浅谈粉末涂料生产设备的现状和发展

李啟聪 赵思颖 蔡劲树 ( 广东华江粉末科技有限公司 )

摘要:介绍了预混合设备、混合挤出设备、冷却压片机、微粉粉碎设备、邦定设备等粉末涂料常用生产设备的发展现状,分析了粉末涂料生产设备在多样化、环保化、自动化等方面发展现状,最后分析了阻碍企业升级改造设备的原因。

0.引言

2017—2019年我国热固性粉末涂料销量分别为160.5 万t、176.06万t、194.2万t,同比增长13.03%、9.7%、10.3%。综合来看,在国家环保及相关政策推动下,我国绿色涂料市场增势显著,“漆改粉”趋势加速。30多年来我国粉末涂料一 直稳步增长,带动并促进了我国粉末生产设备制造行业的 发展。20世纪80年代中期,我国自主生产的粉末涂料设备刚 刚起步,种类、性能和技术水平较低。如今经过30多年的发 展,我国具备了自主研发、设计、制造高性能设备的能力,技 术已经达到了世界先进水平,并开始以成套设备的形式出 口,进入国际市场,参与国际市场竞争。 

1.粉末涂料生产设备的发展现状

粉末涂料的生产是以合理的顺序连接不同的工段进 行工作(见图1),主要包括以下步骤:原料按配方称量准备完成后,用预混合设备将原料各组分进行预混合;预混合 后的原料通过混合挤出设备进行熔融混炼;熔融挤出后通 过冷却压片机进行压片处理,通过微粉粉碎设备进行细粉 碎,过筛后得到产品。当然,有些产品还需要通过后混合或 者邦定的工艺进行加工。生产粉末涂料的每一个过程都至 关重要,保证设备的技术稳定性和可靠性是生产高质量粉 末涂料的基础。 

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1.1 预混合设备 

在热熔混合前,将原材料的各种组分进行预混合是非 常重要的过程,它对粉末涂料的性能起着決定性的作用。特 别是那些用量很少的助剂和着色颜料,如果预混合不充分, 难以在第二阶段的热熔挤出过程中得到补充。我国的预混 合设备已经实现规格化、系列化,品种齐全,基本满足国内 制粉的需要。预混合设备主要包括高速混合机、料罐翻转式 混合机等。这两类的预混合设备的比较如表1所示。

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1.2 混合挤出设备 

熔融挤出是为了使粉末涂料组成中的各种成分混合均 匀,也就是达到粉末涂料成品中的每个粒子组成成分一样。挤出机包括单螺杆挤出机双螺杆挤出机等。双螺杆挤出机 是我国应用最广泛的设备之一,我国粉末涂料双螺杆挤出 机的研制、设计和生产发展了30多年,已经掌握了研发、制 造双螺杆挤出机的核心技术。各类混合挤出设备的比较如表2。

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1.3 冷却压片机 

冷却压片机一般与混合挤出设备连用,热熔物在压片 过程中初步冷却,粗破碎后制得半成品。热固性粉末涂料不 能使用生产热塑性粉末涂料用的剪切造粒法,而是迅速冷 却后采取简单的机械破碎方法进行粉碎。常规的冷却机用的是水冷,冷却效率相对较低。如今,利用冰水冷却、液氮冷 却的方式越来越多,冷却效果也十分明显。冷却压片机在国 内的发展已非常成熟。 

1.4 微粉粉碎设备 

在冷却压片、粗破碎之后进行细粉碎。粉末涂料生产 商会使用不同类型的粉碎机,以使涂料的粒度符合所期望 的范围,所有这些设备都是利用磨碎原理来制造的。在这 种情况下,粒子粒径的下降是由固体颗粒或片材与研磨机 表面进行碰撞或者相互碰撞来实现。当代的粉碎体系是成 套供给的,主要包括空气分级磨(又叫ACM磨)、旋风分离 器、旋转阀(放料阀)、筛粉机、袋式过滤器、脉冲振荡器和 引风机等。微粉粉碎设备要求生产的细粉和粗粉组成相对 较少,粒径相对集中。国内粉末涂料的生产厂家大多使用 国产的微粉粉碎设备。对于一些热敏型材料或者热塑性材 料,市场上开发了超低温冷碎粉碎机进行粉碎。这种超低 温冷碎机以液氮为冷源,被粉碎物料通过冷却在低温下实 现脆化易粉碎后,进入机械粉碎机腔内,通过叶轮高速旋转,在与叶片、齿圈、物料与物料之间的相互反复碰撞、剪 切、摩擦等综合作用下,达到粉碎效果,机腔内部采用无网 式,在外可调至所需要达到的目数,用于冷却的液氮可回 收、循环使用。 

1.5 邦定设备 

邦定技术于20世纪80年代起源于奥地利,目前德国的 MB系列混料机组代表了全球最有效的邦定设备。我国粉末 涂料厂现用的邦定机大部分是借鉴国外技术,用塑料行业 用的高速混合机改装而成。国内的设备厂家以烟台的企业 为主,如烟台枫林机电设备有限公司、烟台三立工业有限公 司等。在邦定工艺的众多指标中,温控和分散是最重要的两点,决定了金属粒子和粉末的粘结程度和涂装效果。而目前 虽然国内的邦定机相对国外要便宜很多,其组成机组系统 一样,但其产品质量、技术、制造指标仍有待进一步提高。

1.6 筛分机 

粉末涂料包装前必须通过筛分机进行筛分,以去除大 颗粒粒子,保证产品的粒径分布在标准要求范围内。粉末 筛分机在技术上没有壁垒,主要根据筛分物料的具体需求 选择,旋振筛可分为一层、两层、三层、四层型旋振筛。我国 制造的筛分机技术上非常成熟,应用也非常广泛,在此不 做描述。

2.生产设备的标准情况

制定设备的统一产品标准对促进我国制粉设备技术 性能和产品质量的提高具有十分重要的指导意义,同时也能更好地规范粉末涂料生产设备行业的市场秩序。另外, 随着设备水平和种类的不断提高和增加,相关标准应逐渐 进行修订以规范市场竞争和创新需求。而且,制粉设备在除 尘降噪方面的提升,保障了职工的职业健康并保护了环境。最后,设备标准的实施和发布,更为消费者在购置时提供了 一个切实可行的验收标准对照,区分劣质、不合格的设备产 品,识别和推广使用高质量的设备。近年来粉末涂料生产设 备的主要标准如表3所示。

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3.粉末生产设备的发展优化方向

中国不仅是粉末涂料最大的生产国,也是最大的消费 国。随着粉末涂料的持续发展,生产设备制造行业也走过了奋发前进的30多年,从无到有,从有到强,同时我们也应该 清醒地认识到国内在高端的粉末涂料制造设备方面与国外 同行的差距[2]。近年来粉末涂料制造设备的几个主要发展方 向如下。

3.1 多样化 

粉末涂料按照表面效果来区分,分为平面粉末涂料、纹 理粉末涂料、金属粉末涂料,另外还有不同种类的功能粉末 涂料。然而,大部分粉末涂料都是利用常规的生产设备制造 出来,一些非常规的粉末涂料无法通过常规的设备进行生 产,必须借助创新型制造设备进行生产。粉末涂料的创新一 方面基于原材料的创新,另一重要方面则是粉末涂料的制 造工艺创新。正因为如此,粉末涂料生产设备的创新应用刻 不容缓,例如有些功能粉末挤出阶段需要更加稳定的温度 控制和更好的混炼分散效果,有些纹理粉末涂料微粉粉碎 阶段需要更加集中的粒径分布控制。 

3.2 环保化 

国家对环保的要求越来越高,保证环境的安全是每个企业义不容辞的义务。相关法例法规也明确要求粉末制造 时的各项污染限值。在粉末涂料生产过程中,噪音和粉尘可能会造成职业病的发生。而这两者主要来源之一是磨粉机和混料机作业的机器运转。目前已有除尘降噪设备能有效解决这个问题,例如低音磨粉系统。随着环保法规的日渐严格,粉末制造商对绿色环保生产设备的需求将越来越高。 

3.3 自动化 

生产粉末涂料用自动化集成近年来一直是粉末涂料生产厂家和设备制造厂家关心的热门话题。无可否认,粉末涂料的自动化实施可以很大程度上降低制造成本和人工成本,同时避免了人工操作时可能带来的违规行为,保证了产品的高质量和稳定性。如今,我国在粉末涂料制造设备的自动化方面发展和应用还远远不够,主要是因为我国缺乏集成各个生产环节的软件基础。在粉末制造行业中还没有一个自主或者联合研发的智能平台,比如操作系统。国内许多生产设备的厂家还是在触摸屏的基础上,通过西门子、施耐德等软件辅助编程从而实现部分功能。与之配套的传感器等电子设备、高精度的设备零部件等成品还和国外有着不小的差异。所以,生产过程的自动化发展还有很大的空间,需要生产设备行业、传感器类行业、软件开发应用等行业共 同联合开发才有可能打破这种僵局[3]。粉末涂料属于精细化工一类,粉末涂料的品种繁多,单个产品订单量由几十公斤到几吨。在工业化和信息化高度融合的基础上,企业可利用互联网技术逐渐迈进工业4.0。 

工业4.0从结构上主要包括以下几点: 

—设计层,主要通过PLM/PDM软件为产品研发、配方设计的信息化; 

—管理层,主要通过ERP软件为运营管理层的信息化; 

—执行层,主要通过MES软件为制造执行层的信息化; 

—设备层,主要通过PLC/DCS 系统联通和控制设备, 实现自动化生产。 

而精细化工企业信息化是最为重要的组成部分,它的 主要内容包括: 

(1) 产品研发的信息化:实施配方研发软件PDM、PMS 项目管理软件、工程师平板电脑FEPAD、来样定制系统 ETO 等。建立快速响应客户需求、快速研发创新的核心竞 争能力。 

(2) 内部运营管理的信息化:实施ERP企业资源规划软 件、WMS条码仓库系统、LPS标签打印,建立快速接单、快速 生产、快速交货的竞争优势,集成产供销优势。 

(3) 生产过程的信息化:实施制造执行软件MES、秤投 料系统RMAC、生产平板BCPAD,实现生产过程管控一体 化,车间现场数据实时采集;实现产品性能质量稳定、生产 效率最优化。 

(4) 物流、供应链的信息化:实施CRM客户关系管理软 件、SRM供应商关系管理软件、物流货运管理SMS系统。整 合供应商、客户的优势资源,实现订单、制造、交货的全流程 协同。 

(5) 智能协同办公的信息化:实施OA协同办公软件、IF 信息流管理、FMS文件管理软件、EDS文件加密软件实现办 公文件自动化、费用报销、网络审批、信息实时流转。 

(6) 大数据与智能分析的信息化:对研发过程、运营管 理、生产制造、供应链管理过程中的所有大数据进行智能分 析、精准营销、精准研发和运营管理。 

4. 粉末涂料生产设备的不足和展望

国内的粉末涂料生产设备经过了30多年的发展壮大,为设备国产化进程贡献了力量,但是,我国的设备和国外的 对比还有差距。同时,粉末生产厂家购置设备、更新改造设 备的一次性资金投入大,这也限制了粉末生产设备的交易 流通。我们应当充分认识并重视这些问题,增强行业的技术创新和研发投入,规范行业标准、提升产品质量,做好行业的长远发展规划,实现良性竞争。制粉设备行业主要存在 以下几个方面的问题: 

(1) 设备品种单一,许多品种都是仿造派生的,自主研发的设备产品太少,绝大多数厂家均是从混合、挤出到粉 碎、筛分的所有设备都生产。德国是制粉设备的主要生产国,这些企业仅专做一种设备,没有一家公司能够提供整条生产线,因此德国的设备专业化、精细化程度非常高; 

(2) 设计投入人员少,研发不够; 

(3) 科研单位与高等院校技术投入太少,研究力量没有放在这方面; 

(4) 企业发展艰难,管理不健全,尤其是资金投入、技术与市场开拓方面更显不足; 

(5) 价格竞争越演越烈,不仅使粉末涂料行业门槛降低,也使企业利润大大削弱,企业无力进行产品的技术革新和改造。


来源: 粉末涂料与涂装2021年第3期 


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