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华途仕建材:静电喷涂工艺探讨及节能优化

时间:2015-08-19 15:31:46  来源:广东华途仕建材实业有限公司  作者:翁晓春

 

作者介绍:翁晓春,广东华途仕建材实业有限公司副总经理,大学本科物理专业,物理学一级教师职称,中山大学EMBA工商管理硕士,翁晓春先生从事建筑金属建材产品行业多年,在管理,应用和开发方面有丰富的经验。尤其在产品创新和研发方面成就突出,先后研发了14项新产品技术专利,并参与起草由国家工信部、国家建材检测中心组织的两项新产品(高抗划伤铝板和氟碳单涂层铝板)的国家行业标准制定。承担并成功实施了多项政府科技项目,研发成果填补了行业相关领域空白,社会经济效益显著。
摘要:静电喷涂工艺是近年来发展较快的一种涂装新工艺,它具有简化工艺、涂料利用率高以及优异的抗蚀性能等独待的优点,得到涂料工业领域的普遍重视。本文介绍了静电喷涂的工艺和主要设备,同时对其主要工艺环节进行节能优化,目标是建立静电喷涂车间资源的高效、回收利用,走资源综合利用的道路。

面对经济发展中如影随形的高消耗、高污染和资源环境约束问题,全世界开始寻求经济增长模式的全面转变,走节约型发展道路。静电喷涂技术是近年来在国内外快速发展起来的新型技术,相对于传统的喷涂技术,静电喷涂技术是能使涂料与待喷工件双向主动结合的先进的喷涂技术,吸附式的喷涂可以大大减少脱逸在空气中的漆雾,从而减轻喷涂车间的空气污染,提高油漆的利用率[1]。将静电喷涂技术应用于装饰建材表面喷涂,不仅能节省涂料,降低对环境的污染程度,而且可以使喷涂工艺机械化、连续化、减少废品率,获得优异的涂膜性能,大大提高劳动生产率,改善劳动条件,从而获得可观的社会经济效益。因此,广泛应用于仪器仪表、家用电器、机电设备、汽车船舶、 轻工器材、家俱机械及建材等金属零件的表面防护和装饰性涂装[2,3]。目前在国外,静电喷涂工艺已在工业涂装的各个领域得到了广泛的应用。由于静电喷涂工艺的优越性,许多部门已用该工艺取代了原有喷漆工艺。本文介绍了静电喷涂的工艺和主要设备,同时对其主要工艺环节进行节能优化,目标是建立静电喷涂车间资源的高效、回收利用,走资源综合利用的道路。
1 静电喷涂技术工艺流程
静电喷涂技术的典型工艺流程为[4,5]:
工件前处理    静电喷涂     固化    检查     成品
1.1 工件前处理
喷涂前需对工件表面进行处理,清除掉工件表面油污和灰尘后才能进行喷涂,同时在工件表面形成一层锌系磷化膜以增强附着力。前处理后的工件必须完全烘干水分并且充分冷却到35℃以下才能保证喷涂后工件的理化性能和外观质量。
1.2 静电喷涂
1.2.1 静电喷涂的基本原理
静电喷涂是根据电泳的物理现象,静电喷头为高压静电发生器,作阳极,被喷涂件及流水线为阴极,静电喷头与被喷涂件之间存在很大的电场力。 涂料中加入一定量的导电剂,喷涂施工时,压缩空气吹出的涂料带电液滴在高压电场的作用下飞向阴极被涂件,并被牢固地吸附在被涂件上,就可中和沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜[6]。
1.2.2 静电喷涂的主要设备
1、喷枪和高压静电发生器
喷枪的手柄、喷嘴和极针或喷杯为金属,其他均为尼龙制品。尼龙的电绝缘性好,它使喷漆时涂料雾化并将高频高压静电发生器输送的高压电通过喷枪的极针或旋杯,在喷枪与被喷工件之间形成电场。
2、涂料罐(压力罐)
涂料罐用于装涂料用,并通过缩空气将涂料输送到喷枪。
3、空气压缩机
空气压缩机供给0.3MPa-0.4MPa的压缩空气,所输出的压缩空气必须通过油水分离器把水分和油污除去。
1.3 固化及主要设备
涂料固化过程主要在烘炉中完成,烘炉主要由供热燃烧器、循环风机及风管、炉体部分等部分构成。炉堂内应严格防止粉尘飞入。
1.4 检查
固化好的工件,需对其进行各项性能指标的检测,看是否达到要求。常检测项目如下:外观、光泽、色差、涂层厚度、附着力(划格法)、硬度(铅笔法)、冲击强度、耐盐雾性(400h)、耐候性(人工加速老化)、耐湿热性(1000h)等。
1.5 成品
检查达标后的成品分类摆放在运输车、周转箱内,相互之间用报纸等软质材料隔离,以防止划伤并做好标识待用。

2 静电喷涂线节能优化
静电喷涂技术虽然具有诸多优点,但也存在一些弊端,如喷涂过程中涂料损失依旧较大,固化烤炉与地面接触热量散失严重,喷涂室漆雾污染严重等,本文旨在对幕墙装饰金属板材产品生产工艺环节进行改进,目标是建立静电喷涂车间资源的高效、回收利用,走资源综合利用的道路。
2.1 加装全方位自动光栅识别感应装置
幕墙装饰金属板材产品的生产通过两大工作流程完成,一是钣金流程,通过各种机器设备,经过开料、冲角、冲孔、折弯、滚弧成型等工作程序,将素材铝板加工成所需形状、规格。二是喷涂流程,钣金加工完毕后的半成品,进入喷涂流程,喷涂就是对半成品工件进行表面处理的工作流程。在此类产品生产过程中,相对于钣金流程,喷涂流程更易造成生产资源浪费、空气污染等问题,因为喷涂中所使用的油漆涂料产品生产过程中最可能对环境造成污染的原材料,所用的油漆涂料成本大约占到生产总成本的20%,为了减少油漆涂料在生产过程中的浪费,提高利用率,降低成本,减轻喷涂工作对环境造成的污染,采用自动静电喷涂方式进行表面喷涂处理为可实现此一目标,在自动静电喷涂生产线上加装光栅全自动静电喷涂扫描系统的方法,可以解决油漆涂料利用率低、对环境造成污染的问题。
光栅自动喷涂扫描工作原理:
光栅全自动静电喷涂系统利用光栅检测工件的外形,然后把检测到的工件外形数据送入微电脑PLC进行存储,这些工件外形数据经过微电脑PLC运算处理后去控制喷枪的开关,能够实现根据工件的外形进行精准喷涂,达到有工件的地方则喷油漆,没工件的地方则不喷油漆的效果,该喷涂系统同时配有工业级可视化人机界面具有操作容易,维护简单,省油漆,高效,自动化程度高的特点。
2.2 设置悬空固化烤炉
幕墙装饰金属板材喷涂生产环节中,涂膜固化是最后一道程序,也是一道非常重要的程序。对产品的表面处理质量,起到关键的作用。固化烤炉是喷涂生产过程中的“能耗大户”,升温、维持漆膜固化指定温度所需热量,都通过消耗天然气来提供。因此,通过将传统的设置于地面的固化烤炉,创新性地进行悬空设计,与地表隔离,消除因为与地面接触热传导而散失的热量,使烤炉的升温时间缩短,固化过程中天然气的消耗减少,可实现明显的节能效果。
悬空固化烤炉由烘道炉体、燃气热风加热装置、温度控制器、废气排放装置等组成,其具有以下特点:
(1)离地面1.5米悬空式的设计减缓炉内热量散失速度,节约维持温度所需的能量消耗;
(2)固化炉保温箱体内壁为压槽增强镀锌钢板,寿命长;
(3)保温层采用高密度机压岩棉,保温板的侧壁设置阻热桥结构,保温效果好;
(4)燃气加热的固化炉内设置多点均布独立可调式风口,使烘道内气流分布合理,温度均匀;
(5)固化炉门采用仿集装箱锁紧结构,操作方便,左右门扇均设有企口挡板,门框边缘设置密封凸条,密封性好;
(6)门锁采用自动升降结构,开锁后杆自动上升,避免开门时碰到门外的轨道;
(7)固化炉可两端开门,方便工件周转,提高固化炉的利用率,降低空载率,避免余热散失浪费。
2.3 加装喷涂房水幕循环系统
该系统的设计,是为了在回收利用绝大部分工业用水的前提下,解决幕墙装饰金属板材喷涂生产环节中的空气污染问题。喷涂环节的空气污染主要是由未能附着在工件表面脱逸在空气中的涂料分子构成的漆雾造成,如不进行处理,将对空气和从业人员的职业安全健康造成重大威胁,而漆雾的物理性状决定了使用流动水帘来吸附清除效果最好。
喷涂房水幕循环系统由水帘喷漆室、水池、水帘装置、泄水板、挡水板、排气系统、均压室等装置组成。而水帘喷涂房由室体、水槽、水帘板、水循环系统、抽风过滤系统等组成,正常完成工件喷涂的同时能有效防止废漆排放从而减少环境污染。喷漆时,进入喷漆室的漆雾首先与水幕相遇,被冲刷到水箱内。其余漆雾在通过多级水帘过滤器时完全被拦截在水中。水帘处理漆雾的基本过程为:在排风机引力的作用下,含有漆雾的空气向水帘机的内壁水帘板方向流动,一部分漆雾直接接触到水帘板上的水膜而被吸附,一部分漆雾在经过水帘板上淌下的水帘时被水帘冲刷掉,其余未被水膜和水帘捕捉到的残余漆雾在通过水洗区和清洗区时被清洗掉。经过水帘的多级净化,空气中废漆去除率达到85%以上。漆雾与水混合随水流泻入盛水池,经水泵抽吸过滤,油漆残渣浮于水面。用盛器舀出集中处理,保持水质清洁,从而完成漆雾净化目的。

3粉末静电喷涂线节能优化效果
静电喷涂线节能优化,主要以关键生产环节为切入点,目标是建立静电喷涂车间资源的高效、回收利用,走资源综合利用的道路。生产线主要进行以下三方面的工艺改造,最大程度的减少能源的使用以及废水、废料以及废气的排放,效果显著。工艺改进后节能情况见表1。
(1) 加装全方位自动光栅识别感应装置,能有效针对工艺喷涂区进行精确喷涂加工,减少人工补枪强度,提高喷涂生产效率。减少油漆用量,降低生产成本。
(2) 设置离地悬空设计的烤炉,使炉体升温时间比传统的设置于地表时缩短了40分钟。降低天然气消耗量。缩短喷涂等待时间,提高工作效率。
(3) 加装喷涂房水幕循环系统,能吸附未能附着在喷涂面的散失的油漆分子,净化喷涂车间空气,延长喷涂工人作业时间,提高喷涂生产效率。同时生产的用水量比传统工艺节约70%以上。
表1 节能前后对比情况表
能源消耗类型 传统生产模式
(单位面积) 实施资源综合利用后(单位面积) 效益(%)
工业用电(度) 1.32 1.1 17
工业用水(吨) 0.22 0.06 73
天然气(方) 0.35 0.24 31
油漆涂料(kg) 6.71 5.5 22
静电喷涂线节能及资源综合利用成果用于实际生产中,预计可实现单位面积油漆用量降低22%左右,单位面积天然气用量节约31%,单位面积用电量节约17%,单位面积用水量节约73%,达到了提高产能,节能降耗、降低成本的目标。

4 结语
静电喷涂技术在提高涂料利用率、清洁环保方面,是传统喷涂工艺所无可比拟的,而随着科学技术的不断发展,静电喷涂技术应用范围的不断推广,研究和完善静电喷涂工艺流程,使之成为一门更加成熟的技术,相信在不久的将来,其前景将更加广阔。

参考文献:
[1] 余泳昌,王保华.静电喷雾技术综述[J].农业与技术, 2004, 24(4):190-193.
[2] 葛自良,毛骏健,等.液体静电雾化现象及其应用[J].自然杂志,2000,22(1): 41-45.
[3] 汪成榕.静电喷漆[J].电镀与环保,2000,20(4):28-30.
[4] 高全杰,汪朝晖,王家青.静电喷涂技术及其应用探讨[J].现代涂料与涂装,2006,(5):39-41.
[5] 王贞涛,闻建龙,陈燕等.静电雾化理论及应用技术研究进展[J].排灌机械, 2004,22(6):41-44.
[6] 庞留泽.静电喷涂原理及其应用[J].表面技术,1989,(4):27-31.