1 引言
随着经济的全球化发展,环保问题已经引起世界各个国家的广泛关注,其中涂料对环境的污染是目前比较令人头疼的话题。溶剂型涂料因含有大量挥发性有机化合物(VOC)和有害空气污染物(HAP),在使用过程中污染物排入大气,不仅污染环境,危害身体健康,同时也浪费能源和资源。因而世界各国都以法律形式限制VOC 的排放,如美国加州于1966 年颁布实施第一个VOC 排放规定、日本于1997 年出台室内建筑涂料标准、德国的大气净化法法规;我国政府于1989 年12 月颁布环境保护法及“绿色”标志规定中国涂料在线coatingol.com。各国对控制VOC 排放量、限制高VOC 涂料产品的生产和使用的工作都已经提升到了法律法规的高度。所以不排放VOC 或严格控制其排放量的涂料已经成为涂料工业发展的必然趋势。水性涂料稀释剂的主要成分是水,在喷涂过程中,挥发的绝大部分都是水气,从而避免了溶剂型涂料在喷涂过程中大量有机溶剂的挥发,大大降低了排放气体的VOC 浓度和总量。水性涂料的溶剂含量只有溶剂型涂料的1/7 ~ 1/10,环保优势明显。我公司于2005 年在西安高新区新建涂装线,整条线全部按水性涂料要求设计并制造,后又对西郊厂区2 条老车间涂装线进行水性涂料改造,已于2008 年全部使用水性涂料。
2 水性涂料喷涂工艺方案
水性涂料的喷涂系统主要涉及工件的前处理及烘干系统、涂料的调制和输送系统、自动或人工喷涂系统、喷漆室系统、涂料烘干系统等。整体工艺流程见表1。
2.1 工件的前处理系统
水性涂料与溶剂型涂料相比对工件的表面清洁度要高出许多,对于重卡用变速箱在外观要求不是很高的情况下,防锈功能要求很高,所以前处理要求比溶剂型涂料更加严格。
2.2 输调涂料系统
水性涂料与溶剂型涂料相比,水性涂料的稀释剂为水,而且黏度随剪切速率的变化而发生变化。因此,要求输调涂料在系统设计、制作及设备选型过程中重点关注和控制如下部分:
⑴所有输调涂料部件的选择必须符合水性涂料使用要求,如四通阀、稳压塔、管接头等部件;
⑵管路系统所有管道、阀门及相关部件均采用不锈钢,最好采用SUS316 材质;
⑶输调涂料的供涂料泵最好选用电动式,液压式次之,气动泵相对管路压力波动会大些,需要增加稳压装置,泵需适用于水性涂料使用要求(材质、输出压力、流量等),因水性涂料黏度大,管道阻力大,供涂料泵的功率和输出压力需增大;
⑷避免管线设计、施工以及其它细节设计部分存在管径偏小、管道焊接不平整、钝化处理不到位、存在循环盲端等问题,从而影响日后水性涂料的循环稳定性以及涂装质量。
2.3 喷涂系统
水性涂料的腐蚀性较强,因此喷涂机器人所有与涂料接触的金属部件都需选用不锈钢,最好采用SUS316,特殊部位和特殊功能件选用特殊耐腐蚀材质。又因为溶剂型涂料的导电性较弱,而水性涂料的稀释剂为水,导电性很高,用静电喷涂时,目前的内接电方式会导致整个水性涂料输送系统全面导通。如果输调涂料系统接地不良,会使整个系统带上高压静电,存在安全隐患。为此对机器人接电方式应进行调整,目前,机器人静电喷涂涂料供电方式主要有2 种:①外部加电方式;②通常的内部加电方式,但必须在供涂料管路系统上增加电路隔离装置,采用活塞式抽取注射隔离系统,该装置结构复杂,成本及费用较高。目前国内绝大部分都是外部加电方式,是最经济且可靠的方案,只是涂料利用率会略低5%左右。
2.4 人工喷涂系统
由于水性涂料的电导率很高,所以采用传统的方法无法使工件和喷枪之间产生高压,会使整个系统带上高压静电,存在安全隐患,人工静电喷涂很难实现。为了能够在喷枪和工件之间建立高压,可采用2 种方式:①在喷涂室周围建立一套绝缘的输调涂料系统,通过绝缘的方式,在喷枪和输调涂料系统间建立高压;②在喷枪出口采用外部加电的方式,在喷枪和工件间建立静电场。另一种为外部加电方式,最近GRACO 开发出一种自带空气涡轮发电机外部加电的水性涂料静电喷枪。该系统采用外部加电方式比内部加电方式效率低一点,比空气喷枪效率高一些。该系统结构比较简单,维护方便,成本相对低廉,只是刚开发出来还没有得到广泛运用,实际使用效果还有待验证。
2.5 喷漆室系统
水帘式喷漆室是一种水在涂装工件前方壁上呈幕帘流动的排风喷漆室。因为漆雾穿过工件后直接打在水帘上被吸收,从而达到除去漆雾的效果。为了能更好地捕捉、收集漆雾,一般在排风管道吸口处加装水洗喷头,是一种上送风下抽风式喷漆室。水性涂料以水为稀释剂,在喷涂过程中造成空气中的湿度偏大,漆料含水量大,如漆料附着在室体壁板上对壁板带来一定的腐蚀。所以喷漆室均流喷涂段室体壁板一般采用不锈钢板,室体底部的水槽及骨架,风道风管最好采用不锈钢,为了节约投资,在喷漆室的动压、静压室室体壁板可采用镀锌板。
2.6 烘干系统
水性涂料因水在和涂料混合喷涂后不容易挥发,没有挥发的水在100 ℃的情况下会出现沸腾,这样没有表干的涂层会出现缩孔、起泡等缺陷。为保证水性涂料的涂膜质量,需要高温烘烤的工件需增加预烘系统,让涂层中的水分在50 ~ 90 ℃的温度下充分挥发。一般而言,水性涂料在进行下一道喷涂或进入高温烘炉之前,其脱水率应达到80%~ 90%。为此需要在进入高温烘干室之前增加适当工位的水性涂料预烘炉。本公司的变速箱为整箱烘烤预烘,个别零部件如油封等不能进行高温烘烤,所以全部采用中温(70 ~ 100 ℃)烘烤。烘烤时间根据零部件的大小、结构及不同厂家的水性涂料而定,通常在30 min 左右。
3 结语
水性涂料喷涂涉及到整个喷涂系统的多个方面,是一个比较大的系统工程,而且对各个系统提出了更新、更高的要求。本公司采用清洗+ 喷涂水性涂料涂装工艺后,整个车间环境大为改善,使变速箱表面涂膜性能大为提高的同时也很好地解决了环境污染问题。