷化→水洗→水洗→纯水洗→阴极电泳→超滤→超滤→纯水洗→沥水→高温固化→强冷→检查/打磨→打胶/贴胶带→自动喷粉→手动补喷→高温固化→强冷→下件。

薄板件粉末涂装的特点：

①“白件”质量要求高。工程机械中薄板件主要是驾驶室和覆盖件，外观质量要求相当高，但粉末涂装一般不采用批腻子打磨工艺，因此要求“白件”表面平整度要好，无缺陷。这样薄板件的粉末涂装只适合大型工程机械厂家的批量生产，薄板件的生产必须采用模具冲压，并且选用的板材质量要好。

②采用机器喷涂和人工喷涂相结合的方式涂装。由于某些薄板件结构相对复杂，特别是驾驶室，完全依赖机器喷涂不能达到某些部位，特别是一些边角、空洞和内表面，因此需要人工补喷。人工涂装可以放在机器喷涂之前，也可在机器涂装之后，各有优缺点。人工补喷在机器喷涂之后，可以防止漏喷，但容易带来人为失误，碰到已喷好的粉末涂层表面，由于涂层还没有固化，难以修补，影响最终的外观。人工补喷在机器喷涂之前可以避免上述的人为失误，但是也容易产生漏喷。

③烘烤采用燃气或燃油加热，不需要红外预加热。薄板件由于所采用的板材较薄，温度上升快而且均匀，通过热风循环加热就可以满足粉末涂料的固化要求。

④一些配套的辅料及屏蔽物必须具有耐高温性能。粉末涂料固化温度高，必须使用耐高温性能的密封胶等辅料。另外确实需要腻子找平的地方，所选用的腻子必须是导电的高温特殊腻子。

⑤在粉末涂料上进行套色工艺比较复杂，比较适合单一色彩薄板件的涂装。目前一般采用溶剂型涂料在固化好的粉末涂层上进行套色，由于粉末涂料与溶剂型涂料的附着力较差，需经过二次烘烤才能提高附着力。对于小面积的套色可以采用贴膜工艺进行替代，但需要考察胶带对粉末涂层的长久附着力，必要时需要做加速老化试验。

⑥成品保护。由于粉末涂料至今为止还没有非常成熟的修补材料及修补工艺，因此薄板件的储运、装配、调试和入库等均需要做好成品保护。

⑦薄板件采用粉末涂装比溶剂型涂料涂装的综合运行费用低。虽然粉末涂装烘烤能耗比溶剂型涂装高，但粉末涂料利用率高，节约涂料成本。另外喷粉室的送、排风风机功率较溶剂型涂料涂装的喷漆室小，而且可以避免使用漆雾絮凝剂以及污水和废气处理产生的费用。

表1是以某厂新建薄板件粉末涂装线和先前的溶剂型涂料涂装线在运行过程中的涂料成本对比分析。由于粉末涂料的利用率比溶剂型涂料要高，采用粉末涂装的涂料成本远低于溶剂型涂料。同一型号产品的薄板件采用粉末涂装相对于溶剂型涂料涂装可以节约涂料成本209元/台。

溶剂型涂料涂装采用60-80℃的低温固化，固化时间30min，而粉末涂装需要180℃高温固化，固化时间40min。表2是粉末涂装与溶剂型涂料涂装烘烤固化成本的对比，对某型号的薄板件采用粉末涂装相对于溶剂型涂料涂装增加烘烤固化成本81元/台。

从涂料成本和烘烤能耗费用的统计成本来看，薄板件采用粉末涂装工艺的生产成本低于溶剂型涂料涂装工艺，每平方米的涂装成本可节省5元。

3、粉末涂料在结构件上的应用

工程机械结构件主要是采用厚钢板或铸锻件焊接成型，结构件的尺寸较大，粉末涂装的前处理方式与薄板件有一定差别。

结构件粉末涂装工艺如下：

除油→屏蔽→上件→抛丸→清理→脱脂→水洗→水洗→表调→磷化→水洗→热水洗→自动吹水→手动吹水→烘干→强冷→喷粉→高温固化→强冷→下件。

在工程机械结构件涂装中，粉末涂装工艺与溶剂型涂料涂装工艺相比，具有以下特点：

①前处理工艺不同。粉末涂装对工件表面要求高，不能有油脂和粉尘，否则会影响附着力，因此粉末涂装的前处理在抛丸后还必须进行脱脂磷化处理，确保工件表面清洁；而溶剂型涂料涂装工艺对油脂和粉尘容忍相对高一些，抛丸后经人工清理即可直接进行底漆涂装。

②粉末涂装一般采用单一涂层，而溶剂型涂料涂装采用双涂层。目前对于工程机械结构件的粉末涂装普遍采用聚酯粉末涂料，但其防腐性能比采用环氧底漆和聚氨酯面漆配套的涂层体系略差一些。

③粉末涂装效率高。在采用粉末涂装中，可通过调整工艺参数，一道涂装即可达到规定膜厚要求，而采用溶剂型涂料一般需要喷涂两道以上才能达到规定膜厚。

④粉末涂装采用静电喷涂，由于结构件的构造比较复杂，存在一些凹槽部位，法拉第效应的存在影响了粉末涂料的上粉末效果，造成部分区域漏喷或薄喷；而溶剂型涂料可采用预涂工艺解决上述问题。

⑤粉末涂装需要考虑结构件的板材厚度及钢板的吸热性^[3]。由于结构件的板材较厚，导致工件表面温度上升速度慢，需要加热时间长。为了缩短加热时间，一般采用红外预热和热风炉循环加热相结合的方式，能耗比溶剂型涂料烘烤大很多。另外，结构件较庞大且复杂，容易造成工件表面温度分布不均匀，可能出现工件外侧区域温度已经超过固化温度要求，而工件内侧温度却仍未达到粉末涂料的固化要求，因此粉末涂装只适合应用于比较简单的结构件。

⑥强冷时间长。由于粉末涂料出炉的温度高，需要较长的强冷时间，不利于生产节拍的加快和产能的提高。

表3是某厂结构件新建粉末涂装线和先前的溶剂型涂料涂装线在运行过程中的涂料成本对比分析。同一型号产品的结构件采用粉末涂装相对于溶剂型涂料涂装可以节约涂料成本232元。

粉末涂料在烘烤过程中使用红外加热技术对结构件进行预加热，再使用燃气热风循环炉进行加热。表4是粉末涂装与溶剂型涂料涂装加热设备运行成本的对比，采用粉末涂装相对于溶剂型涂料涂装增加烘烤费用257元。

总的来说，一般外形简单、体积较小的结构件可以采用粉末涂装工艺，有利于环保。另一方面，从涂料成本和烘烤能耗来看，粉末涂装运行成本与采用溶剂型涂料涂装相差不多或者略贵。对于结构复杂、体积较大的结构件不适合采用粉末涂装，但随着低温粉末涂料的开发，可能会扩大粉末涂料在结构件上的应用。

4、粉末涂料在小件上的应用

工程机械的小件种类繁多，其涂装设计比较灵活，可以根据其尺寸、外形和前处理要求来确定粉末涂装工艺。一些板材较厚的小件，采用抛丸、磷化表面处理后再喷涂粉末涂料；而对于小管道、挡泥板之类的小件无法进行抛丸处理，则可采用脱脂、磷化表面处理后再喷涂粉末涂料。对防腐性能要求高的小件可采用磷化电泳涂装后再喷涂粉末涂料的工艺。

在小件涂装中，粉末涂装工艺与溶剂型涂料涂装工艺相比，具有以下特点：

①粉末涂装成本大大降低。工程机械小件采用溶剂型涂装进行涂装，由于工件尺寸小，涂料利用率很低，如管道和支架的利用率仅为20-30%；而使用粉末涂装，粉末涂料可回收再利用，利用率可达95%以上^[5]，可以很大程度地降低涂装成本。

②粉末涂装污染小。对于溶剂型涂料涂装工艺，小件主要采用空气喷涂，有机溶剂对涂装人员健康危害大，并且产生了大量的VOC，对环境污染较大；而使用粉末涂装可避免大气污染、废水处理等问题。

③小件的粉末涂装线烘房尺寸小，保温效果好，工件表面升温速度快且温度均匀。

④一般小件对外观要求不高，对修补工艺要求不高。

因此，粉末涂料比较适合工程机械的小件涂装。近年来，粉末涂装在工程机械小件涂装线上得到广泛应用。

5、结语

综上所述，由于粉末涂装对薄板件的“白件”表面质量要求高，适合大型工程机械制造厂家的批量化生产，同时要加强涂装后的成品保护；对于结构件的涂装，粉末涂料目前还存在很多问题，只适用于简单的结构件；小件涂装比较适合采用粉末涂装工艺，有利于成本的降低和环境保护。

参考文献略

文章发表于2013年《现代涂料与涂装》