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      《新》鋁型材立式靜電噴漆新工藝

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      作者:admin | 時間:2016-1-27 16:41:37 | 閱讀:2998 次

      原文:葉均明 

      聯德(廣州)機械有限公司

      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,分散成均勻而微細的霧滴,施涂于被涂物表面的涂裝方法。

      現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量高,但生產效率低、需要補噴,噴涂中容易造成“W”現象即噴漆不均勻、上漆率較低等缺點;相對于臥式噴涂,Ω立式噴涂雖然生產效率較高,但其噴涂后容易造成金屬發黑的現象,影響工件的整體外觀,工件吊掛行程高,工件凹位補噴難及在工件的凸出部分會產生漆的流掛現象,影響工件外觀等缺點。

      本論文主要講述的是針對臥式和Ω立式圓盤噴涂方法質量與效率的特點及結合其優缺點,開發出一種全新的涂裝噴漆工藝,使其達到生產效率高而且噴涂表面質量同時可以提高的方法,本文講述的立式靜電噴漆新工藝是在其目的上經過多次試驗及生產已得到驗證。

      本文簡單闡述了該立式噴涂新工藝以外,還對其涂裝機自動系統的配置作了部分說明,及從經濟角度對該新工藝在生產過程中的經濟效益進行了舉例說明。

      關鍵詞:靜電噴槍組  立式涂裝工藝  涂裝質量 無需人工補噴 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外的發展狀況   

          (1)  國外發展狀況

      鋁型材氟碳噴涂技術主要是應用于建筑業,最早由美國ELfAfochem公司1964年首創的,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,費城Mell銀行中心,香港上海匯豐銀行等,該涂料樹脂已被證實能夠抵抗酸雨、空氣污染物、紫外線及極冷極熱的氣溫,同時它還是具有優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以來,就建立了相應的建材涂料授權制度,使用單位購買氟碳涂料,必須通過供應商嚴格的檢測標準,包括工藝及設備;其噴涂的氟碳鋁材產品質量要達到美國鋁業協會AAMA605.2氟碳噴涂成品涂層性能標準。

      在國外,上世紀40年代靜電噴涂工藝首次應用于工業,到1950年出現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靜電噴涂方法,其后由于市場需求增大,后出現了臥式噴涂方式(包含靜電噴槍和靜電旋杯的發展)和立式Ω噴涂方式。

      (2)  國內發展現狀

      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年為高速發展期,一直延續至今。其噴涂方法主要為臥式自動噴涂工藝,自該氟碳涂裝工藝開始在中國應用成熟后,鑒于國外VOC減排壓力及生產成本競爭力下降因數,國外氟碳生產慢慢轉移至中國生產及采購,從而加速了中國的鋁型材產能有了量的飛躍,產能的增加同時也帶動了部分企業開始想法設法提高生產效率。這時立式Ω噴涂方式開始從美國引入中國,但因為中國的氟碳噴涂大多為銀色鋁粉漆,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感及光亮度比不上臥式靜電噴槍,而且人工補噴難度大。所以該涂裝方式得不到大力的推廣應用。

      直到目前的鋁型材氟碳立式靜電噴涂新工藝的出現,國內自動涂裝系統的研制已取得突破性進展,填補了國內外空白。2009年,由聯德(廣州)機械有限公司研究開發的立式排槍組式自動噴涂系統生產線的投產應用,結束了以上兩種模式的噴涂缺陷,改變了其生產工藝,提高了生產效率及涂裝質量,上漆率提高還無需人工補噴,意義重大。

      1.2  論文來源

      2009年9月,聯德(廣州)機械有限公司承擔了佛山堅美型材有限公司型材立式噴涂生產自動涂裝線的建設工作,該項目是立式靜電排槍自動涂裝系統在型材涂裝行業中的第一次應用。該項目經過PPG、VALSPAR在聯德蘭氏實驗室前后三次的噴涂對比測試,都體現了很好的生產線投入使用價值。

      本項目旨在完成對本項目中鋁型材立式靜電噴槍自動涂裝設備應用在立式鋁型材氟碳噴涂上的新工藝研究與開發。

      第二章  立式排槍式自動涂裝系統介紹

      2.1.  噴涂工藝流程簡介

      臥式鋁型材靜電噴槍氟碳噴涂生產線工藝流程:工件上線→前處理→自動靜電噴底漆(靜電噴槍或旋杯)→ 底漆流平→ 自動靜電噴面漆(靜電噴槍)→ 面漆流平 →  自動靜電噴罩光漆(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旋碟氟碳噴涂生產線工藝流程:工件上線→前處理→自動靜電噴底漆(Ω旋碟)→ 底漆流平→ 自動靜電噴面漆(Ω旋碟)→ 面漆流平 →  自動靜電噴罩光漆(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線工藝流程:工件上線→前處理→自動靜電噴底漆(Ω旋碟)→ 底漆流平→ 自動靜電噴面漆(靜電噴槍)→ 面漆流平 →  自動靜電噴罩光漆(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 系統配置介紹

      鋁型材靜電噴涂本身存在周邊強電場及死角靜電屏蔽的影響,由于靜電噴碟受高電壓磁場的引力作用,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米長工件,上下漆膜厚度的一致性。噴碟旋轉速度、噴槍的霧化效果、升降機速度、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品質量,油漆的利用率及生產效率。

        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涂層的質量和附著力。

      所以,從產量、質量及投入成本的角度考慮,在底涂位置選用全自動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,雖然噴涂表面質量沒有噴槍光亮,但對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其氟碳噴涂產品的裝飾性,膜層的均勻性會直接影響到整個涂層的質量,對顏色及色差要求嚴格、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,也是本文重點講述的內容。

      面漆和罩光噴漆工序配備各兩臺有效行程為8米高的往復升降機,設備系統充分考慮技術的先進性,滿足鋁型材氟碳噴涂的高效率和表面涂裝高質量的需要,確保涂裝工藝及各項技術參數的完成。實現標準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靜電噴涂來完成,無需人工補噴。同時,生產線還要達到降低生產成本,提高油漆利用率,實現高質量、高效率、低成本運作。涂裝新工藝生產線的投產,能帶給企業更強的市場競爭力。

      確認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;

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

      2、異型材形狀繁多,且工件較高,要求不能有補噴現象,在該情況下噴槍是否能達到“零”補噴效果;

      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、保證凸出部分不會產生流掛。

      針對第一個問題,首先要解決的是工件表面受力點是否影響到工件的擺動,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始終在1把噴槍的噴幅1/N壓力范圍內。

      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,同時噴房送排風風速均勻在0.3-0.5M/S,那擺動問題將得到很好解決,從試驗及生產的過程中,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整在0.07~0.012Mpa;

      對于是否能實現零補噴問題,通過批量生產證明,只要能將掛具與噴槍噴涂面配合調整好,一般的工件異型噴涂面是可以達到無需補噴;

      解決漆膜均勻度及流掛問題的關鍵,是工件在噴涂受漆時間范圍內,符合噴涂膜厚要求。首先必須要保證對工件有足夠的重復噴涂次數,及每把已獨立控制的上下排噴槍油漆的吐出量,在全噴涂行程中準確精密按設定的工藝參數穩定供漆,噴槍開關槍實時對應工件噴涂面噴涂,上述問題的解決,就不會出現多噴或少噴問題,流掛問題更不會出現。

      通過以上分析、實驗及生產線投產結果,證實生產過程中只要控制調整好以上要點,完全達到了新工藝的所希望達到工件涂裝質量要求。

      該新工藝生產效率高,漆膜平整,噴漆均勻,金屬質感亮麗,不會出現噴漆不勻的“W”現象,一般的異型工件的凹處不需要人工補漆,工件的凸出部分不會產生流掛現象,生產效率高,從而提高了生產線的管理水平及節約了人力成本。

      噴槍布置示意(圖四):


      圖 四

      2.3 油漆供給系統介紹

      供漆系統采用通過中央調漆房集中管路供漆方式,通過管路將油漆供應到每一個噴涂工作站,每個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換色系統,中央供漆提升了涂料供給的技術及管理水平。中央供漆采用獨立式柱塞泵供漆方式配置,同時為防止油漆在管路上油漆產生沉淀,管路中的油漆已設定好保持一定的流速。油漆泵站6組:采用三線循環方式。其中:1套獨立供應底漆噴房; 1套底漆、面漆共用;2套獨立供應面漆噴房;1套面漆、罩光漆共用;1套獨立供應罩光噴房。溶劑泵站1套:采用盲端輸送方式。小型機動供漆泵組2套,應對較小批量的生產訂單。

      8米高行程的噴涂過程中,噴槍吐出油漆流量的精確和穩定性對漆膜的均勻度極為關鍵,該油漆供給系統配置了流量侍服控制系統,對升降機升降過程高度改變所形成的涂料壓力變化的分析,需對涂料流量壓力進行調整補償,增加流量侍服控制系統功能配置,使油漆供給壓力能配合往復機高度改變達到實時的控制效果,實時對油漆流量進行精確補償而達到對噴槍油漆得穩定供給。

      該油漆供給系統對配置的每一把噴槍都具有單獨調整和開啟油漆吐出量功能。包括換色系統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,根據噴房內的油漆出口位置及管徑、管長進行設定,保證整個系統滿足壓力和流量要求,同時確保整個系統管路中油漆的合理流動速度要求,不會因流速過快而造成涂料降解以及能源浪費。

         

      第三章        經濟效益分析

      通過實驗及生產結果證實該噴涂新工藝的開發應用對提高企業的市場競爭力和社會經濟效益的發展帶來良好的效益,給氟碳噴涂行業帶來全新的生產模式,具體表現有:

      1.  無論是PPG涂料或者VALSPAR涂料,自動靜電噴槍噴涂效果、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均大于DISK噴涂機(圖表五).

      批次

      噴涂前后工件重量差

      噴涂所消耗的生涂料量

      附著在工件表面的生涂料

      平均平方數/平均膜厚

      上漆率

      備注

      1

      0.291kg

      6.940kg

      5.405kg

      5.62/32μm

      77.87%

      (PPG)

      自動靜電噴槍

      2

      0.170kg

      4.124kg

      5.157kg

      6.12/28μm

      76.55%

      (PPG)

      DISK噴涂機

      3

      0.240kg

      6.376kg

      5.059kg

      6.86/25μm

      79.55%

      (VALSPAR )

      自動靜電噴槍

      4

      0.141kg

      3.867kg

      2.972kg

      7.31/22μm

      76.86%

      (VALSPAR)

      DISK噴涂機

      圖五

      2.  在相同膜厚的情況下,自動靜電噴槍噴涂的涂層質量較DISK噴涂機的涂層質量飽滿,光亮度高

      3.  使用自動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點。

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


      圖六

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

      6.  噴涂生產線速度同為2米/分時,立式新工藝生產線的產能是臥式生產線的3倍,還可減小了生產線上企業人員配置,達到全自動化生產,生產效率提高的同時產品質量更加穩定。

      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還減小了VOC排量,對環境污染相對較少,達到節能減排目的。

      說明:

      1.平均平方數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線,臥式噴涂或完全使用DISK噴涂一般無法達到如此高的上漆率。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,噴涂平方數均高于5.6m2/L。

      備注:該靜電噴槍組立式噴涂新工藝發明專利,已申請并已被國家知識產權局受理。

      聯德(廣州)機械有限公司

       


       


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