原文：葉均明 

聯(lián)德（廣州）機(jī)械有限公司

摘要：本論文涉及一種噴涂工藝，特別涉及一種矩陣靜電噴槍組立式噴涂工藝。是一種通過噴槍或碟式霧化器，借助于壓力或離心力，分散成均勻而微細(xì)的霧滴，施涂于被涂物表面的涂裝方法。

現(xiàn)在的鋁型材氟碳噴涂方法主要有臥式噴涂方法與Ω立式噴涂（或者稱為Ω立式圓盤噴涂）方法，臥式噴涂方法雖然工件噴涂表面質(zhì)量高，但生產(chǎn)效率低、需要補(bǔ)噴，噴涂中容易造成“W”現(xiàn)象即噴漆不均勻、上漆率較低等缺點(diǎn)；相對(duì)于臥式噴涂，Ω立式噴涂雖然生產(chǎn)效率較高，但其噴涂后容易造成金屬發(fā)黑的現(xiàn)象，影響工件的整體外觀，工件吊掛行程高，工件凹位補(bǔ)噴難及在工件的凸出部分會(huì)產(chǎn)生漆的流掛現(xiàn)象，影響工件外觀等缺點(diǎn)。

本論文主要講述的是針對(duì)臥式和Ω立式圓盤噴涂方法質(zhì)量與效率的特點(diǎn)及結(jié)合其優(yōu)缺點(diǎn)，開發(fā)出一種全新的涂裝噴漆工藝，使其達(dá)到生產(chǎn)效率高而且噴涂表面質(zhì)量同時(shí)可以提高的方法，本文講述的立式靜電噴漆新工藝是在其目的上經(jīng)過多次試驗(yàn)及生產(chǎn)已得到驗(yàn)證。

本文簡(jiǎn)單闡述了該立式噴涂新工藝以外，還對(duì)其涂裝機(jī)自動(dòng)系統(tǒng)的配置作了部分說明，及從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)該新工藝在生產(chǎn)過程中的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了舉例說明。

關(guān)鍵詞：靜電噴槍組  立式涂裝工藝  涂裝質(zhì)量 無需人工補(bǔ)噴 鋁型材 氟碳涂料等

    第一章     緒論

1.1  鋁型材氟碳靜電噴涂在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r   

    (1)  國外發(fā)展?fàn)顩r

鋁型材氟碳噴涂技術(shù)主要是應(yīng)用于建筑業(yè)，最早由美國ELfAfochem公司1964年首創(chuàng)的，該氟碳漆就是指聚偏二氟乙烯樹脂占樹脂成分70%以上的油漆，簡(jiǎn)稱KYNAR500。自1965年開始制造KYNAR500樹脂以來，世界上很多宏偉建筑物的鋁型材/鋁板皆采用該樹脂進(jìn)行表面處理，包括一些著名的建筑物，如在美國亞特蘭大市的TajMahal，費(fèi)城Mell銀行中心，香港上海匯豐銀行等，該涂料樹脂已被證實(shí)能夠抵抗酸雨、空氣污染物、紫外線及極冷極熱的氣溫，同時(shí)它還是具有優(yōu)良的防污垢積聚的能力，所以備受青睞。

氟碳涂料自用于建筑業(yè)以來，就建立了相應(yīng)的建材涂料授權(quán)制度，使用單位購買氟碳涂料，必須通過供應(yīng)商嚴(yán)格的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，包括工藝及設(shè)備；其噴涂的氟碳鋁材產(chǎn)品質(zhì)量要達(dá)到美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)AAMA605.2氟碳噴涂成品涂層性能標(biāo)準(zhǔn)。

在國外，上世紀(jì)40年代靜電噴涂工藝首次應(yīng)用于工業(yè)，到1950年出現(xiàn)了第一支旋盆式靜電噴槍，它首次使涂裝效率可能提高到95%，是世界涂裝史上的一次重大突破，其涂裝方式最早為手動(dòng)靜電噴涂方法，其后由于市場(chǎng)需求增大，后出現(xiàn)了臥式噴涂方式（包含靜電噴槍和靜電旋杯的發(fā)展）和立式Ω噴涂方式。

(2)  國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

90年代中后期， 氟碳涂裝鋁單板及氟碳建筑鋁型材開始在中國起步，92-96年為起步期，97-2003年為高速發(fā)展期，一直延續(xù)至今。其噴涂方法主要為臥式自動(dòng)噴涂工藝，自該氟碳涂裝工藝開始在中國應(yīng)用成熟后，鑒于國外VOC減排壓力及生產(chǎn)成本競(jìng)爭(zhēng)力下降因數(shù)，國外氟碳生產(chǎn)慢慢轉(zhuǎn)移至中國生產(chǎn)及采購，從而加速了中國的鋁型材產(chǎn)能有了量的飛躍，產(chǎn)能的增加同時(shí)也帶動(dòng)了部分企業(yè)開始想法設(shè)法提高生產(chǎn)效率。這時(shí)立式Ω噴涂方式開始從美國引入中國，但因?yàn)橹袊姆紘娡看蠖酁殂y色鋁粉漆，而Ω噴涂主要靠涂料通過碟式霧化器離心霧化后再通過靜電場(chǎng)的作用將涂料吸附到工件表面，噴涂的工件表面氟碳涂層金屬質(zhì)感及光亮度比不上臥式靜電噴槍，而且人工補(bǔ)噴難度大。所以該涂裝方式得不到大力的推廣應(yīng)用。

直到目前的鋁型材氟碳立式靜電噴涂新工藝的出現(xiàn)，國內(nèi)自動(dòng)涂裝系統(tǒng)的研制已取得突破性進(jìn)展，填補(bǔ)了國內(nèi)外空白。2009年，由聯(lián)德（廣州）機(jī)械有限公司研究開發(fā)的立式排槍組式自動(dòng)噴涂系統(tǒng)生產(chǎn)線的投產(chǎn)應(yīng)用，結(jié)束了以上兩種模式的噴涂缺陷，改變了其生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率及涂裝質(zhì)量，上漆率提高還無需人工補(bǔ)噴，意義重大。

1.2  論文來源

2009年9月，聯(lián)德（廣州）機(jī)械有限公司承擔(dān)了佛山堅(jiān)美型材有限公司型材立式噴涂生產(chǎn)自動(dòng)涂裝線的建設(shè)工作，該項(xiàng)目是立式靜電排槍自動(dòng)涂裝系統(tǒng)在型材涂裝行業(yè)中的第一次應(yīng)用。該項(xiàng)目經(jīng)過PPG、VALSPAR在聯(lián)德蘭氏實(shí)驗(yàn)室前后三次的噴涂對(duì)比測(cè)試，都體現(xiàn)了很好的生產(chǎn)線投入使用價(jià)值。

本項(xiàng)目旨在完成對(duì)本項(xiàng)目中鋁型材立式靜電噴槍自動(dòng)涂裝設(shè)備應(yīng)用在立式鋁型材氟碳噴涂上的新工藝研究與開發(fā)。

第二章  立式排槍式自動(dòng)涂裝系統(tǒng)介紹

2.1.  噴涂工藝流程簡(jiǎn)介

臥式鋁型材靜電噴槍氟碳噴涂生產(chǎn)線工藝流程：工件上線→前處理→自動(dòng)靜電噴底漆（靜電噴槍或旋杯）→ 底漆流平→ 自動(dòng)靜電噴面漆（靜電噴槍）→ 面漆流平 →  自動(dòng)靜電噴罩光漆（靜電噴槍）  → 罩光漆流平→ 固化→ 自然冷卻 → 工件下線（如圖一）

圖一

立式鋁型材Ω旋碟氟碳噴涂生產(chǎn)線工藝流程：工件上線→前處理→自動(dòng)靜電噴底漆（Ω旋碟）→ 底漆流平→ 自動(dòng)靜電噴面漆（Ω旋碟）→ 面漆流平 →  自動(dòng)靜電噴罩光漆（Ω旋碟） → 罩光漆流平→ 烘干→ 自然冷卻 → 工件下線（如圖二）。

圖二

矩陣立式靜電噴槍組式鋁型材氟碳噴涂生產(chǎn)線工藝流程：工件上線→前處理→自動(dòng)靜電噴底漆（Ω旋碟）→ 底漆流平→ 自動(dòng)靜電噴面漆（靜電噴槍）→ 面漆流平 →  自動(dòng)靜電噴罩光漆（靜電噴槍） → 罩光漆流平→ 烘干→ 自然冷卻 → 工件下線（如圖三）。

圖三

2.2 系統(tǒng)配置介紹

鋁型材靜電噴涂本身存在周邊強(qiáng)電場(chǎng)及死角靜電屏蔽的影響，由于靜電噴碟受高電壓磁場(chǎng)的引力作用，如此薄的底漆涂層，要求較高面漆膜層,如何保證其油漆的高霧化性能,并使覆蓋的涂層漆膜均一性，尤其是7.0米長(zhǎng)工件,上下漆膜厚度的一致性。噴碟旋轉(zhuǎn)速度、噴槍的霧化效果、升降機(jī)速度、高行程上下油漆均量吐出,都非常重要,我們必須保證所選擇的噴具能有效地提高其產(chǎn)品質(zhì)量,油漆的利用率及生產(chǎn)效率。

  鋁型材氟碳噴涂工藝中，一般噴涂要求底漆膜厚d=6-8μ，底涂較薄，而目的主要是提高涂層的附著力，底涂膜層的均勻性也直接影響到整個(gè)涂層的質(zhì)量和附著力。

所以，從產(chǎn)量、質(zhì)量及投入成本的角度考慮，在底涂位置選用全自動(dòng)Ω靜電噴碟，噴碟只能靠旋碟離心霧化后再靠靜電效果將油漆吸附到工件表面，霧化效果好，一次性投入成本偏低，雖然噴涂表面質(zhì)量沒有噴槍光亮，但對(duì)于底涂只追求附著效率而言比較適合。

面涂和罩光漆涂層是表現(xiàn)其氟碳噴涂產(chǎn)品的裝飾性，膜層的均勻性會(huì)直接影響到整個(gè)涂層的質(zhì)量,對(duì)顏色及色差要求嚴(yán)格、光澤要求較高。面漆和罩光漆工位采用矩陣立式靜電噴槍組方式配置乃本論文的新工藝，也是本文重點(diǎn)講述的內(nèi)容。

面漆和罩光噴漆工序配備各兩臺(tái)有效行程為8米高的往復(fù)升降機(jī)，設(shè)備系統(tǒng)充分考慮技術(shù)的先進(jìn)性，滿足鋁型材氟碳噴涂的高效率和表面涂裝高質(zhì)量的需要，確保涂裝工藝及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的完成。實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)鋁型材及一般異型鋁材的氟碳噴涂，必須立足于全部的噴涂靠全自動(dòng)靜電噴涂來完成，無需人工補(bǔ)噴。同時(shí)，生產(chǎn)線還要達(dá)到降低生產(chǎn)成本,提高油漆利用率,實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率、低成本運(yùn)作。涂裝新工藝生產(chǎn)線的投產(chǎn)，能帶給企業(yè)更強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

確認(rèn)面漆和罩光漆采用噴槍噴涂方式后，我們首先要解決的問題有如下幾點(diǎn)；

1、在如此高行程的工件吊掛中，噴槍數(shù)量如此之多（面漆12把/組）的情況下，噴槍的霧化空氣壓力是否會(huì)影響工件擺動(dòng)，造成掛料之間碰撞；

2、異型材形狀繁多，且工件較高，要求不能有補(bǔ)噴現(xiàn)象，在該情況下噴槍是否能達(dá)到“零”補(bǔ)噴效果；

3、在如此高的行程噴涂過程中，能否保證工件上下漆膜的均勻度、保證凸出部分不會(huì)產(chǎn)生流掛。

針對(duì)第一個(gè)問題，首先要解決的是工件表面受力點(diǎn)是否影響到工件的擺動(dòng)，靜電噴槍立式噴涂新工藝，其噴涂裝置采用了矩陣式排列的靜電噴槍組，工件是縱向立式懸掛在輸送鏈上的，矩陣式排列的靜電噴槍組有上下兩排噴槍，同一排噴槍間距為400-550mm，上下兩排間距為400-500mm，上下兩排噴槍交錯(cuò)排布，上面一排的噴槍位于下一排相鄰兩把噴槍中間的正上方，矩陣式排列的靜電噴槍組的噴槍和工件的表面是垂直的，每把噴槍正對(duì)工件，噴嘴和工件表面之間的距離為250-300mm，工件在噴涂過程中工件受力點(diǎn)始終在1把噴槍的噴幅1/N壓力范圍內(nèi)。

所以，如果能采用低壓高霧化性能的靜電噴槍，低壓力高霧化噴槍噴幅1/N的壓力足以抵消工件本身自重，同時(shí)噴房送排風(fēng)風(fēng)速均勻在0.3-0.5M/S，那擺動(dòng)問題將得到很好解決，從試驗(yàn)及生產(chǎn)的過程中，低壓力高霧化的蘭氏靜電噴槍，每把噴槍的吐出量在60CC-130CC/MIN，霧化/扇形空氣壓力一般可以調(diào)整在0.07~0.012Mpa；

對(duì)于是否能實(shí)現(xiàn)零補(bǔ)噴問題，通過批量生產(chǎn)證明，只要能將掛具與噴槍噴涂面配合調(diào)整好，一般的工件異型噴涂面是可以達(dá)到無需補(bǔ)噴；

解決漆膜均勻度及流掛問題的關(guān)鍵，是工件在噴涂受漆時(shí)間范圍內(nèi)，符合噴涂膜厚要求。首先必須要保證對(duì)工件有足夠的重復(fù)噴涂次數(shù)，及每把已獨(dú)立控制的上下排噴槍油漆的吐出量，在全噴涂行程中準(zhǔn)確精密按設(shè)定的工藝參數(shù)穩(wěn)定供漆，噴槍開關(guān)槍實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)工件噴涂面噴涂，上述問題的解決，就不會(huì)出現(xiàn)多噴或少噴問題，流掛問題更不會(huì)出現(xiàn)。

通過以上分析、實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)線投產(chǎn)結(jié)果，證實(shí)生產(chǎn)過程中只要控制調(diào)整好以上要點(diǎn)，完全達(dá)到了新工藝的所希望達(dá)到工件涂裝質(zhì)量要求。

該新工藝生產(chǎn)效率高，漆膜平整，噴漆均勻，金屬質(zhì)感亮麗，不會(huì)出現(xiàn)噴漆不勻的“W”現(xiàn)象，一般的異型工件的凹處不需要人工補(bǔ)漆，工件的凸出部分不會(huì)產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，生產(chǎn)效率高，從而提高了生產(chǎn)線的管理水平及節(jié)約了人力成本。

噴槍布置示意（圖四）：

圖 四

2.3 油漆供給系統(tǒng)介紹

供漆系統(tǒng)采用通過中央調(diào)漆房集中管路供漆方式，通過管路將油漆供應(yīng)到每一個(gè)噴涂工作站，每個(gè)噴房的工作站按氟碳噴涂顏色的要求配置多種顏色的自動(dòng)換色系統(tǒng)，中央供漆提升了涂料供給的技術(shù)及管理水平。中央供漆采用獨(dú)立式柱塞泵供漆方式配置，同時(shí)為防止油漆在管路上油漆產(chǎn)生沉淀，管路中的油漆已設(shè)定好保持一定的流速。油漆泵站6組：采用三線循環(huán)方式。其中：1套獨(dú)立供應(yīng)底漆噴房； 1套底漆、面漆共用；2套獨(dú)立供應(yīng)面漆噴房；1套面漆、罩光漆共用；1套獨(dú)立供應(yīng)罩光噴房。溶劑泵站1套：采用盲端輸送方式。小型機(jī)動(dòng)供漆泵組2套,應(yīng)對(duì)較小批量的生產(chǎn)訂單。

8米高行程的噴涂過程中，噴槍吐出油漆流量的精確和穩(wěn)定性對(duì)漆膜的均勻度極為關(guān)鍵，該油漆供給系統(tǒng)配置了流量侍服控制系統(tǒng)，對(duì)升降機(jī)升降過程高度改變所形成的涂料壓力變化的分析，需對(duì)涂料流量壓力進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償，增加流量侍服控制系統(tǒng)功能配置，使油漆供給壓力能配合往復(fù)機(jī)高度改變達(dá)到實(shí)時(shí)的控制效果，實(shí)時(shí)對(duì)油漆流量進(jìn)行精確補(bǔ)償而達(dá)到對(duì)噴槍油漆得穩(wěn)定供給。

該油漆供給系統(tǒng)對(duì)配置的每一把噴槍都具有單獨(dú)調(diào)整和開啟油漆吐出量功能。包括換色系統(tǒng)CCV工作站、輸漆距離、涂料粘度、噴涂壓力及流量等各方面參數(shù)，根據(jù)噴房?jī)?nèi)的油漆出口位置及管徑、管長(zhǎng)進(jìn)行設(shè)定，保證整個(gè)系統(tǒng)滿足壓力和流量要求，同時(shí)確保整個(gè)系統(tǒng)管路中油漆的合理流動(dòng)速度要求，不會(huì)因流速過快而造成涂料降解以及能源浪費(fèi)。

第三章        經(jīng)濟(jì)效益分析

通過實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)結(jié)果證實(shí)該噴涂新工藝的開發(fā)應(yīng)用對(duì)提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)展帶來良好的效益，給氟碳噴涂行業(yè)帶來全新的生產(chǎn)模式，具體表現(xiàn)有：

1.  無論是PPG涂料或者VALSPAR涂料，自動(dòng)靜電噴槍噴涂效果、上漆率、膜厚以及在相同膜厚的條件下,每公升油漆噴涂平方數(shù)均大于DISK噴涂機(jī)（圖表五）.

圖五

2.  在相同膜厚的情況下,自動(dòng)靜電噴槍噴涂的涂層質(zhì)量較DISK噴涂機(jī)的涂層質(zhì)量飽滿,光亮度高

3.  使用自動(dòng)靜電噴槍噴涂異型材，整體遮蓋均勻、穿透力好，無色差，金屬光澤高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

4.  自動(dòng)靜電噴槍立式噴涂,整體膜厚均勻,顏色一致,正反面無陰陽色現(xiàn)象（圖六）。

圖六

5.  立式新工藝生產(chǎn)線噴涂的工件及一般異型材工件不需要補(bǔ)噴，與原臥式噴涂一條生產(chǎn)線補(bǔ)噴工位比較可減小噴漆工6-12人（單班6人，兩班12人）。

6.  噴涂生產(chǎn)線速度同為2米/分時(shí)，立式新工藝生產(chǎn)線的產(chǎn)能是臥式生產(chǎn)線的3倍，還可減小了生產(chǎn)線上企業(yè)人員配置，達(dá)到全自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率提高的同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。

7.  上漆率的提高，在降低了鋁型材工件的噴涂油漆成本的同時(shí)還減小了VOC排量，對(duì)環(huán)境污染相對(duì)較少，達(dá)到節(jié)能減排目的。

說明：

1．平均平方數(shù)是指每升涂料所涂的面積，上漆率是指附著在工件表面的生涂料量÷噴涂所消耗的生涂料量所得的結(jié)果。從表五中可以看出，無論是噴涂PPG涂料還是VALSPAR涂料或KGE涂料，使用靜電噴槍組立式噴涂工藝，上漆率均高于77%，鋁型材氟碳噴涂生產(chǎn)線，臥式噴涂或完全使用DISK噴涂一般無法達(dá)到如此高的上漆率。從圖五和圖六中可看出，被涂工件的漆膜涂層均勻飽滿；面涂的平均膜厚25-32μm，噴涂平方數(shù)均高于5.6m2/L。

備注：該靜電噴槍組立式噴涂新工藝發(fā)明專利，已申請(qǐng)并已被國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局受理。

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