《2010粉末涂装培训 第三讲 粉末涂料的涂装工艺》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
第四章粉末涂料的涂装工艺4.1概述粉末涂料涂装技术的发展，起始于本世纪40年代，随着世界聚乙烯树脂产量的迅速增长，人们研究获得一种没有针孔缺陷的涂膜。这种涂膜的防腐性能大大优于传统的喷漆工艺。对于流传数千年的液体涂装技术来说，这确实是一场富有挑战性的技术革命。聚乙烯树旨是热塑性树脂，当树脂的温度高于熔点时，呈现出具有流动性的液态相。当温度低于熔点时，树脂又转变为固态相。人们根据这个特点，设计了一种新颖的粉末涂装工艺方法。它与传统的液体涂装工艺区别在于，不需要将成膜物质溶解于溶剂中进行涂装施工，而是将成膜物质直接涂装于工件表面。因此它获得的涂膜没有针孔缺陷，又省却了仅仅为了施工需要而使用的大量溶剂，同时还节省了能源和改善了环境。4.1.1粉末热涂装工艺最早出现的粉末涂装方法是滚涂法。它是将聚乙烯树脂加工成粉末状态的涂料，对需要涂敷粉末的金属零件进行预热，使其温度高于聚乙烯树脂的熔点10～20℃，然而将热态的金属零件在盛有聚乙烯粉末的容器内反复滚动，使粉末不断地熔粘于零件的整个表面。这种工艺方法非常原始，得到的涂膜厚度很不均匀，外观也粗糙不平，不适用于工业化生产，只能应用于个别化工产品的零件防腐涂装。但不管怎样，它毕竟是粉末涂装技术发展进程中走出的第一步，具有一定的历史意义。粉末滚动涂装工艺的特点是首先必须使被涂件的温度高于粉末涂料的熔点。被涂件获得的热量要保证能熔粘足够的粉末涂料。另一方面要求粉末涂料在受热后，必须具有一定的流动性，使粉末涂料能够熔融流平成连续的涂膜。这就是大家所熟悉的热涂装工艺的基本原理。人们根据热涂装原理，研究成功聚乙烯火焰喷涂法。它拉开了粉末涂装的序幕。当时除了火焰喷涂法外，还采用散布法。这是一种将树脂粉末均匀地撒在加热工件表面，使粉末熔融形成涂膜的施工方法。瀑布法类同于散布法，只是它的粉末浓度比散布法要高得多，因而能够方便地得到较厚的涂膜。为了使散布法能自动进行涂装，1952年原联邦德国Gemmer公司提出了流化床法，此法乃通过空气或惰性气体作用使粉末在专门容器内流动浮游，并且有液态特征。预热工件浸沉于流化床中，流态化的粉末就会均匀地熔融附着于工件表面，通过加热使其熔融流平，从而得到光滑连续的涂膜。当时应用的树脂主要是聚乙烯、聚氯乙烯和尼龙等热塑性树脂粉末。50年代后热固性环氧粉末涂料的问世，使粉末涂料的应用进入了一个重要的发展阶段。粉末涂料技术开始迅速地步入了工业化生产的领域。上面介绍了滚涂法、火焰喷涂法、瀑布法和流化床法。按照各种工艺方法的特点，相继设计制造了各类涂装设备和生活流水线，使热熔涂装技术在电机电器、管道及丝网产品等领域中取得了令人瞩目的成就。这些工艺方法的基点是必须把工件预热到相当高的温度，因此主要应用于金属零件的涂装。4.1.2粉末涂装工艺的分类粉末热熔涂装施工的操作必须在高温下进行，这给正确控制涂膜的厚度和保证批量生产中涂膜的质量带来了困难。热熔涂装的涂膜如果出现弊病，返修工作比较麻烦，工人在高温下操作的劳动强度大，而且工作环境恶劣。112 为了克服这些缺点，开始研究在常温下将粉末涂料均匀涂布到工作表面，再通过加热使附着于工作表面的粉层熔融流平成光滑连续的涂膜。这种施工方法也可以称之为粉末的冷涂装工艺。60年代法国Sames公司发明的粉末静电涂装技术，为粉末冷涂装工艺开拓了广泛的应用领域。根据粉末静电吸附原理和不同的施工方式，国内外已成功地制造了各种静电涂装专用设备。由于这项技术在国内的发展历史比较短，有些资料对某些工艺方法的名称和内容的介绍说法不一。这给不熟悉这项新技术的读者来讲，容易产生错觉或误解。同一种工艺方法由于出现不同名称而误认为是不同的工艺方法。例如流化床工艺方法有人称它为沸腾工艺，又称为流动被膜工艺，在电机行业中又习惯称之为熔槽绝缘工艺。又譬如，当前静电涂装技术原理正处于深入研究阶段，各家学说颇多。因而在介绍一种新颖静电涂装方法和装备时，常会误述为在一种新的静电涂装原理指导下获得的新涂装方法。象静电云雾室涂装法的原理，同静电喷涂法的静电流化床法的静电涂装原理完全一样，它的特点只是粉末的雾化状态类似于云雾。这种云雾可以在一个容器中形成，也可以在局部空间区域内形成。我们可以通过静电喷涂的方法得到它，也可以采用静电流化床或其它方法来制造云雾状态的粉末空间。因此，这种涂装方法虽然有其自身的工艺特色，但并不是一种新的静电涂装原理的产物。为了使读者对当前已有的一些粉末涂装工艺方法有一个较为系统的了解，按照它们的涂装原理和工艺特点进行了排列归类。上面列出的是粉末涂装工艺发展过程中曾经研究过的一些工艺方法。原则上可以划分为热熔涂装工艺和冷涂装工艺两大类。每一类工艺的涂装原理都是相同的，除了冷涂装工艺中的喷涂冷涂法属于例外。它是对被涂件需涂粉末的部位喷（刷）胶液，然后热熔融流平成膜。总之，不管用什么方法，只要能使粉末涂料均匀地涂布于被涂件的表面，经过加热熔融流平成膜，这种工艺方法就可归类于粉末涂装工艺。如果工件需要预热来熔融粉末的，则属于热涂装工艺范围。工作能够在常温下进行涂装技术，再进行热熔平成膜的就属于冷涂装工艺范围。当前广泛应用的冷涂装工艺主要是粉末静电涂装技术。通过上面介绍，再遇到新的工艺方法和涂装设备问世时，读者就可以按其涂装原理和工艺特点自行归类了。4.2涂装有的表面预处理4.2.1概述为了获得优良的涂膜和优异的产品质量，在涂装前对被涂工作表面进行的准备工作称为涂装前表面处理，简称前处理。前处理工作主要包括以下三个方面：一、从被涂工作表面去除各种污垢，如除油（也称脱脂）、除锈以保证涂膜的理化性能和产品的质量。常见的污垢有：金属的腐蚀产物（如铁锈、氧化皮）、焊渣、灰尘、碱渍、油污、旧涂膜等。在涂装前如果不除尽这些污垢，则不仅影响涂膜的附着力、耐腐蚀性能、耐潮湿性能、产品外观、而且锈蚀会在涂膜内部继续蔓延，严重时涂膜会成片脱落。二、对经过清洗的工件的表面进行种化学处理，以提高涂膜的耐腐蚀性和涂膜与工件表面的附着力。如对钢铁件进行磷化处理、对铝件进行氧化处理。三、采用机械的办法消除工件的机械加工缺陷，调整工件表面的粗糙度，以提高产品的外观质量和附着力。如平整工件表面的凸凹不平和毛刺、用喷涂砂方法增加表面的粗糙度。4.2.2除油4.2.2.1除油剂常用的除油剂有碱类除油剂和表面活性除油剂。一、碱类除油剂它是以碱的化学作用为主的一种清洗方法，由于价格低廉、使用简便，故目前仍广泛使用。（一）碱液除油的机理主要基于皂化、溶解和机械等作用。其次是乳化、分散等作用。在用碱液除油清洗动植物油脂和矿物油污时，两者的洗净机理不一样。112 在洗净动植物油脂时使用像苛性钠那样碱性强的清洁剂，当碱性保持在易皂化的一定浓度以上时，能使油污成为脂肪酸钠皂和甘油，溶解分散在洗液中。CH2－OOCRCH2OH││CH－OOCR＋3NaOH——>CHOH＋3R－COONa││CH2－OOCRCH2OH不过，中性油脂的皂化在弱碱性的水溶液和低温下不能进行。当动植物油污中含有游离脂肪酸时能直接被弱碱中和成脂肪酸钠皂。R－COOH＋NaOH——>R－COONa＋H2O上述两例生成的脂肪酸钠皂（即肥皂）不仅自身具有水溶性，而且也是表面活性剂的作用，能使不活性的油污被乳化，分散。上述反应不仅产生于动植物油脂，当矿物油脂中存在羧酸基团和硫酸根时，也能产生同样的现象。其过程如图12-1所示。由于中性矿物油脂与碱不能起皂化反应，因而不能期待上述效果。所以在清洗中性矿物油污时，强碱应与硅酸盐、多聚磷酸盐那样的胶体性碱清洗并用，靠强碱促使油污从被清洗物上解离，随后解离的油污靠胶体安定地分散。表12-1例举了碱类水溶液浓度与pH值的关系表12-1清洗用碱类水溶液不同浓度的pH值碱类温度碱液浓度，%0.250.51.02.04.0苛性钠25℃12.5412.7813.0413.3213.56碳酸钠（苏打）25℃11.0111.1211.2111.2811.3445℃11.6210.7710.8810.9511.01碳酸氢钠25℃8.618.598.568.558.5145℃9.658.638.558.518.4360℃8.78.718.668.598.53磷酸三钠25℃11.4911.7111.9012.0812.2945℃10.7010.9511.1711.3411.5360℃12.5212.7813.0413.3213.56表12-2所示的是各种金属耐碱性的极限值（pH），高于此pH值时，金属就易受浸蚀。从表中可知钢铁具有极好的耐碱性，但也有超出表中所示耐蚀性极限值之外的，例如硅酸钠能在锌等表面形成耐蚀膜。表12-2各种金属耐碱性的极限值（pH）金属极限值（pH）金属极限值（pH）锌10黄铜11.5铝10硅铁13.0锡11铜铁无极限（二）除油剂中碱的种类和性质112 1、氢氧化钠又叫苛性钠，属强碱性化合物。它在清洗时主要起化学作用与酸性污垢或动植物油脂反应，生成水溶性盐或皂化后被除去。它和碱性盐不同，不是通过水解作用提供碱度（OH-）而是直接电离的：NaOH——>Na+＋OH-对于有色金属具有较强烈的腐蚀作用，如对铝、锌能生成水溶性铝盐和锌盐，而被浸蚀，因此常不用于有色金属的清洗。氢氧化钠有强的杀菌作用，价格便宜，可是对人的皮肤等有强烈的腐蚀作用，因此操作时应十分注意。2、碳酸氢钠又叫苏打，是一种价格低廉的碱。它在水解时生成OH-1，提供碱度。Na2CO3——>2Na+＋CO2-32Na+＋CO2-3＋2H2O——>2Na+＋2OH-＋H2CO3H2CO3——>H2O＋CO2因此，碳酸钠具有缓冲作用，不象强碱那样地浸蚀某些有色金属。碳酸氢钠碱性比碳酸钠更弱，它对于油脂已无皂化能力，碳酸钠在硬水中能生成难溶于水的碳酸钙，而碳酸氢钠能与钙离子反应生成可溶性的酸式钙盐，所以对硬水有一定的软化力。3、偏硅酸钠Na2O·3SiO2·5H2O，正硅酸钠2Na2O·SiO2·5H2O和水玻璃Na2O·nSiO2·nH2O等硅酸盐，硅酸盐在水解时提供碱度。Na2SiO3——>2Na+＋SiO2-32Na+＋SiO2-3＋2H2O——>2Na+＋2OH-＋H2SiO3水解时生成的硅酸不溶于水，而以胶体状悬浮在槽液中，对固体污垢有分散作用，能避免污垢在工件上的沉积。正硅酸钠在它们之中碱性最强，按近苛性钠的碱性，使用时要注意它对有色金属、人的皮肤等都有较强的浸蚀作用。因其所含硅酸易成胶体，对污物的分散，保持能力优越，所以在钢铁等的清洗时常与苛性钠并用。偏硅酸钠比前者的pH值稍低，对皮肤的作用较弱，另外对污物的分散性优良。其最大的特点是对有色金属（特别是铝、锌、锡等）的碱腐蚀性的抑制力较正硅酸钠强，因而铝、锡、锌制件用的碱性清洗剂几乎都含有它。水玻璃的pH值更低，常应用于有色金属的清洗和作为肥皂的配合助剂。硅酸盐的一般特性是碱液的湿润、浸透性优良，保持污物的分散性和耐硬水性好，对金属有一定的防腐蚀效果，可是要注意在强酸存在的情况下，水解生成的游离硅酸能在被清洗物表面沉积，形成一层不溶于水的薄膜，水洗时不易洗掉，能影响涂层的质量。4、磷酸盐作为碱清洗剂用的仅局限于磷酸三钠，焦磷酸四钠和三聚磷酸钠三种。磷酸盐在水解时生成离解度很小的磷酸，从而获得了碱度。Na3PO4——>3Na+＋PO3-43Na+＋PO3-4＋3H2O——>3Na+＋3OH-＋H3PO4磷酸盐具有较显著的分散作用，可将颗粒状污垢分散成近似胶体粒子的小颗粒。焦磷酸四钠（Na2P2O7）还具有表面活性作用，其表面活性能力略逊于硅酸盐，而比简单的磷酸盐为强，它常用以代替硅酸盐，用于不能使用硅酸盐的清洗剂中。磷酸盐的另一个重要性质是可作为多价螯合剂使用，它与硬水中的钙、镁离子相结合，成为不溶于水的钙盐或镁盐而被除去。在这方面，复磷酸盐的多价螯合作用也大大优于简单的磷酸盐，用得最普遍的复磷酸盐是三聚磷酸钠（Na5P3O10），被大量制造应用于日用洗涤剂中，其价格较低廉。复磷酸盐不稳定，依据湿度、时间及pH值等条件的不同，常水解生成为焦磷酸四钠或磷酸三钠等较简单的磷酸盐。磷酸盐的共同特性是能抑制金属的腐蚀。由于磷酸盐的碱度（pH值）不大，而且在碱类中的价格也比较贵，所以很少作为金属清洗剂的主剂，而常与价格便宜的强碱并用。各种碱类的洗净性比较列于表12-3中。表12-3碱类的洗净性比较112 碱类pH值（1%）浸透力分散力乳化力洗净力水洗性偏硅酸钠12.1021212磷酸三钠11.9531112三聚磷酸钠9.632－23苛性钠13.042224碳酸钠11.2043214注：1为优；2为良好；3为尚可；4为不好。油污分散后的水洗性也是主要的洗净性之一，因苛性钠对洁净金属表面的吸着力很强，所以人其水洗性较差，各种碱的水洗性如图12-2所示。二、表面活性剂清洗除油剂以表面活性剂为主作为除油剂，利用其表面张力低，浸透湿润性好、乳化力强等特性来洗净金属表面油污的方法，称为表面活性剂除油法。（一）表面活性剂的除油机理表面活性剂是一种能显著降低表面（界力）张力并具有吸附性能的物质。从结构看，所有表面活性剂都是由极性的亲水基和非极性的亲油基两部分组成的。亲水基使分子引入水，而亲油基使分子离开水引入油，因此它们是两亲分子。所以表面活性剂具有亲水、亲油的性质，能起乳化、分散、增溶等作用。就清洗剂而言，乳化作用是主要考虑因素。两种互不混溶的液体在表面活性剂的作用下，一种以微粒形式分散于另一种液体中的混合液叫乳化液，这种表面活性剂叫乳化剂，乳化剂所起的主要功能叫乳化功能。在除油过程中形成水包油（O/W）型的乳化液，为了形象的理解这种过程，可用图12-3所示来说明。—清洗前的工作状态。存在空气与工件、空气与油污、油污与工件、油污与油污四种界面。—处在清洗液（清洗剂的水溶液）中，用清洗液置换空气的状况。这是一个润湿过程，黑点表示亲水基，白点表示亲油基。—清洗液浸入油污与工件，油污与油污的界面后，则仅存在工件与清洗液、清洗液与油污的两种界面，这是一个乳化分散过程，油污被表面活性剂包围而形成乳化液滴分散到清洗液中。—用清水洗去工件表面的清洗液。—工件在空气中干燥。112 （二）表面活性剂除油的特点1、在同样条件下清洗能力较碱液清洗强，去油质量好，可使清洗液的PH值接近中性或弱碱性（PH=9～11），适用于有色金属的清洗。2、它能与其他表面工序合并，如组成除油-除锈-磷化“三合一”工艺，在一定条件下可实现简化工艺的目的。3、在采用了生物降解的表面活性剂之后，有利于表面处理工序的污水处理。表面活性剂清洗法用的清洗剂一般是由多种表面活性剂、各种助剂（如消泡剂、防腐剂等）配制而成。其清洗性能主要取决于表面活性剂的种类和特性。常用的表面活性剂种类有：（1）阴离子型表面活性剂，如肥皂、烷基苯磺硫钠；（2）阳离子型表面活性剂，如烷基苯磺酸取代胺；（3）非离子型表面活性剂，如烷基酚聚氧乙烯醚。金属清洗主要采用阴离子型和非离子型表面活性剂。4.2.2.2除油方法除油的方法有浸渍法、喷射法、电解法、超声波法、手工法、有机溶剂法等。作为涂装前处理最常见的是前两种。浸渍法要求在较高浓度及温度的工作情况下操作，同时要求有适当的搅拌等机械作用，以明显提高洗净效果。它可以使用较多的阴离子表面活性剂，喷射法是以较低浓度的清洗液进行强烈喷射，因而不宜采用易起泡的阴离子表面活性剂，可以在较低浓度、较低温度下进行工作，两者的优缺点列于表12-4。表12-4浸渍法与喷射法的优缺点浸责法喷射法优点1、可用于外形复杂、具有封闭内腔的工件，但要注意避免造成气泡和残留清洗液2、设备结构比较简单，维护工作量较小3、用于清洗除油时不易生成过多的泡沫，故允许含较多的表面活性剂1、处理时间较短，处理温度与浓度也可较低2、由于具有强烈的机械作用，清洗效果较好，磷化膜的结晶也较细致3、工作环境好，劳动强度低缺点1、处理时间较长，处理所需的温度与浓度也较高2、清洗的效果较差，磷化膜的结晶也较粗3、工件环境差，劳动强度高1、不适宜用于封闭内腔的工件2、维护工作量大3、容易生成大量泡沫，在清洗除油时，要使用低泡或无泡表面活性剂喷射清洗法应用广泛，由于设备复杂、工艺要求较高，为保证最好的前处理效果，必须从下几个方面加强管理。一、加强工艺管理。严格执行操作规程，每天检查运行状态，时刻观察工艺参数。禁止工件停滞在设备中，以免生锈。二、注意水洗质量。工件在除油等工艺过程中，表面带有残液，若不洗净，影响产品质量。因此，必须将残液从工件表面上清除掉，称之为水洗（也称漂洗）。在工业生产中，为了节约用水，水洗用水一般是循环使用的，所以水洗将会逐渐被清洗剂所沾污。为了减轻污染程度，首先应尽量减少工件夹带清洗液污染下道工序。另外应考虑多级水洗，一般为二级水洗，有的工艺还使用纯水洗。后一级水洗用水最大沾污度不超过前一级清洗工件的1/10，这样二级清洗工件的残液浓度仅为原来浓度的1/100。在添加清洗水时，采用逆流补充，以节约用水。三、112 泡沫及其控制。在金属清洗中，泡沫的产生或消除对前处理工艺是很重要的，一定数量的泡沫对某些处理工艺是有利的（如酸洗）但是和家用清洗剂不同，工业清洗剂的质量并不取决于泡沫的多少，而在强力喷射时，要求清洗剂是低泡的。否则，批量生产就不能正常进行。常用的消泡方法有：加入消泡剂（有机硅类、高级醇类），采用低泡表面活性剂，控制温度，减少空气的混入。4.2.2.3除油剂的配方由于单一组分的清洗剂效果差，所以工业生产上很少采用，一般采用多组分、复合型的清洗剂。因为由强碱、弱酸、聚合无机盐、表面活性剂等适当配合而成的复合清洗剂，能有效地发挥各自的洗净特性，因而能显著地提高洗净效率。尤其是添加少量的表面活性剂后能成倍地提高洗净效率。清洗剂的配方可根据所清衍的油污种类、工件的材质、清洗方法等因素通过试验确定。现将黑色金属清洗剂的配方这例列于表12-5，有色金属清洗剂配方列于表12-6。表12-5黑色金属用碱性清洗剂的配方实例（质量%）配方序号12345678910磷酸三钠焦磷酸钠四磷酸钠偏硅酸钠原硅酸钠碳酸钠苛性钠表面活性剂32----46166----8410-6-4-40--5063220---2616632-15--3116655-30----35-5010-20-355-50--8280--3013-7-----6030109--29-18-368-表12-6有色金属用碱性清洗剂（质量%）配方序号12345碳酸钠磷酸三钠（结晶）磷酸三钠（有1个结晶水）偏硅酸钠四磷酸钠表面活性剂152015202650-5035-----203060103036-10205651051012注：本配方按1.5～6.0g的比例溶解在1L水中使用。表12-7碱液清洗剂采用二种清洗方法的工艺参数工序项目清洗法浸渍法喷射法除油第一次水洗第二次水洗时间，min温度，℃浓度，g/l时间，min压力，Mpa温度，℃时间，min压力，Mpa温度，℃3-1070-9010-300.5-1-常温-500.5-2-常温-501-350-603-50.25-0.50.08-0.15常温-500.25-0.50.08-0.15常温-504.2.3除锈4.2.3.1铁锈的组成及去除方法黑色金属表面的腐蚀产物为氧化皮和铁锈，涂装前必须除净，否则将严重影响涂膜的质量和使用寿命。112 氧化皮是黑色金属在热轧过程中发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁（FeO）、四氧化三铁（Fe2O4）、三氧化二铁（Fe2O3）组成。根据工件的材料厚薄、表面状态、加工的尺寸不同可采用不同的除锈方法，如喷砂法、抛丸法、化学法、手工法等。表面有油污的制品应先进行除油。喷砂法是利用压缩空气为动力使石英砂经过特殊的喷嘴，以很大速度喷向工件表面以除去氧化膜的方法，抛丸法是利用机械方法产生的离心力将钢丸抛向工件表面以除去氧化膜的方法，上述2种方法处理的工件可获得均匀粗糙的表面，一般用于铸件钢管或厚钢板除锈。这类除锈设备一般包括三个系统，即除锈系统、回收系统、除尘系统。由于其涂装方面应用较少，本节重点讨论化学除锈。4.2.3.2化学除锈液成分及作用为了缩短酸洗时间，提高酸洗质量，防止产生过蚀、氢脆及减少酸雾的形成，可在酸洗液中加入各种助剂，如缓蚀剂、润湿剂、消泡剂和增厚剂等。消泡剂和增厚剂一般仅应用在喷射工艺上。一、缓蚀剂在酸洗液中加入少量的缓蚀剂，可以大大减缓金属铁的腐蚀及氢脆现象，而对除锈没有显著影响。缓蚀剂的作用原理，一般认为缓蚀剂在酸液中能使基体金属表面形成一层吸附膜。膜的形成是由于金属铁开始和酸接触时就产生下列反应：阳极区FeFe+++2e阴极区2H++2eH2↑使金属表面带电，而缓蚀剂是极性分子，带电的金属会将细小而分散的缓蚀剂颗粒吸附在它的表面上形成保护膜，阻止酸与铁继续反应而达到缓蚀的作用。氧化皮和铁锈不会吸附带有极性的缓蚀剂分子，因为氟化皮和铁锈的表面不会带电荷，因此不能产生吸附膜。评价各种缓蚀剂的作用，最重要的是确定缓蚀效率，其式为：W1－W2缓蚀效率（%）＝——————×100%W1式中W1—无缓蚀剂时试样的失重W2—有缓蚀剂时试样的失重在一定范围内，酸洗中缓蚀剂的缓蚀效率随加入量的增加而提高，但各种缓蚀剂在各种酸液中的加入量都有一个极限值，效率不再提高。酸洗温度的升高，缓蚀剂的缓蚀效率降低，甚至会完全失效，每一种缓蚀剂都有一允许的使用温度，并需定期向酸液中补充一一的缓蚀剂，使其缓蚀效率维持在75%以上。常用缓蚀剂的特性列于表12-8中。表12-8各种酸缓蚀剂在酸洗中的使用特性名称添加量/ml缓蚀效率，%允许使用温度℃在10%硫酸中在10%盐酸中在10%磷酸中“KC缓蚀剂（即磺酸化蛋白质）六次甲基四胺（乌洛托平）54牌缓蚀剂（若丁）硫脲+4502硫脲4551+1460.070.496.3-74.0-89.6-----98.39993.46040809060二、润湿剂酸洗液中所有的润湿剂，大多是非离子和阴离子型表面活性剂，利用表面活性剂所具有的润湿、渗透、乳化、分散、增溶法和去污等作用，能大大改善酸洗过程，缩短酸洗时间。常用的润湿剂有平平加、OP乳化剂，曲通（triton）X-80、601洗涤剂等。三、除锈用酸酸洗除锈所用的酸有无机酸和有机酸。无机酸有硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸等；有机酸有醋酸、柠檬酸等。有机酸作用和缓，残酸无严重后患，不易重新锈蚀，物件处理后表面干净。但有机酸价格较贵，除锈效率低，故多用于清理动力设备容器内部的锈垢以及其他特殊要求的构件。112 无机酸除锈效率高，速度快，原料来源广，价格低廉，其缺点是如浓度控制不当，会产生金属“过蚀”现象。而且残酸腐蚀性很强，如酸液清洗不彻底，会影响涂料的保护性能。用磷酸则没有这些缺点，因为它能够在金属表面产生一层不溶于水的磷酸盐层（磷化膜），可防止锈蚀，同时也是涂装时良好的底层。但磷酸价格较高。酸的浓度和温度对除锈速度均有显著影响。在硫酸除锈时，随着硫酸浓度的增加，速度加快，但当浓度达25%以后，却反而下降。在盐酸聊锈时，裸露金属的腐蚀速度比氧化物的腐蚀速度要快得多。所以，在工业生产中为了避免工件过度腐蚀、原料。无谓损耗以及酸雾的挥发，一般硫酸浓度控制在20%以下，而盐酸应控制在40℃以下，并且要添加抑雾剂。4.2.3.3除锈液配方无机酸除锈是目前最常用的一种除锈工艺，一般涂装前处理的工艺过程为：除油—>水洗—>除锈—>水洗—>中和—>水洗—>表面调整—>磷化—>水洗—>烘干其中除锈、水洗、中和可视为除锈过程。除油、水洗和表面高速、磷化、水洗可视为除油及磷化过程。除锈的配方见表12-9。表12-9除锈液的配方和工艺参数组分，g/L配方1配方2配方3配方4硫酸200~25080~150盐酸150~200250硝酸30硫脲2~32~3六次甲基四胺1~3表面活性剂适量适量适量适量槽液温度，℃40~6030~4040~60处理时间，min除净氧化皮除净氧化皮1.5除净氧化皮为了防止二次生锈及将残酸带入磷化工序，除锈后的工件必须中和处理后才能进入下道工序，中和槽液为3~5g/LNa2CO3水溶液。4.2.3.4除油除锈“二合一”在酸洗除锈过程中，添加具有清洗作用的表面活性剂，如OP乳化剂，这类前处理液称为“除油除锈”二合一。同时进行除油除锈，它简化了前处理工艺，减少了设备数量，缩短了处理时间，达到了良好的效果。开始采用“二合一”工艺仅适用在油污及锈斑不太严重的工件，随着科学技术的发展，对于重油重锈采用“二合一”也获得了良好的效果。选用“二合一”还是选用除油除锈分级处理工艺，这要通过经济和技术可行性的分析来确定。表12-10列出二种二合一前处理液的配方。表12-10“除油除锈”二合一配方组分，g/L配方1配方2组分，g/L配方1配方2硫酸200~250—硫脲1~210盐酸—100~150槽液温度，℃70~8030~40平平加15~25—处理时间，min15~3010~20烷基苯磺酸钠—504.2.4磷化4.2.4.1概述112 一、磷化的作用磷化处理是将金属表面（主要是钢铁）通过化学反应生成一层非金属的、不导电的、多孔的磷酸盐薄膜。磷化处理工艺在工业上使用得很广泛，如金属成型加工、润滑、防锈、涂装等是它的主要用途之一。磷化膜具有多孔性，涂料可以渗入这些孔隙中，因而能显著地提高涂膜的附着力。此外，磷化膜又能使金属表面由优良导体转变为不良导体，从而抑制了金属表面微电池的形成，有效地阻碍了涂膜的腐蚀，可以成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性，所以磷化膜已被公认为涂层最良好的基底。因此，磷化处理已成为涂装表面处理工艺中不可缺少的一个环节。二、磷化的分类磷化处理有以处几种不同的分类方法。根据磷化膜的组成可分为铁系、锌系、锰系三大类。根据膜的厚度可分为薄膜型和厚膜型。根据处理温度可分为高温磷化、中温磷化、低温磷化。本节根据磷化膜的组成来讨论分析。（一）铁系磷化铁系磷化主要应用于涂装。铁系磷化膜很薄，膜重大多数在0.3～0.5g/m2，很少达到1g/m2。铁系磷化膜组成为三价铁的磷酸盐与三氧化二铁，颜色从蓝色到褐色。铁系磷化处理液的主要成分是酸式碱金属磷酸盐（如磷酸二氢钠、磷酸二氢铵），还含有碱金属的多聚磷酸盐（如三聚磷酸钠）及少量的催化剂促进剂和添加剂。在磷化处理工艺上，铁系磷化具有反应速度快，处理时间短，处理温度低，工艺幅度大，槽液的酸度低，磷化淤渣少，因而对设备要求不高，药品消耗少，成本低。如果选用合适的表面活性剂，可组成除油磷化“二合一”，从而可简化磷化处理工艺。但由于铁系磷化膜很薄，它的耐蚀性不及锌系磷化膜，所以主要应用于对耐蚀性要求不高的工件。（二）锌系磷化锌系磷化应用于润滑、防锈、涂装等方面。锌系磷化膜重在1～6g/㎡。涂装用磷化膜重在1～3g/㎡，系薄膜型。膜的组成，主要成分是锌、铁的磷酸盐，颜色从灰色到灰褐色。锌系磷化处理液主要成分是磷酸二氢锌、磷酸三聚磷酸钠及催化剂、促进剂、减渣剂等添加剂。锌系磷化由于配方的不同，工艺参数差别极大。就涂装而言，目前采用中温磷化，薄膜型，故反应速度快、时间短、温度低，淤渣较少，但锌系磷化不能组成除油磷化“二合一”，故工艺过程较多。锌系磷化膜的质量优于铁系膜，所以汽车涂装、家电电器涂装等均采用锌系磷化。（三）锰系磷化锰系磷化因处理时间长、温度高、浓度大、膜厚而松，涂装行业现已不用，多用于润滑、防蚀等方面。三、涂装用磷化膜要求：膜重一般在1～5g/m2，相当于膜厚0.6～3.5μm，同时磷化膜的结晶细致、均匀、连续、致密、附着力好、硬度大、孔隙率低。4.2.4.2磷化膜的形成机理及结构一、机理磷化处理材料的主要组成为酸式磷酸盐，其分子式为Me（H2PO4）2，Me通常指锌、锰、铁等。这些酸式磷酸盐能溶于水，并分解产生游离磷酸。3Me(H2PO4)2<=======>Me3(PO4)2＋4H3PO4游离磷酸把被磷化金属（以钢铁为例）表面的铁溶解下来，并放出氢气，这使金属与磷化溶液相接触的界面处的酸度下降。Fe＋2H3PO4<=======>Fe(H2PO4)2＋H2↑反应中释放出来的氢气被吸附在待磷化金属的表面上，从而阻止了磷化膜结晶的形成。为加速磷化反应的速度，缩短磷化处理时间，在磷化处理溶液内加入氧化剂、促进剂以除去氢气。以亚硝酸钠作促进剂为例，亚硝酸盐分解产生的NO2可使氢气氧化生成水，在工件表面溶解下来的亚铁离子被NO2氧化成三价铁离子而生成FePO4，在磷化工作液的酸度下，它几乎不溶于水，于是就成为淤渣沉淀下来了。其反应式如下：112 2Fe＋2H2PO4-＋2H+＋3NO2———>2FePO4＋3H2O＋3NO↑在工件表面上氢离子的唯一来源是酸式磷酸盐，上述的反应需要消耗氢离子，从而降低了酸度，于是磷化膜就按下面的反应式沉积下来。3Me2+＋2H2PO4-———>4H+＋Me3(PO4)↓将上述两上的反应式结合起来，磷化过程的总的反应式如下。4Fe＋3Me2+＋6H2PO4-＋6NO2———>4Fe(PO)4↓＋Me3(PO)4＋6H2O＋6NO↑（淤渣）磷化膜实际的磷化反应要复杂得多，因为还有一些其他反应同时进行。磷化淤渣的主要成分为FePO4，也有少量的Me3(PO4)2。磷化膜的主要成分是Me3(PO4)2·4H2O，但也有磷酸铁与其它反应产物。在铁盐磷化过程中，由于所采用的酸式碱金属磷酸盐都是水溶性的，不能存在于磷化膜中。碱金属的磷酸二氢盐溶液在氧化剂的存在下，例如空气中的氧，与钢铁表面产生下列反应。4Fe＋4NaH2PO4＋3O2———>2FePO4＋Fe2O3＋2Na2HPO4＋3H2O铁盐磷化膜二、磷化膜的结构组成磷化膜的结构组成主要取决于工件材料和磷化液配方，其次与处理过程也有关系。由于铁系锰系磷化应用不广，且品种较少，故本节主要讨论锌系磷化膜的结构。在钢铁表面生成的锌系磷化膜主要有磷锌矿Zn3(PO4)2·4H2O和磷叶石Zn2Fe(PO4)2·4H2O。人们把磷化膜中的磷叶石含量的百分比叫P比。磷叶石P比＝——————————×100%磷叶石＋磷锌矿研究表明，磷叶石可以提高磷化膜的耐蚀性。应当指出，磷叶石中的铁分是金属基体表面的铁原子溶解指析出，而非溶液中的铁离子沉淀，这就是磷叶石主要集中于工件腐蚀表面磷化膜的内部的原因。磷化膜的结构与磷化液的配方有关。如镍改进的锌系磷化液，镍少量地夹杂于磷化膜中，在低锌的磷化液中，更多的形成磷叶石和铵镍矿。磷化膜的结构还与磷化工艺有关，一般情况下浸渍磷化比喷射磷化含有更朋的磷叶石。4.2.4.3磷化处理的工艺一、磷化处理的工艺过程（一）喷射法由于喷射的冲击起到了搅拌和表面更新作用，使得喷射法所需的磷化时间较浸渍地短，约2min，而且磷化液的浓度和温度也低，所生成磷化膜的结晶也较细。喷射法的缺点是它不适用于形状复杂或有封闭内腔的工件，因在封闭内腔的表面非但没有磷化，反而容易造成锈蚀。喷射法的另一缺点是生成的磷化膜的P比低，设备维护工作量较大，需要经常检查，疏通喷嘴。（二）浸渍法浸渍法的优缺点正好与喷射法相反，处理时间通常需要3～5min，处理的温度与浓度也较高，而且生成的磷化膜结晶也要粗些。它的优点是适用于处理形状复杂的工件，磷化均匀，磷化液的夹带量少，膜的P比高。综上所述，对一博面结构简单的工件，如冰箱、洗衣机外壳等宜采用喷射法，而对形状复杂的工件，如汽车车身等宜采用浸渍喷淋结合法。二、磷化处理的典型配方和工艺参数（一）浸渍用铁系磷化液配方磷酸二氢钠88g/L草酸39.7g/L草酸亚铁17.9g/L112 重铬酸钠10.5g/L氟化钠5g/L槽液温度50℃处理时间3～4min（二）浸渍用锌系磷化液配方Zn(H2PO4)2·2H2O60～70g/LZn(NO3)2·6H2O60～80g/LNaF3～4.5g/LZnO4～8g/L槽液温度20～30℃处理时间3～5min总酸度70～90点游离酸度3～4点（三）喷淋用锌系磷化液配方磷酸二氢锌10g/L硝酸钠7g/L硝酸锌7g/L亚硝酸锌0.3g/L总酸度10～12点酸比10～12:1槽液温度55～65℃处理时间2～3min4.2.4.4影响磷化处理的因素一、基材的影响有时在完全相同的磷化处理过程中会发现磷化膜的晶体结构、耐蚀性、外观颜色等不一样，这是因为钢铁牌号不同，微量元素（如铜、砷、锑、锰锡、铝或铅）含量不同所造成的。这些杂质对磷化过程中的浸蚀作用产生影响，有的杂质促进（如铜）、有的则抑制（如铝）磷化膜的生成，有的元素参加了磷化膜的成膜过程使颜色发生变化。即使组成相同的钢材，在采用不同工艺回火时，磷化膜的质量也会不一样。如果钢板表面上的微孔残留有辗压油，则在回火后碳化成为不溶物，也会影响磷化反应。因此，在对磷化药品进行对比试验时，一定要用相同的基材和采用相同的工艺进行。二、促进剂影响促进剂亦称催化剂，一般讲催化剂不参加反应，在反应前后没有物理化学变化，但是磷化过程中的催化剂是参加反应，并且有物理化学变化的，所以在磷化处理中使用的催化剂称之为促进剂。在磷化过程中主要是去极化作用。（一）磷化处理的所用催化剂的影响目前锌盐磷化处理大多用亚硝酸（一般用亚硝酸钠）来作促进剂的。在磷化处理时，亚硝酸盐的含量是关键，用量不足，则磷化速度减慢，不能在规定时间内形成完整的磷化膜；用量过多，则生成大量的磷化淤渣，不但增加了设备清理维护的工作量，而且也加剧了磷化药品的消耗。亚硝酸钠在酸性溶液中易分解产生NO2，而磷化液是酸性的，即使在工作时也会自行分解而消耗。所以在磷化过程中，它必须作为第二组不断添加。由于亚硝酸盐分解产生的气体NO2系酸性气体，在突然停车时，处于磷化过程中的工件将会被锈蚀。（二）常用促进剂的特点用作磷化处理的其它促进剂有过氧化氢、氯酸盐、硝酸盐等，现将它们的优缺点列于表12-11。112 表12-11常见促进剂的优缺点促进剂优点缺点亚硝酸盐氯酸盐硝酸盐过氧化氢除去磷化液中的铁和氢，作用大。在磷化液中稳定，除去磷化液中的铁和氯，作用大。产物无害，在磷化液中稳定除去磷化液中的氢。产物无害，除去磷化液中的铁和氢，作用大。在磷化液中不稳定，必须经常添加。反应产物Cl-为有毒。作用低，不除铁。在磷化液中不稳定，必须经常添加，磷化调节严格。三、氟离子的影响在含锌盐的磷化液中，铝离子能阻碍锌盐磷化膜的生成，当有促进剂存在情况下铝离子浓度在0.3g/L时，则能完全阻止锌盐磷化膜的生成，但加入氟化物时，一方面生成铝的配位化合物(AlF6)3-，另一方面生成不溶于水的氟铝酸钠而沉淀下来，使铝铁合金工件的磷化能顺利进行。四、前道工序的影响磷化前道工序包括：除油、水洗、除锈、表面调整。在强碱溶液除油和用强酸除锈后，均使磷化膜粗糙、变厚，于涂装不利，因此应对工件表面进行调整，通常使用弱酸性的草酸溶液，但现在更多的是用弱碱性的磷酸钛盐的溶液来处理，效果很好。这是因为钛盐是良好的结晶剂，通过钛盐的调整，工件表面快速均匀的分布了许多晶核，磷酸锌晶体在此表面上迅速均匀的产生，从而达到调整的目的。一般钛盐浓度仅为每升几克，而pH控制在9～10即可。五、后道工序的影响磷化后道工序包括水洗、钝化、干燥。工作经磷化后一定要彻底清洗掉残留液，否则易起泡脱落。为了保证水质，一般采用溢流水洗的方法，同时采取利用后面水洗槽的溢流水来补充前面水洗槽的逆流补充措施，一般最后一道水洗多数采用去离子水。锌盐磷化膜在经过120～160℃下烘干5～10min后，其耐腐蚀性大大增加，这是因为磷化膜在该温度下烘干时失去结晶水使磷化膜的孔隙率降低之故。六、游离酸度和总酸度的影响（一）游离酸度所谓游离酸度是指磷化液中游离态氢离子的浓度，它主要是由磷酸和其它酸电离产生。随着反应的进行，氢离子浓度逐渐降低，pH值上升。（二）总酸度总酸度也称为全酸度，是指磷化液中化合酸（H2PO4-）和游离酸浓度的总和。化合酸起着离解出游离态的H+维持溶液中的酸比，保持溶液酸度平衡的作用。同时化合酸的酸根又是参与成膜的主要成分。提高总酸度可以增加磷化膜的生成速度，而且成膜细致、均匀。增加总酸度还可适当降低磷化液的温度。但总酸度过高，游离酸度太低，也会降低腐蚀速度，成膜也易产生浮粉物；总酸度过低，则反应速度缓慢，磷化膜生成困难。（三）酸比酸比是保证处理液相对平衡的一个数值，酸比的计算方法为：溶液的酸比=游离酸度/总酸度不同品种磷化液的酸比比值不同，一般，酸比比值越高，磷化膜越细、越薄，但酸比过高时，不易成膜，皮膜易产生腐蚀现象，磷化液中沉淀多；酸比比值过低时，皮膜结晶粗大、疏松。七、温度的影响磷化处理随着温度的升高，其反应加快。磷化液配制后，溶液中的酸比随温度的变化而变化，温度升高，酸比升高，如果再降低温度时，酸比并不随之降低，这个反应是不可逆的。这是因为磷化液中的主要成分磷酸二氢锌在温度升高时分解产生H+，增加了游离酸浓度，并产生磷酸锌沉淀的缘故。112 3Zn(H2PO4)2——>Zn3(PO4)↓＋4H3PO4在游离酸度增加的同时，磷酸锌的大量沉淀使磷化液损失很大，因此，在实际操作过程中，一定要根据工艺规定的温度进行磷化处理。否则，会大量浪费原材料，破坏液体内部的平衡。对于同一配方的液化液，温度越高，磷化膜形成越快，磷化膜加厚，防腐蚀性能提高；但温度过高时，工件表面磷化膜质量降低并易附有灰尘和微粒，影响工件涂装后涂膜的附着力。温度过低时，反应速度减慢，磷化膜成膜不充分，结晶颗粒大，防蚀性能低。4.2.4.5除油、除锈、磷化“三合一”处理工艺一、特点对于涂装要求不高且锈蚀、油污不严重的工件，可采用除油、除锈、磷化“三合一”前处理液。它是以磷酸作除锈剂，以磷酸盐作为膜剂，以表面活性剂作除油剂，再添加少量助剂组成的处理液。在除油除锈的过程中同时在表面形成一层致密的铁系磷化膜，此类磷化膜系非晶态的磷化膜，使铁件具有短期的防锈性能。“三合一”处理液的优点是工序简单、配制方便、使用稳定、管理简易、改善劳动条件、减少污染。缺点是只能除去轻锈轻油、处理时间长、效率低，膜的性能一般。二、配方典型的“三合一”处理液配方见表12-12。表12-12“三合一”配方和工艺参数名称数量名称数量磷酸，g/LM-7有机硅酸，g/L硫脲，g/LOP-10乳化剂，g/L150～3000.13~53~5水，g/L槽液温度，℃处理时间，min余量50~705~104.2.5铝合金氧化处理铝合金由于有镁、锌等元素，机械强度提高了，但搞腐蚀性却下降了。它同空气中的氧、水汽反应生成疏松的不具有保护作用的氧化膜。所以为了取得良好的装饰、防腐蚀效果，铝合金一般都经过表面处理后再进行涂装。4.5.2.1除油铝制品工件在加工贮运过程中沾上油污、灰尘及其他污物，在涂装前必须进行除油清洗。由于铝及铝合金不耐强碱的腐蚀，大多采用以磷酸钠、硅酸钠及表面活性剂为主配剂的弱碱型清洗液。4..2.5.2化学氧化一、特点铝制工件的化学氧化工艺与钢铁件的磷化工艺相似。生成的氧化膜有较好的吸附力，是涂装的良好底层。它们的不同之处是，铝的化学氧化薄，其厚度为0.5~4μm，不能形成厚膜，质软不耐磨，故其防腐蚀性差，不宜单独使用。化学氧化的溶液有碱性和酸性两种。二、化学氧化常用的方法（一）碱性溶液氧化法溶液的配方：无水碳酸钠50g/L铬酸钠15g/L氢氧化钠2~2.5g/L槽液温度80~100℃112 氧化时间15~20min此法所得氧化膜质软、疏松，故处理的零件需立即用水冲洗，然后再进行钝化和涂装，否则时间长会影响涂膜的结合力。由于其性能较差一般很少使用。（二）磷酸盐、铬酸盐氧化法溶液的配方：磷酸50~60g/L铬酐20~25g/L氟化氢铵3~3.5g/L磷酸氢二铵2~2.5g/L硼酸1~1.2g/L槽液温度30~36℃处理时间3~6min此法也叫阿罗丁法。为了提高抗蚀性能，可以进行钝化处理。用此法获得的氧化膜，其外观为无色或彩虹色。膜的厚度约3~4μm，与基体金属的结合力好，膜厚度致密，且耐磨，零件尺寸无显著变化。一、工艺因素的影响（一）温度是影响膜的质量的重要因素，低于20℃时生成膜薄，防腐蚀能力差，高于40℃时反应快，膜疏松，结合力不好。（二）时间的长短要根据槽液的浓度、温度来定。温度低、浓度低，处理的时间要长，反之亦然。正常情况下，3~5min即可得到良好的膜。二、后处理：用一定的浓度的重铬酸盐溶液对氧化后工件进行后处理，可以提高其耐腐蚀性。4.2.6前处理槽液性能的测定4.2.6.1游离碱度的测定用移液管准确吸入10ml溶液倒入锥形瓶中，滴三滴酚酞指示剂，用0.1N盐酸标准液滴定直到粉红色变成无色为终点，0.1N盐酸标准液之用量ml数即为（称之为“点”）游离碱度。4.2.6.2游离酸度的测定用移液管准确吸入10ml溶液倒入锥形瓶中，加溴酚蓝指示剂4滴，用0.1N氢氧化钠滴定，从黄色或黄绿色转变成青紫色为终点，0.1N氢氧化钠标准用量的ml数（称之为“点”）为游离酸度。4.2.6.3总酸度的测定用移液管准确吸入10ml溶液倒入锥形瓶中，加二滴酚酞指示剂，用0.1N氢氧化风俗滴定从无色转变成粉红色为终点，0.1N氢氧化风俗溶液用量的ml数（称之为“点”）为总酸度。4.2.6.4磷化膜重量的测定一、退膜剂CrO3（g/l）50温度（℃）70~80时间（min）10~15二、磷化膜重的测定将磷化后的试样用天平准确地称重（精度0.1mg），浸入退膜剂中，按上述工艺参数浸渍一定时间后，取出、水洗、干燥、称重。计算式：P2－P1W＝—————S式中：W——膜重，g/m2；112 P2——退膜前试样重，gP1——退膜后试样重，gS——试样面积，m2注：试样面积不得小于0.03m2。4.2.7前处理工艺应用实例一、冰箱粉末涂装前处理工艺（一）工艺流程：冰箱生产批量大，壳体表面无锈，涂装质量要求高，故采用喷淋式化学除油、锌系磷化、纯水清洗等工序。工艺流程如下：箱体上线—>预除油—>除油—>水洗—>水洗—>表面调整—磷化—>水洗—>水洗—>纯水洗—>干燥—>下道工序此类工艺也可应用在洗衣机、电饭煲、微波炉、冰柜等产品。（二）工艺参数见表12-13表12-13冰箱前处理工艺参数序号工艺名称工艺药品配槽浓度/g/l主要控制参数温度/℃时间/min方式压力/Mpa1预除油FC-43285~10FAL10-1250~601喷0.52除油FC-432820~30FAL18-1950~602喷0.1~0.153水洗———室温0.5喷0.15~0.24水洗———室温0.5喷0.15~0.25表面调整PL-Z3~5pH9~9.5喷0.56磷化PB-3100NaOHAC-13125~300.5~0.71~2TA14~16FA0.5~1.540~502~3喷0.1~0.157水洗———室温0.5喷0.15~0.28水洗———室温0.5喷0.15~0.29纯水洗——K≤0.5μV/cm室温0.5喷0.1~0.1510干燥———120~14010~12—注1：FAL—指游离碱度；TA—指总酸度；FA—指游离酸度；K—电导率注2：前处理液选用上海帕卡茉精有限公司产品二、打气筒筒体粉末涂装前处理工艺（一）工艺流程该产品表面涂装要求一般，故采用除油除锈“二合一”，锌系磷化,浸渍式前处理工艺。该工艺可适用于管式家具、农具等。工艺流程如下：除油除锈—>水洗—>中和、表面调整—>磷化—>水洗—>干燥—>下道工序（二）工艺参数见表12-11表12-11 打气筒筒体的处理工艺参数序号工艺名称工艺药品配槽浓度，g/L主要控制参数温度，℃时间，min方式压力，MPa1除油除锈表面活性剂硫酸10-20硫酸浓度10%~20%10%~20%60~7010~15浸2水洗———室温1浸112 3中和,表调Pl-WNa2CO35-1010-15pH9.5~10室温1浸4磷化PB-139NaOHAC-13130~400.4~0.71~2TA17~19FAL0.8~1.2FA2~3505浸5水洗———室温1浸6干燥———120~14010~12注：中和、表面调整、磷化选用上海帕卡莱精有限公司前处理药品三、铝合金轮毂粉末涂装前处理工艺（一）工艺流程铝合金轮毂是豪华型轿车摩托车的专用轮毂，质量要求严、批量大、外观标准高，其前处理工艺流程如下：上线—>预除油—>除油—>水洗—>水洗—>化学氧化—>水洗—>水洗—>纯水洗—>干燥—>下道工序该工序适用于电扇扇叶等铝质工件。（二）工艺参数见表12-15表12-15 铝合金轮毂前处理工艺参数序号工艺名称工艺药品配槽浓度/kg/L主要控制参数温度/℃时间/min方式压力/MPa1预除油Ridoline155810~15FAL10~1255~601喷0.1~0.152除油Ridoline124210~15FAL11~1555~602喷0.1~0.153水洗———室温0.5喷0.1~0.24水洗———室温05喷0.1~0.25化学氧化Alodine120020-30Cr6+室温0.3~0.5喷0.1~0.156水洗———室温0.5喷0.1~0.27水洗———室温0.5喷0.1~0.28纯水洗——K≤0.5μS/cm室温0.5喷0.1~0.159干燥——120~14015注：前处理液选用上海汉高化学有限公司药品四、汽车制动泵粉末涂装前处理工艺（一）工艺流程汽车制动泵是汽车零部件，批量大、形状复杂，结合力、耐冲击力等理化性能要求高，而工件涂装前表面头况差，锈、油等严重，故前处理用除油、除锈、中和、表面调整、磷化等工序，并采用浸喷相结合的工艺。其工艺流程如下：上件除油（浸）—>水洗（浸）—>除锈（浸）—>水洗（浸）—>中和、表面调整（喷）—>磷化（喷）—>水洗（喷）—>水洗（喷）—>干燥—>下道工序该工艺可适用于汽车稳定杆等汽车零部件产品。（二）工艺参数见表12-16表12-16 汽车制动泵前处理工艺参数序号工艺名称工艺药品配槽浓度/g/L主要控制参数温度/℃时间/min方式压力/MPa1除油YT-150FAL1555~655浸2水洗———室温1浸3除锈硫酸硫酸浓度15%7010~20浸112 10%~20%4水洗———室温1浸5中和、表面调整钛酸盐Na2CO35~1010~15室温0.5喷0.1~0.26磷化Y864亚硝酸盐380.38TA18~20FA2~555±32喷0.1~0.157水洗————0.5喷0.1~0.28水洗————0.5喷0.1~0.29干燥————15注：前处理液选用上海仪表烘漆厂产Y系列磷化液产品4.2.8 前处理放射废水处理4.2.8.1 概述一、特点涂装生产线的废水主要来自于前处理冲洗排放水。前处理的冲洗排放水量大、浓度低、成分复杂，主要含有浮物、油、表面活性剂、磷酸根、锌、锰、镍、铬、氟、酸、碱等成分。具体成分、浓度因不同的工件、工艺、原料而不同，不能一概而论，因此在进行废水处理设计前分析化验、了解废水的成分及浓度极其重要的。二、废水排放标准为了保护环境，提高人民健康水平，对废水排放制定了有关国家标准GB8978-88，表12-17列出了GB8978-88中有关废水排放标准的部分内容。表12-17 GB8978-88国家标准和前处理废水浓度一览表序号污染物GB8978-88前处理废水浓度范围1总铬（mg/L）1.55~202六份铬（mg/L）0.52.5~2.53镍（mg/L）0.10.5~24pH值6~94~95悬浮物70100~10006化学需氧量（COD）10050~3507石油102~508动植物油203~159磷酸盐（以P计）0.51~1010氟化物100.5~1511阴离子合成洗涤剂51~1012锌22~2513锰22~25三、废水处理常用的方法前处理废水的处理方法很多，常用的有氧化还原法、中和法、混凝法、沉淀法、气浮法、过滤法、活性碳吸附法、膜法、离子交换法、闭路回收法、铁氧体法、电解法、生化法等。根据废水的成分浓度采用其中的一种或几种。而生成中采用较多的是氧化还原法、中和沉淀法、气浮法、过滤法、活性碳吸附法。4.2.8.2 常用的废水处理方法112 一、氧化还原法钝化和铝材化学氧化一般含有Cr6+离子，由于六价铬离子对人体危害极大，故控制极严，所以在废水处理时一般先单独把六价铬离子还原为三价铬，然后和其他废水合流进行后道处理。化学法处理含铬废水，常用的有药剂还原法、铁氧体法和铁灯处理法等。应用较多的药剂还原法是利用还源剂（如亚硫酸或焦亚硫酸钠等）把Cr6+还原为Cr3+，反应式：6H2SO4＋4H2CrO4＋6NaSO3——>2Cr2(SO4)3＋6NaSO4＋10H2ONa2S2O5＋H2O——>2NaHSO32H2Cr2O7＋6NaHSO3＋3H2SO4——>2Cr(SO4)3＋3Na2SO4＋8H2O二、中和沉淀法废水中重金属离子和磷、氟等阴离子在碱性条件下皆形成沉淀而除去。控制pH＝7.5~8.5。反应式：Me3+＋3OH——>Me(OH)3↓Me2+＋2OH——>Me(OH)2↓2PO43-＋3Ca2+——>Ca3(PO4)2↓2F－＋Ca2+——>CaF2↓其中：Me3+——Cr3+、Al3+、Fe3+Me2+——Zn2+、Ni2+、Mn2+、Cu2+、Fe2+以上反应产物密度大于1，在重力作用下，自然沉淀而分离并除去部分胶体。三、气浮法随着压力增高，气体在水中溶解度增加，叫深气水。在突然减压时，释出无数微细泡，浮出水面而逸出。气浮法就是利用深气水与废水混合，在突然减压时产生的微细气泡粘附在胶体，油液表面活性剂的周围，使其絮凝体密度小于1，从而浮出液面，形成泡沫，使其分离。四、精过滤法经沉淀气浮处理的废水，虽除去了大部分悬浮物，但仍有少量悬浮物存于水中，采用精过滤器则能将其余悬浮物除掉，经过精过滤后的出水，悬浮物＜20mg/L，可达到国家排放标准。五、活性碳吸附法活性碳是一种经高温活化的碳，有粉状、粒状，碳上布满了“小孔”，这些“小孔”表面积相当大，对含油有机物有优异的吸附功能，活性碳吸附就是利用这些特性除掉废水中的有机物等。经过沉淀法、气浮法可将废水中的有机物、活性剂等大部分除去。但仍有少量存在于水中，经过活性碳吸附后，其浓度可低于排放标准，达到COD＜50mg/L、油类＜10mg/L、活性剂＜2mg/L的指标。4.2.8.3 前处理废水处理实用实例一、冰箱粉体涂装生产线废水处理冰箱粉体涂装生产线前处理工艺流程为：预除油—>除油—>水洗1—>水洗2—>表面调整—>磷化—>水洗3—>水洗4—>纯水洗—>烘干排放废水主要来自于水洗1和水洗3二个工序，废水中主要含有悬浮物、油污、表面活性剂、磷酸根、锌、镍、酸、碱等成分。采用压力溶气气浮法处理排放废水较为合适。其工艺流程见图12-5。废水处理操作步骤如下：（一）运转前作好准备，包括设备管道的冲洗清扫，并检查水泵、空气压缩机闸门等设备及部件是否完好。如发现问题，应及时处理。112 （二）启动空气压缩机，待气泵内有一定压力后，开启清水泵，同时向溶气缺罐注水，注气，再打开溶气罐出水阀门。（三）依靠调整浸水量的大小，迅速控制溶气罐的水位及压力，使水位保持在水位管的三分之二左右，压力保持在0.3~0.4Mpa。（四）如进气量过大，水位不能稳定，可适当打开溶乞罐的放气阀，也可关闭进气阀，采取间歇供气的方法，亦可采用自动调节。（五）待溶气系统控制稳定后，溶气释放器释放出大量微气泡的乳白色溶气水，开启废水泵，根据废水浓度，控制一定的流量并及时调整混凝剂量和pH值，经常观察浮渣与出水情况，有条件的应及时进行分析测定，以寻求最佳的运转状态。（六）当浮渣厚度积聚10~15cm左右时，应及时提高池水位进行排渣。采用上述工艺方法处理后的废水中各种重金属离子混合浓度去除率在90%以上，有机物（COD）去除率80%以上，悬浮物去除率90%以上，处理后的排放废水达到排放标准。此种工艺方法及设备应用相当广泛，可适用于洗衣机、电饭煲、热水器、空调器、摩托车、汽车零部件以及钢家具、仪器仪表壳体等类产品粉体涂装生产线中的除油、表调、磷化等前处理废水处理。二、铝型材粉体涂装生产线废水处理铝型材粉体涂装生产线前处理工艺流程为：预除油—>除油—>水洗1—>水洗2—>表面调整—>铬化—>水洗3—>水洗4—>纯水洗—>烘干排放废水中主要含有六价铬、油污、表面活性剂等，采用药剂还原法将六价铬还原为三价铬，然后调整PH值进行凝聚沉淀，处理后排放废水达到排放标准。图12-6为典型的槽外集中亚硫酸氢钠还原处理含铬废水流程图。图12-6将废水储池与反应池合为一处，适当生产量小、废水量小的单位采用。其主要参数为：112 废水量：500~700t/a废水中六价铬浓度：5~50mg/L操作步骤如下：1、当储水池水满后，按每t水加硫酸100~150ml调整pH值小于3（并开动压缩空气搅样）2、取样分析废水中六价铬浓度；3、按Na2S2O5:Cr6+=3.5:14的比例投加工业级焦亚硫酸钠（干投），开动压缩空气搅拌15min；4、静置反应数小时后取样分析上清水中Cr6+浓度；5、含六价铬浓度后用泵将废水抽至沉淀罐中加20%苛性钠溶液，搅拌，调整pH值至6.7~8，继续搅拌15min；6、静置数小时后将上层清水排放；7、从沉淀罐底部放出沉渣、过滤收集。当废水量较大时，可采用两个以上储水池，按图12-7方法进行，或将储水池与反应池合并反应沉淀池，多设几个，交替使用。后者流程如12-7所示。当反应沉淀池足够大且数量足够多时，图12-8流程可实现废水的连续处理。为加速氢氧化铬的沉淀，可在加入苛性钠调pH值后，加入10mg/L兰州白银公司生产的3号凝聚剂（聚丙烯酰胺）。当采用凝聚剂时，反应和沉淀可在2h左右完成。此时，为达到连续处理，若含铬废水流量为2t/h，采用三个反应沉淀池，则每个池子的容量应为2.5～3t。若废水量特大而处理场地又比较宽裕时，可采用图12-8所示的流程。112 废水平均流量：20t/h六价铬平均浓度：61.4mg/L沉淀处理池容量：125m2，共2个，交替使用。废水pH值：5~6投料比：Cr5+:NaHO3=1:8（因废水中含锌等金属离子多，故投药比较大）加硫酸量：约0.48kg/m3废水加工业苛性钠量：约0.5kg/m3废水处理成本：0.87kg/m3废水采用4PW污泥泵2台。操作程序为：（1）开进水阀门，含铬废水自流入处理池，液位至标高时（125m3），关阀；（2）取水样化验六价铬含量，计算投药量；（3）加酸（打开酸槽阀门，酸自流入池）；（4）开阀门1、2，关阀门3、4、5，开泵，池中废水从排污管进，经泵排水管出，达到搅拌之目的。当pH值达到2~3时，停止加酸；（5）按计算量干投亚硫酸氢钠入池，搅拌20min；（6）打开碱液槽阀门，使碱液流入池中，继续搅拌，当pH达到7~8时，停止加碱。（7）停泵（停止搅拌），静置沉淀1~5h；（8）排水：关阀门1、2、5，开阀门1、5，开泵，污泥从排泥管进，经泵排入污泥浓缩池。此时，将阀门2略开一点，使部分泥由排水管排出起搅拌冲刷作用，污泥圈闭排完后，停泵；（9）排泥：关阀门2、3、4，开阀门1、5，开泵，污泥从排泥管进，经泵排入污泥浓缩池。此时，将阀门2略开一点，使部分泥由排水管排出起搅拌冲刷作用，污泥圈闭排完后，停泵；（10）找开进水阀，进行下一流程处理。其处理后出水水质见表12-18可达到国家排放标准。表12-18 流程出水水质编号六价铬（mL/L）总铬（mL/L）铁（mL/L）锌（mL/L）CL（mL/L）SO42-（mL/L）总量（mL/L）pH1未检出0.140.450.331.20.593.947.52未检出0.11——0.970.563.107.54.3 流化床涂装法4.3.1流化床涂装原理4.3.1.1 概述112 流化床涂装工艺是在粉末涂装中较早实施的方法之一。我国早在60年代初就开始对热固性环氧粉末进行了流化床涂装研究，并取得了成功。当时主要应用于机电产品，如对民机的绝缘涂层和防腐涂层等。近年来随着粉末及其涂装技术的发展，又广泛地应用在家用电器、生活电器、钢结构件等方面。应用的原料也由原来的环氧粉末发展到尼龙、聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯等更多的粉末品种。4.3.1.2 原理一、流化床的特性流化床涂装工艺的方法是将空气或某种惰性气体吹入窗口底部，使粉末涂料翻动达到“流化状态”。空气这多孔性透气板，成为均匀颁布的细散气流使粉末翻动，每个粉粒先上升后下降。这种流动粉体的性质很象液体。放入其中的如同沉入液体中。譬如当一段管子被水平地放入液体中，其内壁就会立即被润湿，但在流化状态的粉末中管腔内的粉末就变得静止不动了。这是因为粉粒的行动主要是上下方向的，水平方向移动很少。二、流化床涂装原理流化床的工作原理是用均匀的细散空气流通过粉末层，使粉末微粒翻动呈流态化。气流和粉末建立平衡后，保持一定的界面高度。将需涂敷的工件预热后，放入粉末中，即可得到均匀的涂层，最后加热固化（流平）成膜。流化床是固体流态学的第二阶段，也是比较复杂和难以控制的阶段。固化流态化的过程分为三个阶段：固定床阶段、流化床阶段、气流输送阶段。从理性上认识这三个阶段的特点和相互的关系，对于掌握流化床涂装技术来说是很重要的。（一）固定床阶段当流体速度很小时，固体粉末颗粒静止不动，流体从粉末颗粒间隙穿过，当流体速度逐渐增大时，则固体颗粒位置略有调整，即颗粒排列方式发生变化，趋向松动的倾向。此时，固体颗粒仍保持相互接触，床层高度H与粉末层体积也没有变化，这个阶段由图13-1中的ab段所表示。此阶段床层厚度并不随流体速度的增加而增加。但是，△p却随着流体速度的增大而增加，图中W为流体速度，Wkp临界速度，Wmax极限速度。（二）流化床阶段在固定床的基础上，继续增大流速W，床层开始膨胀和松动，床层高度开始增加，每个单个粉末颗粒被流体浮起，因而离开原来位置作一定程度的移动。这时便进入流化床阶段。在流化床范围内，随着流体速度的增大，粉末颗粒运动加剧，且做上下翻滚，如同流体加热达到沸点时的沸腾状态。这个阶段为图13-1中的bc段所表示。此时床内粉层肿胀，其高度随着流体速度的增大而增加，但床内压强并不增大，因此可在一个较大范围内变动流速而不影响液体所需的单位功率，这点是流化床的特征之一。图13-1的b点就是固定床与流化床的分界点，称为“临界点”，此时的速度称为“临界速度”。（三）气流输送阶段流体速度继续增中到某一极限速度时，固体粉末颗粒流体从流化床中吹送出，这个阶段称为气动输送阶段。从图13-1中c点开始即为此阶段。C点处的速度称为流化床的极限速度。由上可知，在掌握流化涂装技术中，应当将流体速度保持在临界速度Wkp和极限速度Wmax中间。112 固化流态化除三个阶段外，还按载体介质的不同分为”散式流态化“和“聚式流态化”两种。当以流体为介质时，流化床均匀而平稳，且有一个稳定的上界面，它以每秒种数次的频率上下波动，压强除也随之上下不一。如果在波动范围内取平均值，则仍可以认为不随流速而变动。这种流态化称为“聚式流态化”，它又按孔际率的不同分为“密相”和“疏相”两种。三、流化床的均匀性众所周知，流化床内粉末流化状态的均匀性是保证涂膜均匀的关键因素。粉末涂装用的流化属于“聚式流态化“。当气体速度不太大时，床层还比较平稳。若加大速度，即增加流化数W(W＝W/Wkp)，床层内粉粒运动加剧，就会出现气泡。气泡随着流化数 的增加由小变大。出现大气泡时，粉末颗粒被强烈地搅拌到界面上方，再增大流化数，大气泡就有可能占据流化床整个截面，这样床层将被分割成几段，产生“气截”、“腾涌”等现象，如图13-2所示。大气泡猛烈冲击固体粉末，当气泡破裂时，粉粒被抛得很高，然后落入床层内。气截现象将引起压强的剧烈波动，并恶化气流与固体粉粒的接触，使压强比下沉情况要大。引起流化床床层不均匀的另一个原因是流流现象，见图13-3。粉末粒度不均匀，其中特别是细小的颗粒容易产生内聚而形成孔渠。气流从孔渠中流过的现象称为“沟流”或“气沟”。沟流现象会使床层趋于不均匀，压强降波动比较大。因为首先是由孔渠中的小颗粒转入流化，继而两旁粉粒开始运动，远离孔渠的粉粒则可能仍维持在固定床状态。截面较大的流化床，其粉末流态化不均匀现象主要是由“大气泡”和“沟流现象”引起的。流化床控制得很均匀是比较困难的，流化数必需经过大时的试验才能找到最佳值，一般流化数的选择以能够进行流化床涂敷操作即可，没有必要苛求绝对均匀。刚开启流化床时，气量给得小一，再逐渐增加气量，达到相对均匀就可使用了。流化床内粉末的悬浮率最高可达30%～50%。4.3.2 流化床涂装设备4.3.2.1 流化床结构流化床主要是由气室、微孔室透气板和流化槽三部分组成。图13-4是一种较为常 见的桶形流化床结构。其结构特点为：一、气室部分采肜环形的铜管出风，并在两块多孔的均压板之间，夹一层羊毛毡，这样可使上升气流更为均匀。112 二、流化槽的槽壁带有1：10的锥度。这有利于粉末流动得更均匀。为了提高流化槽的空间利用率，流化槽亦可做成矩形或椭园形。三、流化槽可用钢板、铝合金板、聚氯乙烯板或有机玻璃板等材料制作。四、如图13-4所示在一般的流化床结构上增加振动机构，则将使粉料在流化槽里悬浮流化使得更为均匀，工件上的涂膜也较均匀，并且可以减少粉末的飞扬。特别当压缩空气流刚进入流化槽时，容易使粉末启动悬浮，便于将粉层调节到均匀的悬浮状态。对于直径大、床身高的流化床，这种振动装置能发挥出明显效果。这类流化床称为“振动流化床”。4.3.2.2 微孔透气隔板透气隔板是保障流化床达到均匀流化状态的主要元件。微孔陶瓷隔板具有机械强度高，孔径分布均匀、气孔率高等优点。这类透气隔板孔径有很多规格，一般在1.6～8.5ūm范围内。聚乙烯和聚四氟烯制作的微孔透气隔板，使用效果也较理想。特别是聚四氟乙烯透气隔板具有不粘粉末涂料的优点，受到用户欢迎。本节重点采用环氧粉末和石英炒粘合制作的微孔透气隔板。它的制作工艺简单，使用效果良好，对于涂装工作者有一定的实用价值。一、配方环氧粉末和石英炒粘合的透气隔板的配方见表13-1，控制石英砂的颗粒大小和环氧粉末量是保证隔板透气性能均匀和有较高机械强度的重要措施。树脂量过大，石英砂颗粒大和粗，都会导致透气不均匀，相反则会降低隔板的强主。配方二中因有粗颗粒石英砂，因此需加入一定量较细的石英粉，使透气性能达到要求。表13-1 透气隔板配方组分，质量份石英砂（60~80目）石英砂（80~120目）石英砂（＜120目）环氧粉末(180℃下固化60min)1/68/32248/2032二、制作工艺工艺流程如下：配料模具准备制坯加热脱模后热硬化（一）配料：按表13-1配方进行配料，将料投入混和机中混和均匀，硬化后隔板的密度约1.7左右。（二）模具准备112 1、将厚0.03~0.05mm的聚酯薄膜或硅橡胶玻璃布（作脱模用）铺在钢板上并与之粘牢。2、按照隔板形状制作一个模板，其尺寸适当放大，这是考虑到粉料溶化后产生收缩率为3%~5%。（二）制坯：将配好的粉料均匀倒入模具内，然后用金属块将粉末压实（如图13-5所示）再用长刮刀（或直尺）将多余的物料刮去，隔板坯即制成。（三）加热脱模：将制好的隔板坯连同底板一起放入（180±5℃）的烘箱中加热15~30min，待粉料熔化后从烘箱中取出，除去模具稍为冷却后将隔板翻身，拉掉聚酯薄膜或玻璃布。（四）后热硬化：脱模后的隔板连同底板一起再放入（180±5℃）的烘箱中加热1～2h，取出冷却。至此，微孔透气隔板已制作成功。透气隔板的厚度按流化床的大小，可选择在6~14mm范围内。流化床直径超过700mm的透气隔板的厚度可增至20mm，并可在隔板两面粘巾浸有环氧树脂漆的玻璃布来增加隔板强度。4.3.3 流化床涂装工艺流化床涂装工艺流程如下：加热固化检查涂敷开启流化床预热蔽覆前处理除去蔽覆物物4.3.3.1 工件前处理一般采用下面几种方法进行工件表面处理：—机械法：对工件采用喷砂或抛丸处理以除去工件表面的油污和锈斑。—人工法：用布或刷子，人工清理工件表面的灰尘、油污、锈斑等杂质。—化学法：根据工件表面所带的不同种类油污和不同程度的锈斑，选用相应的化学药液对工作进行除油、除锈或者进一步进行磷化、钝化处理以确保被涂工件表面清洁及耐腐蚀等性能。三氯乙烯蒸气清洗油污是一种简便而行之有效的方法，它的除油能力强，清洗效率很高。三氯乙烯加热至87℃便蒸发为蒸气，当工件放入蒸气中时，由于工件温度较低，三氯乙烯蒸气在工作上又凝聚成流体，并不断将工作表面的油污溶解泫淌至流体槽中。它的优点是使用方便，工件取出后立刻干燥。清洗液不需要更换，只要定时除去液面浮油，槽液可以长期使用。图13-6是三氯乙烯除油设备的示意图。112 它的主要结构要求是：—设备的加热功率和蒸气容量应满足工件批量生产要求的除油能力。—图中电热管可选用管状加热器，冷凝管通自来水冷却。汇流槽将冷凝的三气乙烯清洗液回收至槽底。抽气系统防止逸出的少量蒸气污染工作场地。—整个设备的内壁需采取防腐蚀措施，因为三氯烯在金属和氧气等催化作用下，会分解生成氯化氢，氯化氢会严重腐蚀设备的内壁。一般槽内壁采用聚四氟乙烯板或不锈钢板制作。为了防止三氯乙烯清洗液的分解，可以加入0.5%吡啶作为稳定剂。通过试验证实中药村赤芍和栀子也有很好的防止分解的效果。其用量为：赤芍1%～3%，栀子2%，它们的价格比吡啶便宜得多。4.3.3.2 工件预热工作预热温度必须高于粉末涂料的熔化。一般应高于粉末涂料熔化温度30~60℃。预热温度的控制主要取决于工作的材料、形状、热容量大小，所需涂膜的厚度等因素。工件的预热过高，会导致粉末涂料中高分子树脂分子的裂解、涂层产生气泡、涂层焦化、涂层过厚、流挂等现象。工件预热过低，则粉末熔化后不能达到良好的流动性，导致涂膜不平整，而且不易到所要求的涂膜厚度。因此在操作时要注意：热容量大的工件，预热则相应提高；涂层要求厚时，则工件的预热要高。预热的时间主要也取决于工件的热容量大小，热容量大的工件，预热时间应长一些。例如高密度聚乙烯适应的预热可用图13-7所示的“粉末容积”曲线上查得。当然，这些曲线是在特定的工件和材质条件下试验获得的。因此它的实用性有一定的范围。工件的各类金属对于贮存热量的能力是有影响的。同样尺寸的钢制件的贮热与铝制件相比的比数，在100℃时是90:60。所以要在铝制件上涂同样的存度的涂膜时，其预热必须以钢制件作基准按比例地提高。所以图中选择的只能作为参考，每种工件正确的预热温度应该通过试验后确定。4.3.3.3 流化床浸涂112 将预热后的工件迅速浸入流化槽中，乌黑在工件周围的粉末能过吸热效应吸收工件的热量，熔融粘附在工件表面，实现工件的表面涂敷。浸涂过程中，浸涂的时间、浸涂的方式对涂层的厚度和质量有较大影响。浸涂时间应根据工件所要求的涂膜厚度而定，涂膜较厚的工件，浸涂时间应控制较长。要想得到所需的均匀涂层，工件浸沉于粉层后必须使涂件保持运动，可以是转动也可作水平或垂直方向的移动。当粉层的流化状态不佳情况下，可将工件浸入粉层的中间并不静止不动，这样可避免产生严重不均匀的涂膜。浸涂的方式取决于工件的形状，对于几何结构复杂、凹凸尺雨差异大的零件,在工件浸涂的同时，工件自身转动、翻向、上下或者在浸涂的同时，流化床自身振动。这样都有利于膜的均匀性和提高涂层表面质量，对于涂膜要求特别厚的工件，可以进行多次涂敷。多次涂敷既能保证工作达到要求的厚度，又能避免在涂层中开成气泡，浸涂时工件自转，是为了使粉末均匀粘附；工件翻向是为了使工件各个端面涂均匀；流化床自身振动，一方面为了提高涂膜的均匀性，同时也帮助槽内粉要起动悬浮，尤其对颗粒较大的粉末或槽内装填粉末较多的流化床有着更加显著的效果。均匀的涂膜不是轻易就能获得，这是由于存在下述几方面的原因：一、粉末流化是由于向上的气流造成的，与液体有本质上的不同，因此只要避部气泫受阻，就会出现局部粉末流化不好，造成工件上表面粉层堆积，下表面涂膜却很薄或不连续的现象。阻挡面积越大这种现象越严重。二、工件下部总是先浸入粉层中而又是最后离开粉层。所以工件涂装后总存在上下部位涂膜厚度的差异。三、粉末流化状态不均匀，使槽内各部份粉末密度不同，也会使涂膜不均匀。针对上述存在的问题，在流化床涂装操作中采取以下措施来改善涂膜的均匀性。①透气板必须达到透气均匀的要求，最好使用振动式流化床涂装。②工件量以最小截面向床内灯层垂直浸入涂装。③浸涂过程中工件应前后，左右摆动或作旋转运动（被工件形状而定）。④浸涂过程中可将工件上下翻转180°涂装。⑤对工件施工加以机械振动。振动强度根据工件形状来定。譬如铜条粉末自动涂敷机对工件施加每秒6~8次的频率，垂直振辐8~10mm的振动。这种情况下，工件不必翻转就可获得均匀的涂膜。对于粗笨的工作则可增加振动，减少振福。⑥提高工件进出流化床的速度，可缩小工件上下部位涂膜厚度的差别。一般要求工件进出速度大于0.7m/s为佳。4.3.3.4 加热固化（塑化）经过流化床浸涂后的工件，虽然粉末熔融，包覆在工件表面，但必须经过加热固化（塑化）工序才能完成整个流化床涂装工艺。加热固化工序对于热固性粉末涂料来讲，是使高分子树脂进一步交联聚合；对于热塑性粉末涂料来讲，通过热塑化有利于粉末地一步流平。这样就能使涂膜具有更好的机械强度、电气性能、表面平整和光泽度等性能。热固性粉末的固化条件（固化温度和时间）是否严格执行，对于固化后的涂膜性影响很大。从图13-8的绝缘电阻和冲击强度与固化时间（固化温度为180℃）的关系曲线可以看出固化时间不够，涂膜的机械和电气性都明显下降。固化时间过长则涂膜颜色变深，柔软性降低。4.3.3.5流化床施工注意事项112 一、粉末涂料保持干燥，在使用和贮存过程中要防止粉末受潮、混入杂质和不同品质粉末，否则易使工作表面产生气泡、缩孔和杂质，影响涂膜外观质量。进入流化床压缩空气必须经过净化干燥处理。二、工件前处理的质量，对产品的涂膜和附着力有着较大的影响，应注意根据涂层质量的要求选择相应的前处理工艺。三、蔽覆夹具工件浸入流化床的流化粉末中，必须用夹具夹住工件。蔽覆就是把工件涂敷的部位遮盖起来，使它不与粉末接触。因此，尽可能使夹具与蔽覆结合起来。（一）蔽覆夹具的要求1、夹具夹住工件要牢靠。夹具不但能承受工件的重量，而且在工件振动时也能夹牢。2、蔽覆夹具装卸工作方便。最好采用自动开闭的结构。3、蔽覆夹具尽可能有冷却装置，例如采用风幕冷却。这样蔽覆夹具不粘粉末，可以长期使用不需清理。4、制造蔽覆夹具的材料宜选用粘上半熔粉末时容易清理的材料，例如聚四氟乙烯、甲基乙烯硅橡胶等材料。（二）硅橡胶弹性蔽覆夹具这种夹具类似于内胀胎夹具（如图13-9所示），主要用于保护工作内圆表面。硅橡胶胀胎的外径比工作内径小2~3mm。胀胎通过压缩空气后硅橡胶胀开，将工件内圆胀紧工件涂敷完毕后排去空气，蔽覆夹具即能方便取出。这种蔽覆夹具装卸方便，蔽覆效果良好。硅橡胶熔粘粉末后很容易除去。但它的缺点是容易吸热使硅橡胶温度升高。夹具工作时间长了就会熔粘上粉末，需要清理后才能继续涂装。（三）套式结构蔽覆夹具这种夹具适用于铜牌涂覆，套口盖子采用聚四氟乙烯板制作，套口尺寸应保证插拔铜条方便，但不能漏粉。为了防止套口处熔积粉末，将套口改制成锯齿状。涂敷时压缩空气从套口齿缝吹出，这样可以冷却齿端，同时还能吹走积粉。这种蔽覆夹具能连续使用而不用清理。（四）单件试品涂装时，可以采用医用胶布蔽覆或用纸粘贴，涂敷粉末后再除去。四、粉末涂料的粒度流化床内粉末是否充分悬浮，且又不飞散扬溢，粉末的粗细度和粒径分布也起着决定性作用。颗粒度太细，使流化床内的粉末涂料呈雾状，粉末易被气流吹散，颗粒度太粗，粉末不易悬浮。经实验得知，一般粉末颗粒粒径为100~200µm，其重量必须占总重量的70%~80%，这样的粉末粒径配比为最佳配比，否则粉末在流化床内不易形成平稳的悬浮状态。当涂装薄涂膜时，必须筛去直径比涂膜厚度更大的粉粒。如涂膜成分是由单一均匀组成的粉末或者不多于两种粉末涂料组成时，粉末粒度的分布在25~600µm范围内为好。尤以180~580µm为最理想。一般尽量避免粉末粒度超过580µm的粒子。112 粉末粒度的大小愈均匀，则粉末的流化状态愈均匀，粉末外逸的数量也较少。如果有非常细小的粉粒混入流化槽内，为避免大量微尘逸出，必须把通入气室的气流量非常缓慢地由小调大。这样才能逐渐使气流达到所需要的速率以保持槽内理想的流化状态。五、混合型粉末在长期流态化时，粉粒分层化会以不同方式发生。其原因有以下几点。（一）混合型粉末涂料中不同材质的粉末的密度差异大。（二）不同材质的粉末吸湿性能不同。（三）混合粉末的粒度分布太宽。（四）粉粒在涂装过程中遇热态工件长期接触会使粉粒团烧结成大颗粒粉末。前三个因素主要通过粉末制造过程中合理调配组成防止。但烧结粒子在流化床涂装中是不可避免的。当这些大颗粒粉末超过总量的5%时，就会造成流化不佳而出现粉末分层化。因此在涂装生产中应该定期将这些烧结的大颗粒粉末筛去，才能保证稳定的优质涂装。4.3.4流化床涂装工艺应用实例4.3.4.1在机电工业中绝缘和防腐蚀涂层应用环氧粉末涂料采用流化床热熔敷工艺，实现了微电机、中小电机、分马力电机的转子和定子铁芯的粉末熔槽绝缘，取代了传统的聚酯薄膜、青壳纸复合槽绝缘工艺，既降低了绝缘层厚度，又提高了工效，还为自动化嵌线创造了必要的条件。此外，流化床粉末涂装还在电力电容器、电容器外壳、电感线圈、变压器铁芯、电阻器、接线盒、小型蓄电池等电器产品的绝缘防潮上得到了广泛的应用，增强了产品的耐湿热、耐老化、耐高低温、耐冲击性和三防性能，显著地提高了产品的可靠性。下面将列举一些流化床生产流水线在机电产品应用中的有关工艺参数：一小型电机流化床生产线涂料：绝缘环氧粉末涂层厚度：0.3~0.35mm工艺流程：工件前处理à工件预热à屏蔽à流化床涂装à加热固化à检验工件前处理：采取化学法或机械法，对铁芯去油、去锈、清理毛刺。工件预热：温度一般控制在180~220°C，时间一般控制在20~40min，视工件的热容量大小而定。屏蔽：采用硅橡胶内圈充气胀紧，外圈靠端面压紧。流化床涂装：用机械手实现升降、翻转动作进行涂敷，一般2~3次/min，每升降一次转个方向，以达到要求的厚度。加热固化：经过涂装的工件，立即进入固化炉内加热固化，固化炉温度一般控制在160~180°C，时间一般控制在20~30min。检查：根据被涂电机的特定要求，对电机进行绝缘性、耐高温、耐湿性、耐老化等性能测试。二中小变压器流化床生产线涂料：绝缘环氧粉末涂层厚度：0.3~0.5mm工艺流程：工件前处理à工件预热à流化床涂装à整理à加热（固化）à检测工件前处理：用化学法或机械法除去工件表面的油污、锈斑、尘土；在不平和开裂处填平缝隙；在不需涂敷处加以保护屏蔽。在不需涂覆处加以保护屏蔽。工件预热：温度控制在180~220°C，时间控制在20~40min。流化床涂装：机械手夹住工件浸入流化床，时间一般控制在2~5s，然后翻转180°，同样的动作重复第2次，一共3~6次直至达到要求的涂层厚度为止。整理：用钳子和毛刷等工具轻轻除去多余的粉末。加热固化：经整理后的工件送入固化炉内加热，温度一般控制在160~180°C112 ，时间一般控制在20~40min。检测：对完成固化的工件进行检测，根据不同的变压器测试要求，对其进行膜厚、耐压、耐高温、绝缘性、耐老化等性能测试。三电动工具流化床涂装生产流水线工件：19mm电钻转轴粉末涂料：绝缘环氧粉末涂层厚度：0.8~1mm工艺流程：工件前处理—〉工件预热—〉流化床涂装—〉后处理—〉加热固化工件前处理：采用有机溶剂蒸气清洗除油，除去毛刺、杂质。工件预热：温度一般控制在220~250°C，时间一般控制在20~30min。流化床涂装：机械手上下往复浸涂，一般需要5次，每次1~2s。清理：机械振动或抖动除去多余粉末。加热固化：温度一般控制在160~180°C，时间一般控制在30~40min。4.3.4.2流化床涂装工艺在装饰性涂层中的应用粉末涂料流化床涂敷工艺从早期的绝缘、防腐蚀涂层的应用已发展到现在的装饰涂层应用，如仪器、仪表外壳涂层、电动机外壳涂层、电冰箱网格、货架涂层，钢家具涂层等都可采用流化床涂敷工艺进行涂敷。下面列举一些流化床生产流水线在装饰性产品中应用的实例。一冰箱网格流化床生产线涂料：聚乙烯粉末或聚氯乙烯粉末（食用级）工件涂膜厚度：0.3~0.5mm工艺流程：工件前处理—〉流化床涂装—〉加热塑化—〉检修工件装挂在输送链上，在步进输送、间歇运动中完成各道工序作业。图13~10是冰箱网格流化床涂装生产线的平面布置示意图。目前采用国产聚乙烯粉末涂料涂装时，需在塑化工序后增加淬水工序才能确保涂膜光泽和质量。采用进口聚乙烯粉末涂料，在塑化后进行空气冷却就可以了。图13-11是流化床涂装流水生产线的立体示意图。112 工件处理（预热）：一般不采用化学处理法，通常采用高温除油除去工件表面的油污。该道工序在工件预热炉中预热时同时完成。温度一般控制在350~400°C，时间一般控制在5~10min。流化床涂装：工件完成预热后输送到流化床工位间歇停顿，液压升降机构使流化床上升到工件涂敷位置，进行涂敷，时间一般控制在10~15s，然后流化床自动下降完成涂敷工艺，工件继续步进送入烘炉中进行流平塑化。加热塑化：温度一般控制在180~200°C，时间一般控制在30~40min。为减少对流热损失，烘炉的进出口都应加活动保温门，当工件前进时，预热炉、塑化炉炉门同时开启，工件停止前进时，炉门同时关闭。检修：对于漏涂部位用食用级环氧漆进行修补。二钢椅流化床生产线涂料：环氧聚酯粉末涂料涂膜厚度：0.2~0.3mm工艺流程：工件前处理—〉工件预热—〉流化床涂装—〉加热固化—〉检修工件前处理：除锈、除油、除焊渣，可采用化学清洗法或机械喷砂、抛丸法。工件预热：温度一般控制在250~300°C，时间一般控制在10~20min。流化床涂装：一般采用一次涂敷，涂敷时间一般控制在5~10s。加热固化：温度一般控制在180~200°C，时间一般控制在20~30min。此类工艺一般采用步进式输送、间歇运动完成各道工序。4.3.4.3流化床涂装工艺在化学工艺中的应用对于有些化工设备的管道、阀门、容器，采用流化床工艺涂敷，在目前国内外都有应用实例，其防护能力比油漆的防护能力提高了5~10倍，并且有些长达6~10m的管道，也能采用流化床工艺进行涂敷，充分体现了流化床涂敷工艺的优越性，从而提高了经济效益。粉末涂料的涂装工艺技术近年来虽然得到了迅速发展，但是流化床热熔涂敷工艺以其独有的特性，在各种涂装工艺中仍然占有重要的地位。流化床热熔涂敷工艺经历了近40年的历史，世界各国在流化床涂敷工艺应用方面都有所创新和发展。美国1961年就设计制造了世界上最大的流化床涂敷设备，流化床尺寸达到3.7×2.8m，能装环氧粉末3700kg，用以涂敷大型变压器线圈的绝缘涂层。我国已经能够设计制造2×112 2m左右的大型流化床，用以涂敷各种钢制家具，并且在液压、机械手及输送机械方面都有较大的创新和发展。由于流化床工艺具有其他涂装所不能取代的特种和经济性。随着科技领域的不断发展以及对流化床工艺的进一步研究和创新，流化床工艺将会得到更广泛的应用。4.4静电涂装法4.4.1高压静电喷涂法利用空气动力源将粉末雾化后喷射到工件表面，经固化（塑化）后形成涂膜。这类涂装方法的种类很多，静电喷涂法是其中最常用的一种。粉末静电喷涂技术的特点是工件可以在室温下涂装；粉末的利用率高，可达95%以上；涂膜薄而均匀，平滑、无流挂现象，即使在工件尖锐的边角和粗糙的表面亦能形成连续、平整、光滑的涂膜，便于实现“工业化”流水线生产。4.4.1.1应用原理高压静电喷涂中，高压静电是由高压静电发生器供给的。工件在喷涂时应先接地，在净化的压缩空气作用下，粉末涂料由供粉器通过输粉管进入静电喷粉枪。喷枪头部装有金属环或极针作为电极，金属环的端部具有尖锐的边缘，当电极接通高压静电后，尖端产生电晕放电，在电极附近产生了密集的负电荷。粉末从静电喷粉枪头部喷出时，捕获电荷成为带电粉末，在气流和电场作用下飞向接地工件，并吸附于其表面上。粉末静电喷涂过程中，粉末所受到的作用力可分为粉末自身重力、压缩空气推动力和静电场引力。粉末借助空气推力和静电场引力，克服自身重力，吸附于工件表面，经固化（塑化）后形成固态涂膜。从粉末静电吸附情况来看，大体上可分为以下三个阶段，如图14-1所示。图14-1粉末带电粒子吸附情况（A）第一阶段，带负电荷的粉末在静电场中沿着电力线飞向工件，粉末均匀地吸附于正极的工件表面；（B）为第二阶段，工件对粉末的吸引力大于粉末之间相互排斥的力，于是粉末密集地堆积，形成一定厚度的涂层；（C）为第三阶段，随着粉末沉积层的不断加厚，粉层对飞来的粉粒排斥力增大，当工件对粉末的吸引力与粉层对粉末的排斥力相等时，继续飞来的粉末就不再被工件吸附了。吸附在工件表面的粉末经加热后，就能使原来“松散”堆积在表面的固体颗粒熔融固化（塑化）成均匀、连续、平整、光滑的涂膜。4.4.1.2施工工艺高压静电喷涂的施工工艺对粉末成膜的影响至关重要。根据不同的工件，选择相应的工艺参数进行操作，直接关系到产品的外观与质量。高压静电喷涂工艺参数可列为以下几项：一喷涂电压（1）在一定范围内喷涂电压增大，粉末附着量增加。但当电压超过90kV时，粉末附着量反而随电压的增加而减少；112 （2）电压增大时，粉末涂层的初始增长率增加，但随着喷涂时间的增加，电压对粉末涂层厚度增加率的影响变小；（3）当喷涂距离（指喷枪头至工件表面的距离）增大时，电压对粉末涂层厚度的影响变小。一般距离应掌握在150~300mm之间；（4）喷涂电压过高会使粉末涂层击穿，影响涂层质量。喷涂电压应控制在60~80kV之间。二供粉气压供粉气压指供粉器中输粉管的空气压力，在其它喷涂条件不变的情况乱下，供粉气压适当时，粉末吸附于工件表面的沉积效率最佳。如图14-2。从图中可以看出，在一定的喷涂条件下，以0.05Mpa的供粉气压为100%的沉积效率作标准，随着供粉气压的增加，沉积效率反而下降。三喷粉量粉末涂层厚度初始增长率与喷粉量成正比，但随着喷涂时间的增加，喷粉量对粉末涂层厚度增长率的影响不仅变小，还会使沉积效率下降。喷粉量是指单位时间内喷枪口的出粉量。一般喷涂施工中喷粉量掌握在100~200g/min较为合适。喷粉量可用如下公式计算：Q—Qsq＝——————t式中：q——喷粉量（g/min）Q——供粉器中加入的粉末质量（g）Qs——供粉器中余下的粉末质量（g）t——喷涂时间（min）四喷涂距离喷涂距离是指喷枪口到工件表面的距离，当喷枪施加的静电电压不变，喷涂距离变化时，电场强度也将随之发生变化。因此，喷涂距离的大小直接影响工件吸附的粉末涂层厚度和沉积效率。喷涂距离和沉积效率的关系见图14-3。从图中可以看出，在其它喷涂112 条件不变的情况下，喷涂距离增大时，粉末的沉积效率下降。因此，喷涂距离是影响沉积效率的一个重要工艺参数。此外，粉末粒度和粉末的导电率对施工工艺影响也较大。4.4.1.3粉末高压静电喷涂典型工艺一工件预处理工件预处理是指被涂工件表面脱脂、去油、除锈等工艺操作过程。除锈工艺又分为喷砂、喷丸、抛丸等机械除锈和酸洗、磷化、钝化等化学处理。适合于高压静电喷涂的工件多半是薄壁工件，故采用化学前处理方法较好。前处理的目的是将工件表面清除干净后，让基体金属充分裸露出来，再涂一层过渡膜以增强粉末涂膜与基体金属之间的结合力。二工件的蔽覆蔽覆是根据产品的要求，对工件不需涂敷的部位采取保护措施。下面介绍几种涂装中经常遇到的需要蔽覆处理的情况。（1）阀件阀件内腔要求涂敷粉末涂料作为保护层，阀舌两侧面与阀体活动接触部分需要蔽覆。其方法是在需蔽覆处涂上一层硅酯，硅酯表面喷上的粉末固化后很容易清除掉。（2）内螺纹内螺纹孔需要保护。其措施是采用相应规格的螺丝旋入螺纹孔，将螺纹孔封住，不让粉末进入。内孔也可直接用紧配合的圆柱体堵住。但螺丝和圆柱体封口时，只要将内螺纹和内孔头部堵住就行了，不宜塞得很深。（3）外螺纹外螺纹之类的圆柱体及局部地区的蔽覆可采用黑色胶布或医用胶布等贴后包封，也可以采用套管加以蔽覆。（4）大面积不需要喷涂的部位对于大面积不需要喷涂的部位可在喷涂前用纸张遮盖好，喷涂完后再将纸张掀开。三喷涂手拿高压静电喷枪，开启静电发生器，同时开启供粉开关，控制好恒定的静电电压和固定的喷粉量，保证粉末源源不断喷洒在工件表面。喷涂大工件时，根据工件的形状，尽量命令枪头与工件表面（尤指曲面体）保持等距离，并且进行往复连续的喷涂动作。对于以装饰性为主的工件，只要喷涂至不露底为止。有些形状比较复杂的工件，为了使各个部位都能均匀喷涂，一般要上下、左右交换位置再喷涂一遍。当阀件、仪器、仪表等机电产品的壳体要进行内壁喷涂时，应将专用喷枪头部伸进壳内腔进行操作，同时要防止边角和台阶堆积过多的粉末。就工件表面以装饰性为主而言，一般采用较薄涂层来达到装饰目的，而防腐性能要求高的工件则需要较厚的涂膜，喷涂时可适当加厚涂层，但一次喷涂不宜太厚，否则涂膜容易发生麻点河流挂现象。为此，可以采用多次喷涂的方法获得适当厚度的涂膜。不同品种的粉末涂料采用多次喷涂的工艺操作方法也不一样。有的工件是在室温下采取多次喷涂，有的工件在第一次喷涂固化（塑化）后再进行喷涂。热塑性粉末涂料可以在半塑化状态下再次喷涂。多次喷涂的优点是：（1）加厚了涂层；（2）填平了头道喷涂后的涂层表面孔隙；（3）涂膜表面更光滑、平整。值得注意的是，并非所有的粉末涂料都可以喷二道或二道以上。即使可以进行多次喷涂的粉末，在施工过程中，对已经形成的涂层多次加温，也会引起热老化，影响涂膜地使用寿命。因此，增加涂膜厚度的有效办法是采用热喷涂工艺。采用多次喷涂工艺时喷涂次数一般不超过两次。四固化（塑化）固化（塑化）是喷涂操作过程中112 一个关键的工序，它对涂膜的物理、化学性能影响极大，必须严格执行固化（塑化）制度。（1）固化（塑化）制度每种粉末涂料都有相应的技术指标和固化（塑化）制度。该制度是指粉末涂膜在烘炉中烘烤的温度和时间。表14-1详细列出了几种粉末涂料的固化（塑化）条件。表14-1几种粉末涂料固化（塑化）温度和时间粉末品种固化温度，℃固化时间，min备注环氧粉末160~18015~30低压聚乙烯180~20020~30半塑化180℃/3~5min酚醛环氧20030氯化聚醚200~25010~15工件预热10~20min聚四氟乙烯300~35020~30聚酯环氧180~20010~20聚三氟氯乙烯260~28015~25聚酯180~22010~20聚氨酯180~22010~20固化（塑化）时间要求十分严格，它必须是工件涂膜的温度达到固化（塑化）温度后开始计算的时间，这段时间必须按规定保温。控制固化时间的长短十分严重。时间太短，固化不完全，成膜性能欠佳，尤其是机械性能差；时间过长，可能产生热老化，涂膜产生色差，物理性能也引起变化。某些快速固化粉末涂料（又称节能型粉末涂料）在热喷涂后，可以利用工件的余热进行固化，不必进入烘炉专门固化，只要工件贮存的热量能够满足此种粉末要求的固化条件即可。（2）对烘炉或烘道的要求烘炉或烘道装有保温和热风循环装置，可以使整个烘炉或烘道内温度均匀。工件置于烘箱内必须让工件与工件之间留有足够的孔隙以保证热空气的流通，从而防止工件涂膜产生上半部已经固化（塑化）完全而下半部处于“夹生”状态，或下半部完全固化（塑化），而上半部已经“热过头”。因为烘炉或烘道中上半部温度总是高于下半部的温度，只有配备了热风循环装置后，才能克服上述弊端。另外，如果在喷室和烘道之间采用联动装置较为理想。工件在喷涂完毕后，通过传动部件自动进入烘道，避免发生工件间相互碰撞，采用流水线作业，不仅提高生产效率，产品质量也可以得到保证。（3）冷却工件在固化（塑化）后需要进行冷却处理。冷却的方法有气冷、水冷和油冷等。生产中应该根据粉末品种和不同规格的工件来选择相应的冷却方法。有的工件从烘箱取出后自然冷却或随炉冷却。这种冷却方式称为气冷；工件从烘箱取出后随即放到水中或油中冷却的方式称为水冷或油冷。还有些粉末品种成膜后冷却速度不宜过快，如采用急剧冷却，涂膜边缘会收缩变形，影响涂膜整体外观和质量。特别要引起注意的是，工件从烘箱中取出后，在工件未完全冷透之前严禁用手触摸涂膜，或工件间产生相互碰撞。否则不仅容易烫伤手指，还会给涂膜造成印痕和损伤。涂膜在高温状态下比较软粘，有的正处于熔融状态。（4）后处理后处理是对固化（塑化）后涂膜进行的整理、修补及后热处理。整理是指除去蔽覆材料，修整工件，拆除螺丝、夹具，剥去遮盖保护层。此时严防擦伤和损坏涂膜。修补一般是指涂膜在涂装施工中受到损伤作业后在允许的范围内可以对受损涂膜采用的修补方法。原则上应进行重新喷涂：将需要补喷之处用砂纸打磨干净，用静电喷枪重新喷涂后进入烘箱固化而成。上述方法如不允许的话，可用同色油漆或其它液体状树脂涂料修补，在室温下干燥固化而成。修补时要注意修补面积尽量小，修补后的色泽与原样基本保持一致。112 后热处理一般指减热脆处理。有些粉末涂料如尼龙1010，由于在高温塑化后到冷却过程中往往会产生内应力。为了防止涂膜变脆和碎裂，可将工件置于120~140℃的油浴器或烘箱中保温一段时间，再缓慢冷却至室温。4.4.1.4工艺流程及主要设备一高压静电喷涂工艺流程如下：经过净化（除油、去水）的压缩空气进入供粉器，将粉末输送到喷枪中，高压静电发生器产生的高压同时也传输到喷枪口的电极，在粉末喷涂室中，对经预处理的工件进行喷粉作业，多余的粉末由集尘器回收处理后再送回供粉器。喷好粉的工件经固化（塑化）后，经检验合格后作为成品出厂。二高压静电喷涂设备（1）高压静电发生器高压静电发生器有电子管式和晶体管式。上世纪80年代后期，国内研制成功微处理式高压发生器，标志着第三代发生器的问世。目前大量应用于生产的晶体管静电发生器的负高压可以无级调节输出量，并且采用了恒流-反馈保护电路，当线路发生意外造成放电打火时，即会自动切断高压，保证操作者安全。微处理式高压发生器具有高压接地保护、高压短路自动保护、声光讯号报警和显示工作状态的功能，设备使用寿命长。粉末静电喷涂用的高压静电发生器一般均采用倍压电路，要求发生器输出高电压和低电流，这主要从安全角度考虑。通常采用的高电压为50~100kV，最大允许工作电流为200~300μA。（2）静电喷粉枪静电喷粉枪的作用是：产生良好的电晕放电，使喷出来的粉末粒子带上尽可能多的负电荷，以便在静电场作用下使粉末朝正电位的工件定向运动，并吸附于工件表面，达到喷涂的目的。A衡量静电喷枪的标准—能保证喷射出来的粉末充分带电；—出粉均匀，喷出来的粉末能够均匀地沉积在工件表面；—雾化程度好，无积粉和吐粉现象，能喷涂复杂的表面；—能适应不同喷粉量的喷涂，喷出的粉末几何图形可以调节；—结构轻巧，使用方便，安全可靠；—通用性好，能够方便地组合成固定式多支喷枪的喷涂系统。B喷枪的技术性能静电喷粉枪的技术性能可参考下列技术参数：—最高工作电压为120kV；—喷粉量50~400g/min；—喷粉几何图形的直径大约在150~450mm之间；—沉积效率大于80%；—环抱效应好。C喷枪的结构—喷枪嘴：喷粉枪喷涂质量的好坏很大程度上取决于喷枪嘴（简称喷嘴）。喷嘴的结构、大小、电极形状及选用的材料直接影响喷涂图形、上粉率和涂层表面质量。喷嘴上带有导流锥体，不同112 形状、不同直径的导流锥体可喷涂出不同的图形。根据工件的形状、大小可选择相同应的导流锥体。—喷枪管壁材料的选择：制造喷粉枪的管壁材料要求具有一定的机械强度，绝缘性能好且耐高电压。此外，还要求枪管壁与粉体的摩擦产生负电荷。这是因为在粉末静电喷涂过程中，喷枪嘴接高压发生器负极，粉体通过喷枪带上的是负电荷，同时粉体通过枪内管壁时必然发生摩擦。如果摩擦产生的电荷是负电荷，粉体带电量就会大增；反之，带电量就会减小，导致粉末的沉积效率下降。—高压静电的输入方式：高压静电的输入方式分为枪内供电和枪外供电两种。枪内供电是将高压静电发生器微型化，置于枪内，称为枪内供电式。这就是静电喷涂设备整体体积缩小，节省一根高压电缆，使喷枪使用灵巧，而且操作安全，减少高压泄漏。枪外供电是将高压静电发生器放在枪体外面，高压通过金属电缆输送到喷枪内放电针上。金属电缆通过一根限流电阻和放电针连接，限流电阻起短路保护作用。一旦枪尖与工件表面接近，若无限流电阻，短路电流太大，不但要损坏静电发生器，而且易引起喷枪与工件间打火，造成火灾和爆炸危险。然而尽管有限流电阻的存在，还是存在不安全因素。因为限流电阻前的电缆线上电压并没有降低，仍然是发生器输出端的高压，打火危险依然存在。另外，金属电缆长期工作会使保护外套损坏，发生漏电不安全事故，无论是枪内还是枪外供电的喷枪，枪体一定要接地。液体电缆是代替金属电缆的措施，可以消除使用金属电缆所带来的弊端。因为整根4~5m长的液体电缆实际上是一个均匀的高电阻，一旦短路，该电缆不仅限制了短路电流，并且使电压均匀分布于电缆上。这样枪口电极对地的电位差很小，从而消除了喷枪打火现象。而且即使万一液体电缆外套管破损，也只是使导电液泄漏，并自动切断高压输出，不会发生触电事故，因此这种供给高压静电的方式安全、可靠。—静电喷粉枪的充电结构：高压静电喷枪的充电结构形式可分为内带电式和外带电式两种。枪身内部使粉末充电的称为内带电式；在喷枪口使粉末充电的称为外带电式。如图14-4。内带电式喷枪是使粉末通过枪身内的极针与环状电极之间的电晕空间带电，这个空间的电场强度大约为6~8kV/cm；喷枪与工件之间外电场强度一般只有0.3~1.7kV/cm。外带电式喷枪是通过枪口与工件之间的电晕空间使粉末带上电荷，这种枪的外电场强度较大，一般可达1.0~3.5kV/cm。这两种喷枪的主要差别在于：内带电喷枪的外电场强度较小，不易发生电晕现象。所以当喷粉量较大时，尤其是喷涂形状复杂，附有凹角的工件时，一般应采用内带电式喷枪。而外带电式喷枪的电场强度较大，所以它的涂覆效率较高，应用范围相对较广，适用性也较强。在对静电喷枪的不断探索中，人们研制出内带电和外带电相结合的双电极组合式喷枪。这种喷枪综合了两种结构的优点，已在生产实际中得到应用。—静电喷枪的扩散结构：喷枪喷出的粉末应分散均匀，这就要靠扩散机构的作用。静电喷粉枪的扩散机构内容能够沟根据工件不同的形状来改变粉末喷出的几何图形的面积。扩散机构还可以减慢粉末的喷涂速度，以防止喷涂时粉末在工件上产生“反弹”作用。静电喷粉枪的扩散机构形式有以下几种：冲撞分散式、空气分散式、旋转分散式、搅拌分散式和二次进风式，如图14-5所示。112 冲撞分散式扩散：通过导流体阻挡粉末来改变粉末喷射速度和喷射方向，调节导流体的位置，形状可以改变扩散角的大小，其结构简单，操作方便。搅拌分散式扩散：靠离心力把粉末分散，输送出喷枪口，它的喷粉量和喷涂面积较大，但要用电机来驱动喷杯，结构较复杂，改变图形时又需要更换喷杯，操作很不方便。空气分散式扩散：利用附壁效应的气流分散方法，空气流把粉末涂料输送到枪体内导流杆外侧，然后向前喷射，分散的粉末涂料从导流杆前端喷出，由于导流杆前端呈喇叭状，粉末气流以接近900的角度与导流杆头相撞，从而形成扩散喷射。根据这一原理，只要调节导流杆伸出枪口的距离就可以自由地调节喷涂的几何形状了，并且可以在操作时调节，枪头也不易积粉。旋转分散式扩散：是当粉末气流向前推进时，靠旋转空气将粉末气流扩散开来，沿着枪前导流杆侧面形成一喷射角度飞向工件表面。这种扩散结构的扩散效果好。设计静电喷粉枪的扩散机构时可与充电结构同时考虑，使一种结构起到两种作用。常用的静电喷粉枪分手提式和固定式两种。近年来还研制出了多种形式、结构独特新颖的静电喷粉枪，如栅式电极喷粉枪、转盘式粉末自动喷粉系统以及钢管内壁专用喷枪。这些新型喷枪的主要特点是具有较高的带电效应，操作简便、安全，能长时间连续工作，适用于喷涂流水线工作。此外，不需要高压静电发生器的摩擦静电喷枪也已成功地应用于生产过程中。（3）供粉器供粉器的作用是给喷枪提供粉流，是喷涂工艺中的一个关键设备。它的功能是将粉末连续、均匀、定量地供给喷枪，是粉末静电喷涂取得高效率、高质量的关键部件。供粉器要满足如下性能：（a）供粉连续、均匀、稳定；（b）供粉量在一定范围内可随意调节；（c）不产生粉雾、外溢；（d）装卸粉末方便。目前，使用的供粉器一般有3种结构类型，即压力式、抽吸式和机械式。—压力式供粉器：结构如图14-6所示，它是一个密封性结构。其原理是：经过油水分离净化后的压缩空气从进气管进入，再喇叭口下（内有一道槽及4个倾斜角为450的出气小通道）形成旋流，从而使粉末成为雾化状态随气流从出粉口输送至喷粉枪。供粉器内喇叭头会随着粉末减少而自动下降。调节压缩空气的压力就可以改变供粉量的大小。压力式供粉器的容积一般在15~25L。由于它是密封结构，不能连续加粉。因此，只能作单件喷粉使用，不能在喷涂流水线中使用。而其突出优点是可大大提高喷粉量，达到1kg/min以上，有些场合下喷涂作业可起到特殊作用。压力式供粉器使用的空气压力一般为0.10~0.15Mpa。112 —抽吸式供粉器：结构示意图见图14-7，主要由射嘴、集粉嘴和粉斗组成。其原理是当净化的压缩空气从射嘴喷出进入集粉嘴之间的间隙处，气流在渐缩区流速加快，形成了负压区。因而粉斗里的粉末被吸入集粉嘴的混合段，经增压段后，粉末气流被送至喷粉枪。抽吸式供粉器结构简单，与压力式供粉器相比，整个部件没有活动部件，易于操作、保养、维修。喷粉时供粉器不需密封，在供粉的同时可向供粉器加粉；粉末用完后，筒内积粉少，易于清理换粉，即使用少量粉末也可进行喷涂试验。抽吸式供粉器对供粉气压适应性强，0.01Mpa的气压也可以供粉；在一定的供气压力范围内，供粉量受压力波动的影响较小，改变供粉气压或改变射嘴与集粉嘴之间的距离，即可调节供粉量，供粉量的波动度为5%~15%。当射嘴的输气端面与集粉嘴的进粉端面在同一平面内时，在同样的供气压力情况下，供粉量可达最大值。目前抽吸式供粉量已发展成多种形式，如振动型、搅拌型等。—抽吸式流化床供粉器：是利用文丘里泵的抽吸作用来输送粉末的。其原理是在压缩空气通过（正压输送）的管路中设置文丘里射流泵（亦称之为粉泵），空气射流会使插入粉层的吸粉管口产生低于大气压的负压，处于该负压周围的粉末就被吸入管道中，并被射流加速，再从管道中输送粉末至喷枪。但是，在粉末吸入口的周围会产生粉末空穴，造成短粉现象。因此，必须解决供粉器中的粉末不断向吸粉口流动的问题，使喷出的粉雾均匀、连续。流化床内的粉末具有类似液体流动的特性，粉末会从高处向低处流动，这样就保证粉末能不断向吸粉口流动。但是，如果流化床的供气量太大，粉末虽然流化很好，但飞扬严重，效果反而不佳。一般气流速度约为0.8~1.3M/MIN。另外，流化床内的粉末粒径太小或粉末结块，不松散，粉桶中的粉末就不易悬浮流化，气流会从粉层中几个孔渠排除，产生“大气泡”和“沟流”现象。粉桶中放置的粉层太厚，也不易流化均匀。因此有的粉桶内安装搅拌器来达到粉末流化均匀的目的，特别在流化初始阶段，搅拌器促使粉末达到均匀流化的效果是比较明显的。目前抽吸式流化床供粉器已发展成多种多种形式，如振动型、搅拌型等。但最基本的流化床抽吸式供粉器分为两种形式：横向抽吸式和纵向抽吸式，如图14-8、图14-9所示。112 生产应用最多的是纵向抽吸式流化床供粉器。如图14-9所示，一次气流（主气流）射入粉泵后，吸粉管口产生负压，将流化床内粉末吸至输粉管中。二次气流（稀释气流）用于调节喷出的粉末几何图形大小，同时使粉末的雾化性能更好。这种供粉器的优点是：（1）供粉均匀、稳定；（2）供粉桶密封性能好；（3）可以用几支粉泵供置于一个供粉桶；（4）粉泵内清理积粉方便；（5）供粉精度高。容量为40kg的抽吸式流化床供粉器的规格如下：供粉器容量0.04m3供气压力0.01~0.2Mpa供粉量50~300g/min（可调）输粉管长度8m—机械式供粉器：图14-10所示机械式供粉器种类较多。A为转盘式供粉机构，B为螺杆式供粉机构。这类供粉器的特点是能定量、精确地供粉，供粉精度可达2%~3%，它是通过调整转盘和螺杆的速度来控制供粉量大小。机械式供粉器对涂膜厚度的波动性影响较小，由于它是以机械式传动方式供粉，供粉量大小主要取决于转盘和螺杆的速度。机械式供粉器可用于多支喷枪的喷涂流水线。这类供粉器的缺点是结构比较复杂，机械传动部分密闭性要求高，粉末易卡住机械传动零件，制作成本也高，故一般较少采用。（4）喷粉柜喷粉柜又称为粉末喷涂室，它是实施粉末喷涂的操作室，其制作的材料、形式和尺寸直接关系到产品喷涂的质量。喷粉柜可用金属板制成，也可用塑料板加工。选用哪种材料制作喷粉柜，主要根据经济性、耐久性和便于施工等因素来考虑。表14-2介绍不同材料制作的喷粉柜的优缺点。喷粉柜的大小取决于被涂物的大小，工件传送速度和喷枪的粉量。通常情况下喷枪数量少，粉末喷涂能力偏低。喷粉室内选择多少支喷枪主要取决于工件的形状、喷涂表面积、传输链速度和单班产量等因素。112 喷粉柜内空气流通的状况是决定其性能的重要依据之一，影响空气流通状况的因素有：（1）被涂物的最大长度、宽度和高度；（2）喷涂方式：为手工喷涂还是自动喷涂；（3）传送速度的设计值；（4）单位时间内喷涂工件的表面积。喷粉柜中空气流通的方式一般有三种：一种是空气向下吸走；一种是空气水平方向吸入；第三种是两种方式的组合。向下吸的喷粉柜在底部制成漏斗状的吸风口，适用于大型喷粉柜；第二种为背部抽风型喷粉柜，其优点是粉末通过被涂物后作为排气而吸入，适于直线状传送带喷涂板状工件用。常用的喷粉柜是底部和背部两个方向排风，空气流通较为均匀。表14-2几种喷粉柜优缺点比较选用材料优点缺点冷轧钢板1加工容易；2牢固，便于运输和修理；3安全；1带电粉末易附着板壁，体积大；2静电喷涂效率下降3产生火花放电机会增大。塑料1粉末不易附着内壁；2粉末容易清扫；3可小型化；4火花放电时安全；5喷涂效率高。1制造困难；2容易损坏。钢板塑料复合材料1粉末不易附着内壁；2粉末容易清扫；3可小型化；4打火少，安全；5喷涂效率不受影响；6喷粉柜机械强度高。1价格比金属高；2加工难度比钢材大。选用喷粉柜时应考虑到便于清理粉末和粉末的换色，以及粉末回收时的风速和风量等因素。风量应掌握在不能将喷涂于工件表面的粉末涂层吹掉，不能让粉末从喷粉室开口部位飞扬出去，减少粉末的浪费和环境污染。喷粉柜内粉末浓度应低于该粉末爆炸极限的下限。喷粉柜窗口的风速以0.5m/s左右为宜。根据喷粉柜的大小和操作要求来决定吸入涂敷室的空气量Q1，其量值可按涂敷室全部开口部的面积乘以一个经验系数K来求得。K值取1.8~3.6，开口部的面积除工件进出口外，还应包括涂敷室其它部位开设的调整抽风速度和方向的开口面积。开口处吸入空气的速度最好设计为0.5m/s左右，根据开口部位吸入的风速均匀和涂敷室内风向的要求来考虑决定开口部位的形状，排风口和进风口的位置和形状。在设计涂敷室时，还要考虑粉末涂料的粉尘爆炸极限浓度，以确定回收装置的排风量：D(1－η)Q2＝————————P式中：Q2——涂敷室内理论排风量；D——涂敷时总的喷粉量；η——粉末沉积效率；P——粉末涂料爆炸极限的下限浓度。前面已经从两个不同角度来考虑涂敷室的排风量，而实际排风量Q应该是：Q≥Q1＞Q2上式说明，实际排风量Q应不小于经验计算排风量Q1，这两者的风量都应大于考虑粉尘爆炸极限浓度时的最低排风量Q2。（5）粉末回收装置粉末涂料在静电喷涂过程中，工件的上粉率大约为50%~70%左右，约有30%~50%的粉末飞扬在喷涂室空中或散落在喷涂室底面。这一部分粉末必须通过112 回收装置收集，经重新过筛后，送回粉桶备用。否则，不仅浪费粉末涂料，还会污染环境，带来公害，危害操作人员的健康。选用什么样的粉末回收系统，必须从产品的结构形状、生产批量、作业方式、粉末品种和换色频率等因素来综合考虑。粉末回收装置的种类较多，在生产实际应用中效果较好的回收装置有下面几种：—旋风布袋二级回收器：该二级回收装置主要包括旋风分离器的一级回收和布袋除尘器的二级回收，如图14-11所示。该回收器第一级旋风分离器与喷粉柜相连接，它收集了大部分的回收粉末，占粉末回收总量的70%~90%；第二级袋式回收器起到帮助旋风分离器提高回收率的作用，同时将第一级回收除不掉的细粉全部回收。这种二级回收器的总除尘效率可达99%以上。该回收器对旋风分离器和布袋除尘器的底下部回收粉末的处理，或者是利用喷室底部下抽屉存贮回收，或者是借助压缩空气造成喷室底部积呈紊流状态，然后被喷室内安全气流吸走回收。前者多见于小型喷室，后者多见于大、中型喷室。在生产线大喷粉柜作业的条件下，散落在喷粉柜内的粉末实际上数量是很大的，有的生产线不得不用人工从喷粉柜中回收清理粉末。因此，为了强化该部分粉末的回收，人们研制成功滤带式回收器。—滤带式回收器：结构示意图见图14-12。在整个喷室的底部，通过一条牢固的传送带支撑的快速循环运动的过滤带，在过滤带风机产生的由上而下充满喷室的安全气流作用，滤带不但盛接了全部掉落于喷室内的粉末，而且将所有漂浮在空中的粉末与上述粉末汇合一起，在持续循环旋转中将它们都送到滤带端头的回收气流口，吸嘴再将滤带上的粉末回收吸除，回收粉末不断送往旋风分离器——过滤分离，滤带也同时不断地得到清理干净。滤带式回收器因受过滤材料的限制，回收器设备制造技术较为复杂，安全气流风量较大，运行费用较高，零件容易磨损，维护保养比较困难，因此推广应用范围受到一定限制。—无管道式回收器：该回收器的滤芯如图14-13所示，安装在喷室1后面的过滤箱4中，过滤后的粉末落在筛滤机5中。系统的最大特点是省去了管路系统，把操作室及回收设备聚合成一体，结构紧凑，为多支喷枪和配套的多台提升机让出了一定的空间。这种回收器可以做成与喷室分开的装置，配以轮子后就可以方便地同喷室组合或拆开，大大有利于快速换色的涂装施工。112 —滤芯技术：脉冲滤芯式回收是目前比较流行的粉末回收方式。由于布袋除尘器中的布袋容易吸水，使得布袋的纤维膨胀，降低了通风量。采用羊皮纸代替布袋做成的滤芯，并配以5Pa以上的脉冲反吹装置，可以大大提高粉末回收率。滤芯中的羊皮纸做成扇形，增加了通风面积，其通风量可达800m3/h。每个滤芯的顶端都有一个连通储气罐的喷气口，储气罐内净化的压缩空气通过脉冲控制器可使每个滤芯有均等的被高压空气反吹的机会，这样就可以保证清除附着在滤芯外表面的积粉，使它保持畅通的回收能力。—列管式小旋风回收器：回收原理是让携带粉尘的气流高速进入分离器，随导向管道向下旋转流动，因为它的外壳是圆锥形的，所以这个气流往下旋转的速度变得越来越快，气流中的粉末因离心作用被抛至管道内壁而落至下面的粉桶中。与其它过滤器相比，它结构简单，设备的保养维修要求低。将若干个口径较小的单元小旋风回收器组合成一台列管式小旋风回收器，粉末回收量将大大提高。这种回收器清理粉末非常方便，只需要短时间就能将回收器内的粉末清理干净。—烧结板过滤器：采用陶瓷或树脂粉末制成，耐用性好。原料中没有任何因为潮湿而膨胀的物质，因此不受空气湿度影响，能够过滤的细粉直径比其它滤材要小，可以直接贴在喷房侧边作一级回收，也可以连接小旋风回收器作二级回收。4.4.1.5典型的应用实例随着粉末涂装工艺的迅速发展，家电产品已用粉末涂料代替传统的溶剂型油漆涂料。国内的电冰箱基本上采用粉末涂料喷涂箱体。一电冰箱箱体的粉末涂装工艺流程电冰箱箱体的粉末涂装工艺流程是：涂装前表面处理一般由除油、除锈和形成化学膜三部分组成，它使金属表面形成一层致密的保护膜，由导体变为不良导体，抑制了金属表面微电池的形成，阻碍了金属层的腐蚀，短期内可防止金属锈蚀，而且改善了底材性质，表面处理后所生成的非金属转化膜具有多孔性，涂料可以渗进这些空隙中去，这样可以大大增加涂装后涂膜的附着力。而未经表面处理的工件往往容易使涂膜112 起层、锈蚀，甚至在涂装过程中也会起泡、不均匀，故前处理已成为电冰箱涂装工艺中不可缺少的一个环节。冰箱前处理工艺分为脱脂—>清洗—>表面调整—>磷化—>清洗—>干燥，详见本章4.2节“涂装前表面预处理”。需要注意的是：表面调整对提高磷化质量、使工件表面形成致密的保护性皮膜很有帮助。粉末涂装时采用高压静电喷涂。喷粉室为直线通过式，采用自动喷枪喷涂，也可以设置手工喷枪补喷工位。自动喷枪安装在电动升降机上，随着升降机上下移动，自动喷枪进行喷涂操作，工件横向移动，喷枪上下移动，两个运动的合成组成了工件完整的喷涂作业。喷枪至工件表面的距离以150~250mm为宜，静电电压为50~80kV。根据不同品种粉末涂料的特点以及工件表面的实际喷涂效果来选择最佳施工工艺参数，工件由输送机进行输送，采用挂具吊挂。工件接地必须良好。从喷枪喷出的粉末带负电荷，粉末飞向带正电的工件而吸附在工件上。涂膜厚度根据电冰箱箱体表面要求一般为70μm左右。从经济角度考虑，厚度可以薄一些。但适当提高厚度可以增加涂膜的美观，感觉丰满。未被工件吸附的多余粉末通过回收装置回收，过筛后与新粉1:1混合后再使用。这一过程由粉末自循环回收系统完成。粉末回收率可达99%以上，关键在于回收装置的回收效果。这里要强调的是喷涂车间必须保持干净，无灰尘。考虑到便于更换粉末的颜色，回收装置采用列管式小旋风分离器和滤芯过滤器两级回收装置。该装置下面装有车轮，直接装在喷粉室的两侧面，不用管道连接。换色时只需要换回收装置即可，快速简便。喷涂合格的工件进入固化烘道加温固化。环氧聚酯粉末涂料的固化温度为180℃，时间为20min。固化烘道为U型桥式结构。固化完毕后卸下工件。整个流水线的电气控制柜机中安放在一处，这样整个流水线的各个控制点数据可以集中观察，数据调整方便，设备维修也方便。二电冰箱箱体粉末静电喷涂生产流水线为了保证涂装生产线能够对电冰箱箱体进行稳定、安全、高质量的粉末静电喷涂施工，要求生产线中各个部位的设备性能必须满足喷涂施工的工艺要求。图14-14为、电冰箱箱体喷涂流水线平面布置图。该涂装流水线的特点如下：—前处理、静电喷涂、粉末回收和固化等工序全部实现自动化操作；—电冰箱箱体喷涂面积为20.24m2，输送链线速度为1m/min；—喷粉室各侧板和底板、顶板均采用厚1.5~2.0mm的冷轧钢板折边而成，板与板之间用螺栓固定。喷涂室由耳道、室体、底架组成，喷室的两操作面设置自动喷枪移动口、回收口以及手工补喷口。工件先由自动喷枪喷涂后再由手工补喷，喷室底部开一个方孔与集粉车连接，便于清粉。—输送链轨道、链条装在喷粉室的外上方，仅让吊具伸入室内。这样可避免喷粉室内的粉末吸附在这些部件上，喷粉室顶部的工件吊具的通道宽度仅为60mm。—为避免喷粉室内存在高温物体的火源，室内的照明采用防爆日光灯。—喷粉室耳道的尺寸大于工件的最大尺寸，保证工件在运行时略有晃动也不会和耳道壁碰撞，以避免破坏工件表面涂覆。为防止粉末从耳道外溢出，耳道长度取600mm。—喷粉室内部宽度尺寸要保证工件的任何喷涂表面和操作口的距离保持大于300mm。这样可以避免喷枪喷出的粉雾形状受到室外气流的影响而产生外逸。喷粉室顶部应高出工件顶部400mm。—为防止粉末从耳道外溢出，第一支喷枪与另一边的补喷口要和喷室的两侧面保持500mm距离。—相邻两喷枪之间的距离以及工件两对边的喷枪之间的距离都要大于800mm，避免喷出的带电粉末相互干扰。—采用列管式小旋风分离器和滤芯过滤二级回收装置，回收装置和喷粉室直接连接，保证开窗部位的平均风速为0.5m/s左右。—喷粉室内的粉尘浓度q1≤10g/m3，工作场所的粉尘浓度q2≤10g/m3，施工符合涂装安全作业规程以及涂漆工艺安全标准GB65-86中的有关部分要求。112 4.4.1.6影响涂膜施工质量的因素在粉末涂装生产中，当工件前处理、喷涂、固化（塑化）后，粉末涂膜有时会出现某些缺陷，达不到质量要求。分析其原因，在粉末涂装中影响的因素甚多，有施工、粉尘、设备、环境等方面的因素。涂装生产中常见的弊病和产生的原因见表14-3。表14-3涂装生产中常见涂膜弊病和产生的原因涂膜缺陷产生原因涂膜光泽不足1固化时烘烤时间过长；2温度过高；3烘箱内混有其它有害气体；4工件表面过于粗糙；5前处理方法选择不妥涂膜变色1多次反复烘烤2烘箱内混有其它气体；3固化时烘烤过度涂膜表面桔皮1喷涂的涂层厚薄不均；2粉末雾化程度不好，喷枪有积粉现象；3固化温度偏低；4粉末受潮，粉末粒子太粗；5工件接地不良；6烘烤温度过高；7涂膜太薄。涂膜产生凹孔1工件表面处理不当，除油不净；2气源受污染，压缩空气除油、除水不彻底；3工件表面不平整；4受硅尘或其它杂质污染。涂膜出现气泡1工件表面处理后，水分未彻底干燥，留有前处理残液；2脱脂、除锈不彻底；3底层挥发物未去净；112 4工件表面有气孔；5粉末涂层太厚。涂层不均匀1粉末喷雾不均匀；2喷枪与工件距离过近；3高压输出不稳。涂膜冲击强度和附着力差1磷化膜太厚；2固化温度太低，时间过短，使固化不完全；3金属底材处理不干净；4涂覆工件浸水后会降低附着力。涂膜产生针孔1空气中含有异物，残留油污；2喷枪电压过高，造成涂层击穿；3喷枪与工件距离太近，造成涂层击穿；4涂层太薄；5涂膜没有充分固化。涂膜表面出现颗粒1喷枪堵塞或气流不畅；2喷枪雾化不佳；3喷粉室内有粉末滴落；4有其它杂物污染工件表面。涂层脱落1工件表面处理不好，除油除锈不彻底；2高压静电发生器输出电压不足；3工件接地不良；4喷粉时空气压力过高。涂膜物理机械性能差1烘烤温度偏低，时间过短或未达到固化条件；2固化炉上、中、下温差大；3工件前处理不当。涂膜耐腐蚀性能差1涂膜没有充分固化；2烘箱温度不均匀，温差大；3工件前处理不当。供粉不均匀1供粉管或喷粉管堵塞，粉末在喷嘴处黏附硬化；2空气压力不足，压力不稳定；3空压机混有油或水；4供粉器流化不稳定，供粉器中粉末过少；5供粉管过长，粉末流动时阻力增大。粉末飞扬、吸附性差1静电发生器无高压产生或高压不足；2工件接地不良；3气压过大；4回收装置中风道堵塞；5前处理达不到要求或虽处理后又重新生锈喷粉量减少1气压不足，气量不够；2气压过高，粉末与气流的混合体中空气比例过高；3空气中混有水气和油污；4喷枪头局部堵塞。喷粉量时高时低1粉末结块；2粉末混有杂质，引起管路阻塞；3粉末密度大；4气压不稳定；112 5供粉管中局部阻塞。喷粉管阻塞1由于喷粉管材质缘故，粉末容易附着管壁；2输出管受热，引起管中粉末结块；3输粉管弯折、扭曲；4粉末中混有较大的颗粒杂质。4.4.2摩擦静电喷涂法4.4.2.1应用原理随着粉末涂料静电喷涂技术的广泛应用，不仅高压静电喷涂设备在国内迅速发展，摩擦静电喷涂技术及其设备也独辟蹊径，成功地应用于粉末涂装行业中。70年代初，高压静电喷涂法是唯一被认可而且应用于热固性、热塑性粉末喷涂上。此后瑞典人发现了用摩擦静电法来喷涂粉末涂料并取得了较好的效果。摩擦静电喷涂法的基本原理是：选用恰当的材料作为喷枪枪体。涂装时粉末在压缩空气的推动下与枪体内壁以及输粉管内壁发生摩擦而使粉末带电。带电粉末粒子离开枪体飞向工件吸附于工件表面。其工作原理如图14-15所示。从图14-15可以看出，该方法不需要高压静电发生器。在摩擦静电系统中，枪体通常使用电阴性材料。两物体摩擦时，弱电阴性材料产生正电，强电阴性材料则产生负电。喷涂时由于粉末粒子之间的碰撞以及粉末与强电阴性材质制作的枪体之间的摩擦使粉末粒子带上正电荷，而枪体内壁则产生负电荷，此负电荷通过接地电缆引入大地。带正电的粉末粒子在气流的作用下飞向工件并被吸附在工件表面上，经固化后形成涂膜，从而达到涂装目的。（1）摩擦枪静电喷涂的特点喷涂时粉末所带的电荷不是由外电场提供的，而是粉末与枪壁发生摩擦带上的。喷出枪口的带电粉末粒子形成一个空间电荷，电场强度取决于空间电荷密度和电场的聚合形状，即决定于粉末粒子的带电量、粉末在气粉混合物中所占比例和喷枪口的喷射图形。由喷枪喷出的气粉混合物因气流的扩散效应和同种电荷的斥力，气粉混合物体积逐渐膨胀，电荷密度下降，电场减弱。电场减弱的方向与气流方向一致，粉末的受力方向与气流方向相同。当粉末离开枪体后，粉末移动的动力主要是空气，粉末粒子能够到达工件的每个角度，并与工件产生很好的附着效应，形成致密的粉末涂层。由于不存在外电场，摩擦静电喷涂法能较好地克服法拉第屏蔽效应。试验数据表明，在摩擦静电喷涂时，反电离现象发生在喷枪启动后10~20s内，这就可能提高工件的一次上粉率。上粉率的提高明显减少了粉末的回收量。112 （2）摩擦静电喷枪的优点由于摩擦枪具有不同于高压枪的带电方式和电场，因此在静电喷涂中显示出其独特的优点：—节省投资成本：高压静电喷涂时，粉末所带的电荷来自高压静电发生器，而摩擦枪的粉末带电主要是因粉末和枪体摩擦而产生的，这就省去了高压静电发生器，从而节约了设备投资。—消除了事故隐患：摩擦枪内无金属电极，喷涂中不会出现电极与工件短路引起火花放电，从而消除了引起粉尘燃烧，爆炸的事故隐患。—用摩擦枪喷涂操作比较方便。它不接高压电缆，枪头移动空间范围广，且不受喷涂距离变化的影响，喷枪离工件距离远些或近些，喷涂效果相近。—适用范围广：小型工件或形状比较复杂的工件表面用摩擦枪喷涂时，效果好的多，比高压静电枪更为适用。—喷枪不积粉：摩擦枪内无金属电极，因而不会出现电极积粉现象，也就避免了喷涂中出现吐粉弊病，保证了粉层表面光洁和平整。—可以喷涂较厚的涂层：高压静电喷涂的粉层超过一定厚度时，由于产生反离子流击穿现象，使涂层表面出现“雪花”状、凹坑、麻点等缺陷。而摩擦枪不存在像高压枪那样的电场，且不容易产生反电离现象，所以可喷涂较厚的涂层。—可以满足喷涂生产线的需要：摩擦枪喷涂的粉层附着力虽然比高压枪的粉层弱一些，但已能很好满足喷涂生产线的需要。—粉末沉积效率高：就粉末沉积效率而言，在小喷粉量、近距离喷涂时，摩擦枪喷涂的粉末沉积效率要高于高压静电喷枪。4.4.2.2施工工艺摩擦静电喷涂的施工工艺有其独特的要求：（1）摩擦枪的带电性摩擦枪正常工作情况下的标志是粉末带电性能良好、粉雾输送均匀。粉末带电状况的好坏直接影响工件涂膜质量和粉末沉积效率。为了增强摩擦枪的粉末带电效应，供粉、输粉以及喷枪都应设置相应的带电措施，使喷出枪口的粉末粒子充分带上电荷。（2）对气压的要求为保证粉末获得足够的摩擦，要求供粉气压有一定的范围。流化床的供气气压为0.02Mpa，一次气压为0.1~0.22Mpa；二次气压为0.01~0.05Mpa。（3）对粉末的要求摩擦枪内供粉通过的摩擦通道窄小，约为1mm左右，所以对粉末的选用要求比较严格。—粉末品种：适用于摩擦枪用的粉末涂料有环氧粉末和聚酯改性环氧粉末类。其他的粉末摩擦带电效果较差。—对粉末清洁度的要求：供摩擦静电喷涂用的粉末必须严格过筛，筛去纤维、硬粒等杂质，以免堵塞枪口。—对喷涂操作环境的要求：粉末的受潮程度和周围环境空气湿度等因素明显影响摩擦枪的带电效应和粉末沉积效率。空气湿度越低，粉末越干燥，则粉末带电性越好，涂装效果就越佳。反之，粉末电阻率降低，使其所带电荷容易逸散，从而影响静电吸附效果。因此当空气湿度比较高时，就需采取加大喷粉气压来增加喷粉量以满足喷涂要求。—粉末要干燥：为防止粉末因受潮而结块，影响带电效果，在喷涂前粉末一定要烘干，尽量去除水分。还要注意平时粉末的防潮，受潮的粉末不能用于摩擦喷涂。—压缩空气必须净化：经过空压机输出的空气要充分净化，去油、去水，空气中无尘埃。其要求比高压静电喷涂用的空气更为严格。—喷粉量：摩擦枪的喷粉量要掌握适当，根据不同工件的要求来选择冷喷操作或者热喷操作，如喷粉量超过了范围即会影响喷涂效果。平面喷涂时，喷粉量为80~100g/min；管道内璧喷涂时喷粉量在100~250g/min为好。112 —喷涂距离：摩擦静电喷涂时，喷涂距离不像高压静电喷涂操作那样严格，距离范围有一定的伸缩性。一般距离最近不低于50mm，最远不超过300mm。—沉积效率：采用摩擦静电喷涂，沉积效率小于60%，采用摩擦静电热喷涂，沉积效率可达80%~85%，并且还能增加涂层厚度，提高涂层的均匀性。4.4.2.3喷枪的结构在摩擦静电喷涂设备中，充电效果与摩擦枪管的形状特征及粉末材料选择紧密相联。尽管大多数粉末都适用于摩擦系统，但如果粉末涂料与枪体材料的相对电阴性接近时，粉末涂料的带电效果就差些。像环氧、聚酯、聚酰胺、聚氨酯材料要比聚氯乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯容易获得正电荷。从表14-4中所示的材料相对电阴性情况可知，选用聚四氟乙烯制造的摩擦喷枪，在喷涂环氧粉末时可获得很高的带电效果。表14-4几种不同材料相对电阴性材料相对电阴性聚氨酯弱电阴性环氧↓聚酰胺↓聚酯↓聚氯乙烯↓聚丙烯↓聚乙烯↓聚四氟乙烯强电阴性（1）枪体的结构摩擦喷枪的结构主要由枪体和枪芯组成。根据应用场合的不同，可分为三种型式：—手提式：手提式摩擦静电喷枪设计较为轻巧，枪身整个重量不超过750g，枪身长540mm，喷粉量为60~250g/min。枪体和枪芯用聚四氟乙烯制造，其应用范围较广。结构示意图见14-16。—固定式：固定式摩擦静电喷枪结构比手提式更为简单，主要与摩擦静电喷涂装置配套使用，安装于一固定架子上，或自动升降机上，适用于自动化流水线喷涂。固定式喷枪比手提式省去了手柄、挂钩、电磁阀开关等部件，其结构为一圆柱体。为了保证一定的出粉量，常设计成多通道摩擦枪体。即在一支喷枪内，设计成多层摩擦通道，增加了粉末的摩擦面积，使粉末与枪体发生较多的摩擦而获得较多的电荷，又加大了出粉量，从而保证了流水线喷涂节拍的需求。如图14-17所示。112 —专用型：专用型摩擦静电喷枪是为某种特定的涂装对象而设计制造的。如钢管内壁喷涂用摩擦喷枪要满足下面几个要素：出粉量大，荷质比高，具有足够的长度及多样化的喷射图形。控制喷粉量与一次风量的调节有关，但风量不能太大，因为粉末与枪体之间的磨损增大将会影响枪的寿命。由于受到工件形状及管道直径的限制，不能将枪体制作得很粗大，一般设计成单体双通道式。为了增加摩擦面积，使粉末与粉末之间，粉末与枪体之间的摩擦更充分，粉末有足够的带电量，可以设计成几种不同形状、规格的喷嘴。如图14-18所示。A型喷嘴呈圆柱形，粉末离开枪口形状为发散图形，适合于喷涂工件外表面；B型喷嘴呈圆孔形，粉末喷射状为直线型图形，适合于喷涂工件的凹槽；C型喷嘴呈椭圆孔形，粉末喷射状为扇型图形，适合于喷涂容器的内表面。根据工件具体情况，当然还可以设计制造出其它形状和规格的喷头，只要能满足喷涂要求就行。（2）存在的问题摩擦枪的不足之处有下面几点：—使用寿命较短：因为摩擦静电是通过摩擦枪体而获得的，为了保证较好的静电效果，就需要对摩擦枪的芯阀定期更换，同高压静电枪相比，喷枪的使用寿命较短。—应用场合受到限制：因为适用于摩擦枪喷涂的粉末品种受到限制，有些粉末品种的摩擦带电效果较差，例如聚乙烯粉末涂料的摩擦带电效果就不理想，所以粉末涂料的应用场合受到限制。—粉末带电量不充足：与高压静电喷枪相比，粉末摩擦带电的吸附能力要弱一些。—对环境、气源的要求严格：摩擦静电喷涂工艺，对环境、气源的要求比较严格，某种程度上限制了它的应用范围。4.4.2.4典型的应用实例摩擦喷枪可以在一把枪头上安装几种类型的喷嘴，使一把枪能完成多种喷涂图形，确保粉末在复杂形状工件表面的有效沉积。国内典型的流水线平均速度为2.0~3.5m/min。摩擦带电喷枪特别适用于2.5m/min以下速度的流水线。要满足较高生产速度的流水线需要，只有加大粉末与枪体的摩擦，使粉末的带电量增加。112 但这样将加速喷枪的磨损，或者引起喷出粉堵塞等故障。流水生产线工件吊挂的方式对于涂装生产率有很大影响。如图14-19所示。图中，纵向吊挂板条，每块平板之间距离保持在300mm，传输链速度为2.5m/min。这种装载方式采用高压静电喷涂时每小时只能生产192个零件。如果装载方式从纵向排列变为横向排列。采用高压静电喷枪喷涂时，为了避免产生发拉第屏蔽，使每个工件获得较好的涂膜，则要求板条间距为450mm，涂装生产率为每小时320件。如果使用摩擦喷枪喷涂，由于带电颗粒很容易飞向即使工件间隔仅为300mm的工件表面上。因此，工件间距可从450mm缩小到300mm，产量可从每小时320件增加到480件，流水线运行速度为2.4m/min的高压静电喷涂流水线的生产量与运行速度为1.6m/min的摩擦静电喷涂流水线的生产量相同。降低流水线速度对缩小粉末涂装流水线的规模有很大好处。因为它可以缩短预处理槽、喷室和固化炉的长度。然而，应该注意，工件采取减小工件间距放置的方法是有一定限度的，工件绝对不能互相接触，碰撞。4.4.3静电流化床涂装法流化床涂敷工艺要求被涂工件必须事先加热到粉末的熔融温度以上，整个工艺是在高温下进行的。全部操作过程中，工件的体积、重量、规格的不同，一年四季室温的变化，操作工人施工速度的快慢等因素，都会影响到涂膜的厚度和质量。采用流化床工艺热涂敷的工件，如发现涂膜有缺陷或尺寸不符合要求时，修补很困难，常常造成产品报废。对于薄片零件，线材一类重量较轻的被涂物件，由于热容量小，工件在操作过程中，热量散失快，工件预热后的温度很快降到粉末熔点以下。这样，零件就不能很好的熔敷粉末，容易发生粉末堆积，粘着于零件表面的现象，操作人员难以控制涂膜厚度和均匀度。这些工件用流化床工艺进行批量生产时，除需要专用涂装设备外，对工艺的要求严格，否则很难保证涂膜质量。应用静电流化床涂敷工艺，就能克服上述弊病。4.4.3.1应用原理112 静电流化床涂装工艺是静电涂装技术与流化床工艺相结合的一种工艺。工件在常温下涂敷，克服了流化床涂敷在高温下操作的缺点，同时又发挥了流化床设备简单，操作方便，易于实现机械化，自动化生产的优点。静电流化床静电吸附的原理与静电喷涂，静电振荡法一样，只是工艺方法的不同。根据电晕放电原理，在静电流化床床身的粉末中放置一个接高压的负极。当电机接上足够高的负电压时，就产生电晕，附近的空气被电离产生大量的自由电子。电极埋在粉末中，粉末在电极附近不断上下运动，捕获电子成为负离子粉末，这种负离子粉末就能被吸附到带正电的工件上去。静电流化床法与静电喷涂法相比，特点是：设备结构简单，集尘装置和供粉系统要求低，粉末屏蔽容易解决，易实现自动化生产。对于涂敷形状较为简单的工件，具有效率高、设备小巧、投资少、操作简便等突出优点。但是，这种方法涂敷的工件，顺着流化床床身方向会产生涂层不均匀现象。当制造大型静电流化床设备时，不但使操作工艺变得复杂，设备结构也将失去简易这一重要优点，反而变得复杂昂贵。因此，静电流化床工艺主要用于线材、带材、电器、电子元件等形状比较简单的小零件的粉末涂敷。70年代，欧美和日本发展了多种形式的静电流化床设备，如图14-20所示。该设备是涂敷线材的静电流化床。它的特点是流化床顶部有多孔板，使流化床的粉末浓度增大。工件在相同的涂敷工艺条件下，涂层厚度比没有多孔板的情况下要增厚一倍左右。而流化床的粉末消耗量减少2/3左右。图14-21所示的静电流化床是用于涂敷长形零件，它的特点是粉末下面有两组对称的棒形充电电极，在工件上面还有一个接地的控制电极，借助控制电极来调整工件的涂敷质量。实际上它是起着调节床身内空间电场的分布和强度，使被涂工件的各个部位处于一个均匀的电场中。这样就能使工件获得较好的涂敷质量。4.4.3.2施工工艺静电流化床施工的工艺流程如下：一、工艺流程112 操作要点粉末涂敷施工中往往会忽视涂敷前对工件的表面的质量检查，一旦涂膜固化后再发现由于零件表面存在的缺陷造成涂膜质量事故时，就很难返修处理。特别类似于电机电器一类零件常出现超差、装配松动、组件错位等毛病。这些问题在涂敷前比较容易解决，但在涂膜固化后就难以返修，甚至造成报废。所以粉末涂敷前对工件进行认真的质量检查是重要的一道工序。工件蔽覆和粉末清理是静电流化床涂敷工艺的一个重要环节。常温下涂敷零件使蔽覆夹具大大简化，但仍然因零件形状的多变性而使夹具设计困难。特别是电枢铁芯的蔽覆和清理粉末的难度较高。蔽覆方法大致分为两种：一是在不需要涂敷部位用夹具蔽覆保护。涂敷后将夹具取下，在用气吹或气吸的办法将夹具上飞沫除净，，然后将零件（有的零件带上蔽覆夹具）固化；另一种方法是不加蔽覆夹具，涂敷后再用刷子或气吹方法对不需涂粉部位进行清理。现以电枢铁芯为例，介绍其蔽覆方法：图14-22所示的电枢铁芯的两端轴颈和铁芯外圆表面需要蔽覆保护和清理粉末。采用图14-23（A）所示的工艺套套装于轴颈加以保护，工艺套于轴颈涂粉部位的端面之间加套一个硅橡胶套管，这个套管随同涂粉后的电枢一起固化，冷却后再取下套管，这样可以确保靠近铁芯端面的粉末涂膜轴绝缘完整无损。铁芯外圆表面涂敷的粉末在进入清理室后，采用图14-23（B）所示的刮粉装置刮去。这种单片刮粉装置清粉效果不太理想。采用多片刮粉装置可以很好的清除电枢铁芯外圆的粉末。112 这种装置已在国内JL型静电流化床自动涂敷机中成功的使用。图14-24所示的清除电枢铁芯外圆粉末的清粉装置是国外80年代研制的。它的结构是3根传动轴上套一条宽度大于铁芯长度的平皮带。当主动轴旋转时，皮带就绕着3根轴旋转。涂粉后的电枢铁芯通过旋转皮带下面时，皮带即将电枢外圆的粉末擦掉。粘附在皮带上的粉末，由皮带前方的真空吸管吸去，这种清粉装置可靠，但装置所占空间较大且会将粉末擦落于电枢槽底。三、涂敷方法静电流化床中粉末密度分布为两个区域，流化床上部飞扬的气态粉雾称为低密度粉末区域；下面具有液态特征的粉末称为高密度粉末区域，如前面图14-21所示。这两个区域由于粉末浓度的差异，使它们的静电涂敷特征存在着一定的差别。例如，工件沉浸于液态粉末中将很快吸上一层厚厚的粉末；在气态粉末中吸粉的速度要慢的多，粉末涂层的厚度要薄一些。从均匀度来看，工件在液态粉末中上下运动涂敷，涂层的均匀度较好；在气态粉末中涂敷，就明显地观察到涂层的不均匀性。根据静电流化床中存在的两种粉末状态，可采用两种涂敷方法：一种是将接地工件浸于液态粉末中作上下运动或横向摆动、转动，这种方法适用于形状简单的工件，如棒材、螺杆、铜条等。其特点是工件吸粉速度快，涂层均匀度较好，但要得到较薄涂层比较困难，涂层最小厚度起码在0.15mm以上。由于工件离电极较近，容易击穿发生火花。所以，要求工件距离床底电极有足够高度。这种方法用于手工或半机械化操作较为适宜，制成自动化设备较为困难。另一种方法是将工件在气态粉雾中涂敷，这种工艺的特点是：（一）工件上的涂层沿着流化床高度方向存在明显的不均匀度，即使延长涂敷时间也仍然无法克服；（二）气态粉雾的浓度与粉末粒度分布有关，在使用中粒度大的粉末得不到有效利用；（三）涂层达到一定厚度后，容易发生反离子流的冲击，使涂层产生麻坑和边角崩落现象；（四）工件通过气态粉雾的空间很方便，容易实现自动化涂敷操作。四、注意事项要获得符合要求的优质涂膜，在涂敷施工中应注意以下几点：（一）流化床的粉末应有良好的流态化状态，低密度区域的气态粉雾要均匀；（二）在一定的工作电压下，工件离开电极的距离要适当，太远就会加剧涂层的不均匀性；（三）防止粉末受潮，输入流化床的压缩空气要经过油水分离器净化。受潮的粉末不但在涂膜固化时形成针孔，而且在静电涂敷时会使涂膜表面粗糙，堵塞零件的槽孔；（四）在气态粉末中，卧式涂敷零件时要求零件自转来弥补涂层的不均匀性。在液态粉末中，上下运动涂敷零件时，最好将工件进行180°的调头涂敷，反复多次操作，可以弥补零件涂层的不均匀性；（五）电厂力要求均匀，集尘气流方向最好和粉末运动的方向一致，通过透气板的气流要均匀，尽量保证流化床床身内各处粉雾均匀。4.4.3.3使用的设备静电流化床的结构和一般流化床基本相同，不过作为涂敷室的床身和气室需要绝缘性能良好的塑料如聚氯乙烯板或有机玻璃板制成。设计结构上要保证高压电极对地和操作者有良好的绝缘。一、微孔透气隔板透气隔板的制造和一般流化床一样，可以用粉末冶金、陶瓷烧结、塑料发泡等方法加工。多孔塑料板当前在国内外应用的较多。有资料报道，采用静电充电棚网的结构，对粉末颗粒带电状况有显著改善，可以克服针状电极产生的粉末崩落现象。电极是采用下述方法制成的：（一）使用多孔状聚乙烯或其它多孔状绝缘材料；（二）单面涂半导体材料；（三）装上多孔状隔膜，其底面涂有半导体金属（不接触粉末树脂的那一面）（四）高压直流电源装置通过安全系统接到导电涂层上。采用上述结构能使通过棚网空气均匀地离子化，使粉末颗粒均匀的充电，充电棚网由于采用多孔状聚乙烯绝缘，不存在高的电荷区，减少了发生火花的倾向。二、集尘系统112 静电流化床的集尘系统比静电喷涂的要求低。一般静电喷涂每分钟喷粉量约为50~300g，静电流化床每分钟耗粉量约10~30g，两者相比，静电喷涂的涂敷效率较低，大量粉末沉积于涂敷室被集尘器回收。静电流化床的气态粉末流速低于粉末喷涂的速度，而且部分未被吸走的粉末受重力的作用仍然降落于流化床内，只有小部份较细粉末被集尘器回收，集尘器中含尘气体的粉末浓度很低。一台400mm×500mm×600mm的静电流化床粉末消耗量约为15g/min。由于集尘气流的含尘浓度低，粉粒细，不宜用旋风扩散式除尘器，也不必采用二级回收装置。静电流化床的开窗面积较小，因此采用风量为1000m3/h的袋式集尘器就能满足施工要求，回收率可达99%以上。三、工件传送静电流化床涂敷工件时的传送，可采用类似于静电喷涂的悬挂式环形传送机构。传送带有链式和轴节式两种，多用于涂敷电器一类零件。涂敷线材、带材时采用绞盘牵引机构，对于电机铁心、线圈骨架这类住形体零件，采用双螺杆传送机构较为理想（图14-25）。这种传送机构主要两根螺杆同向转动，工件两周端的工艺套搁于螺杆上，受到螺纹的推力，带动工件自转，并且推送工件前进。定子、线圈金属骨架一类不带轴的零件，则可以采用工艺轴。这种传送机构的优点为：（一）螺杆位置固定不变，旋转时不会将粉末带出涂敷室；（二）采用外形尺寸相同的工艺套和工艺轴后，工件不需涂敷部位得到了保护，解决了自动化涂敷中粉末屏蔽的难题。同时，涂敷不同规格的产品时，只要更换相应的工艺套而不必调整设备，确保了设备的使用精度，便于操作。（三）传送机构简单，螺杆的单一旋转运动可完成工件的自转和前进两个动作，在涂敷室进口处连上适当的涡轮和送料盘，就可以完成自动送料功能。4.4.3.4典型的应用实例静电流化床涂敷工艺的应用以涂敷电枢铁心为例，介绍如下：一、静电流化床涂敷设备图14-26所示的JL型静电流化床自动涂敷机是专门用于电枢铁芯涂敷粉末的设备，这是一条半自动生产线。其工作原理是：从涂敷室底部的气室送入经过油水净化的压缩空气，通过微孔透气隔板，使涂敷室内的粉末均匀的流化。涂敷室底部装有接通高压静电发生器的充电电极，与被涂物之间形成一个静电场。涂敷室顶部装有抽风斗6并和集尘器7、粉料回收筒9和离心式风机8相连接。工件涂敷粉末后，通过清理室清除不需要涂敷部位的粉末。工件进入远红外烘道（或高频加热区），使粉末流平（固化、塑化）。自动供粉装置使涂敷室始终保持一定数量的粉末，以保证涂敷所需的厚度及均匀性。设备涂敷生产率为每小时120~200件。112 JL型涂敷机的主要规格及性能指标如下：主传动丝杆中心距210mm涂敷工件最大直径70mm涂敷工件最大长度（轴）200mm电枢铁芯长度70mm工件运行速度240~280mm/min自动供粉量15~50g/min电极工件电压30~50kV压缩空气输入气压0~0.2Mpa烘道温度控制范围20~30℃粉尘回收率＞99%设备外形尺寸5500mm×900mm×1200mm二、典型工艺规格以摩托车用直流电机的电枢铁芯静电流化床涂敷工艺为例：其涂敷粉末的绝缘工艺规程内容如下：工道号工艺内容设备及工具材料工艺参数备注名称数值1预干燥电热鼓风干燥箱温度/℃时间/min180±5302清理将电枢槽内大颗粒杂质清除后，用干燥的压缩空气吹去槽内杂质。用沾香蕉水的布清洁铁芯两端，槽口及轴上需涂粉部位的油污香蕉水X-ZHGZ-660-74白布120#砂布3粘合铁芯端板FN-303粘合剂101#粘合剂温度/℃时间/min120±560112 铁芯组建不应有锈蚀，凡铁芯端板翘开的部位，涂以少量101聚氨酯粘合剂或FN-303粘合剂，并用细金属丝捆紧，擦去表面余胶。加热固化后拆去绑扎线，清理余胶配比：甲组分100乙组分10~404屏蔽铁芯两轴端先装硅橡胶防护套，再装硬铝工艺套硅橡胶防护套硬铝工艺套刮除铁芯圆周表面粉末的电机转速，根据粉末清理情况调节5第一次涂敷电枢轴端按统一方向排列进入涂敷设备，电枢应均匀吸附粉末。烘道送出的是枢，其涂膜应熔融平整、不起泡。涂膜厚度控制见备注。如发现不符质量的情况，应调整工艺参数使之答合要求。如仍有问题，则停车检查原因，排除故障JL型静电流化床自动涂敷机烘烤支架CA1631-1环氧粉末或CA1531-Z环氧粉末电极电压/kV传动电压/V流化床气压/MPa清粉风幕气压/MPa烘道温度/℃供粉电压/V抽风格数/格流态化粉末高度/mm40±520~250.1~0.150.03~0.05260±1010~306~8170±26去毛边电枢冷却后，取下铝工艺套和硅橡胶防护套，同时去除两轴上涂膜的毛边用戴手套的手按在轴上，转动电枢即很容易除去毛边7熔平固化电热鼓风干燥箱温度/℃时间/min170~18020~30电枢铁芯熔平后槽壁厚度（包括涂膜）以2.5~2.6mm较为适宜铝工艺套每次使用后浸泡于香蕉水中，擦去表面粘熔的残胶，吹干或晾干后再使用。112 硅橡胶防护套表面熔粘的胶层可用手剥除。8清理联槽及涂膜堆积部位9第二次涂敷冷却至室温的铁芯，装上硅橡胶防护套和铝工艺套。涂敷工艺参数与工道5相同，电极的排列应使两轴端的位置同第一次涂敷时相反，以补偿设备存在的不均匀性10去毛边要求同工道611固化电热鼓风干燥箱温度/℃时间/minCZ1531-1CZ1531-2180±5607512清理联槽及涂膜堆积部位检验1.涂膜应连续平整，允许有轻微桔皮状。2.铁芯槽壁厚度以2.8~3.05mm为宜。3.贯彻三检制，生产过程中定时检测涂膜厚度，以调整合适的工艺参数改制卡尺规格150mm×0.02mm电枢铁芯槽壁未涂粉末前厚度为2.4mm二次涂敷后槽壁涂膜厚度应控制在0.20~0.33mm范围内4.4.4静电振动粉末涂装法除了前面介绍的几种静电涂装法外，静电粉末振荡涂装法也是一种粉末涂装工艺方法。4.4.4.1应用原理在涂装箱（箱体一般用塑料板制成）中，阳极为接地的被涂工件，阴极是位于箱体底面距被涂物200mm的电栅，电栅铺在粉末涂料上或埋在粉末涂料中，接上负高压，在两极间形成高压电场，并在阴极产生电晕放电，粉末从电晕套或与电栅直接接触得到电荷，借助于交变静电场的作用力使阴极电栅产生弹性振荡而导致粉末粒子由静态变成动态，在高压电场作用下，使得到电荷的粉末粒子漂浮起来，沿电力线方向吸附到被涂物上。见图14-27。如图所示，静电震荡粉末涂装机构中，阴极为上电极和下电极，上、下电极用耐高压绝缘性好的塑料板间隔，粉末涂料与上电极（阴极电栅）在塑料板上面，塑料板下面的电极是一块金属板。上电极接负高压（60~90kV），通过换向开关使下电极所接电压在零（接地）和额定负高压间产生周期性变化，当下电极所接电压为负高压时，对同样接负高压的上电极产生排斥力的作用，使电栅的金属板产生向上的运动；当下电极接地时，对上电极产生吸引力而向下运动，同性相斥，异性相吸，在不断变换的高压静电场的作用下，阴极电栅产生上下弹性振荡，因而使夹在电极间的带电粉末粒子产生激烈的振荡而飘浮起来。在静电振荡粉末涂装法中，这种状态称为“静电振荡”。112 将悬挂在这种状态箱中的接地的被涂物作为正极，带负电荷的粉末粒子沿着电力线，靠静电力飞向并附着在被涂物上。当切断高压后，电极电栅迅速的释放电荷，漂浮在空间的粉末马上回到底板上。4.4.4.2施工工艺一、工艺特点静电振荡粉末涂装也是由高压静电使粉末涂料带电并吸附到接地的被涂物上，这一点与静电喷涂工艺相同。但它具有独特的电极结构，使其得到了静电喷涂不能得到的工艺特点：（一）不需要喷枪、供粉器、压缩空气以及大型的粉末回收装置，设备占地面积小，投资少；（二）粉末换色容易，快捷；（三）设备结构简单，操作维护方便；（四）容易实现流水线作业。二、工艺参数影响静电振荡粉末涂装效果的主要工艺参数是被涂物所处静电场中的电场强度、涂装时间和振荡频率。（一）静电场强度静电场强度是使粉末粒子带电，并将粉末粒子吸附到接地的被涂物上的原动力，它的强弱直接影响涂装效果。而静电场强度取决于输入电压和被涂物与阴极间的距离。静电场强度与输入电压的高低成正比，与两极间的距离成反比。（二）涂装时间为达到一定的膜厚和完整的涂膜，需要一定的涂装时间，视工件的外形而取不同的涂装时间，一般为几十秒和两分钟之间。在相同的涂装条件下，时间越长，涂膜越厚。但由于粉末的电阻较大以及同性电荷的相斥作用，粉层厚度的增加将越来越慢。（三）振荡频率振荡频率即每分钟阴极电栅振荡的次数，也就是下侧电极电压产生周期性变化的次数，它是使粉末粒子由静态变成动态的动力，同时起到不断向高压静电场输送粉末粒子的作用，振荡频率也是直接影响到涂装效果的因素之一。振荡频率一般在60~90次/min范围内涂装效果较好，频率过高或过低，涂装效果都会变差。（四）涂装电压：50~80kV。（五）涂装距离：180~250mm。4.4.4.3工艺流程静电振荡粉末涂装工艺流程如下：112 工件表面预处理振荡涂装固化冷却4.4.4.4应用范围静电振荡粉末涂装法一般适用于小型金属零件的涂装，尤其是轻工工具、门把手、汽车零件、耕种工具、管材、线材、电子元件、家庭用品等均可采用此法进行粉末涂装。国外已制作较大型的粉末静电振荡涂敷设备，涂装室尺寸达到1650mm×2900mm×1200mm。这种装置很适宜于涂装平面型大零件。4.5其他涂装法4.5.1火焰喷涂法4.5.1.1用途粉末火焰喷涂法又称为粉末火熔融射喷涂法。这种涂装法主要用于金属表面涂装聚乙烯、尼龙、氯化聚醚等热塑性粉末涂膜。可用于化工设备、化工池槽、机械零件、板材、线材等方面。适宜用作防腐蚀涂层、耐磨涂层和一般装饰性涂层。当前粉末火焰喷涂方法正在受到人们的注目。它主要有以下特点：一、火焰喷涂设备简单，价格低廉，可以在生产作业现场施工，不像静电涂装和流化床涂装那样必须有成套涂装设备；二、一次喷涂可得到较厚的涂膜；三、可以涂装大型工件。粉末涂装对被涂的工件必须进行固化或塑化工序，大工件就受到烘炉尺寸的限制。火焰喷涂则可将粉末直接熔粘于工件表面，因此，对贮藏罐、框架等大型工件的施工有其独特的优势，在设备维修上也有较大潜力。4.5.1.2原理和火焰喷枪火焰喷涂的工作原理是用压缩空气将粉末涂料从火焰喷枪嘴中心吹出，并以高速通过从喷嘴外围喷出的火焰区域，使其成为熔融状态喷射粘附到工件上。火焰喷枪是火焰喷涂施工的主要装置。它的结构如图15-1所示，塑料粉末借助输送气体从枪头中心的铜管喷出，当粉末穿过火焰区时受热熔融射粘于工件上。同时工件以被预热。因此附着于工件上的粉末颗粒能够相互融合形成光滑涂膜。为了防止枪嘴喷出的粉末直接与高温的燃气火焰接触而变质老化，在火焰与粉流之间设计有气体隔离区域，将两者分开并可调节粉末熔融的合适温度。这股环形气流同时还可冷却喷枪嘴中心的铜管，使其不会因温度高融化粉末而造成喷嘴堵塞。火焰喷枪的燃烧火焰一般采用氧气和乙炔气的混合气体。输送粉末和冷却保护气体采用脱水除油的压缩空气或氮气。4.5.1.3工艺流程一、粉末火焰喷涂工艺流程如下：工件表面处理工件预热火焰喷涂淬水机械后加工产品冷却气流的量、火焰温度、粉末通过火焰区的时间等因素均可影响粉末涂装的质量，一般用于火焰喷涂的粉末粒度应大于80目。二、工艺参数如表15-1所示。112 表15-1工艺参数序参数名称量值12345氧气压力/Mpa乙炔气压力/Mpa压缩空气（或氮气）压力/Mpa粉末喷出量/g/min喷涂速率/m3h0.3~0.50.050.1~0.530~608~10（膜厚300μm）每千克粉末可喷涂2~3m24.5.1.4操作步骤一、如图15-2所示将喷枪和送粉装置用气管正确联接，并接上压缩空气源；二、开启压缩空气，将送粉筒上调压阀手轮3调至规定压力；三、开启调节手轮6，使送粉筒内粉末流化沸腾到适当程度，以不冒出排气管1为宜如有特殊需要加强气流时，可在排气管上装上一定长度的透明胶管；四、根据气焊工操作规程，开启喷枪上氧气乙炔手轮，调节中性火焰。此时微微开启保护气体手轮11，起到冷却喷枪嘴作用。这是的火焰可用来预热工件；五、喷涂时先开启送粉筒上手轮4，配合喷枪上手轮10，调节送粉量大小。再根据不同性质的粉末，调节保护气体流量来调整粉末熔融的适当温度。可在保护气体管路上设置转子流量计，以准确地掌握保护气体的流量。4.5.1.5施工工艺火焰喷涂法也必须先将工件预热，但其与流化床法最大的区别是加热、涂敷和熔融可由火焰喷枪同时完成。这是它的最大特点，其工艺规程如下：一、前处理将工件表面的锈斑、污物除去。并使其表面粗化。可采用喷砂、化学处理，也可用钢丝刷、砂纸或砂轮打光。二、预热一般采用火焰喷枪预热，工件预热温度为180~200℃（聚乙烯）。成批产品也可以用烘炉预热。三、喷涂用喷枪缓慢喷涂形成连续涂膜。注意枪嘴离工件表面约200mm喷涂较为合适，这样可防止火焰直接接触粉末涂膜。喷完后让其自然冷却也可淬水冷却使其晶粒细化。喷涂施工中要注意：①送粉气体不得潮湿。②喷枪联结的各管路不得沾有油脂，以防氧气与油脂发生事故。③喷粉时不能关闭保护气体，以防止喷嘴堵塞。④氧气和乙炔气管路上必须装有回火防止器。4.5.1.6应用实例尼龙1010粉末涂膜不仅耐磨性、硬度、抗冲击性能较好，且具有良好的隔热、隔音和绝缘等特性。因此在船舶工业中得到应用，如手柄、垫块、罩壳、叶轮零部件等都已采用火焰喷涂尼龙1010粉末涂料。同时也能对磨损零件进行喷涂修补，喷涂后的零件进行车、铣、磨等机械加工就能达到合格品的技术要求。下面介绍船用零件火焰喷涂尼龙粉末的施工工艺。一、设备（一）喷砂机；（二）预热设备：电热鼓风烘箱；氧—乙炔焰；（三）冷水槽：工件能全部迅速进入槽为宜：（四）气瓶：1.二氧化碳气瓶。输出压力为0.05MPa，用作输送粉末及冷却保护；2.氧气瓶。输出压力0.2MPa；3.乙炔瓶。输出压力0.05MPa；112 （五）火焰喷枪：枪头不积粉，出粉畅通。操作方便，粉末损失较少；（六）供粉桶；（七）加热器：二氧化碳从固态到气态需吸收大量热能，所以在二氧化碳出口处的压力调节器前，装一个加热器；（八）辅助用具：半导体测温仪、钳子、点火枪、筛网、防护用品等。二、喷涂工艺（一）粉末处理1.尼龙粉末粒度在80目以上，且使用前必须进行烘干，不然涂膜会出现大量气泡。2.为了提高涂膜各种性能，可在粉末中加入不同的改性材料。如尼龙1010粉末中加入5%二硫化钼，可提高涂膜耐磨性30%，如果要增加涂膜美观，可加入各种颜料。（二）工件前处理1.除油：用氧—乙炔火焰局部灼烧除油。也可用清洗业除油。2.表面处理：喷砂处理比较理想，可使工件表面粗糙，增大涂膜与工件间的接触面积，提高涂膜的附着力。3.屏蔽：不需喷涂的表面用石棉布遮盖。（三）工件预热工件预热与尼龙粉末品种有关，使用尼龙1010粉末的工件预热温度为270℃左右，保温时间视工件壁厚来决定，每炉一般为2~3h。（四）喷涂先把各气瓶调整到所需压力范围，检查出粉是否畅通，再打开氧—乙炔气开关，调整火焰后即可喷涂，涂膜厚度不超过1mm，要求一次喷涂。（五）淬水把喷好的工件立即投入冷水槽（应在涂膜尚未凝固前进行）。火焰喷涂粉末对于太大或形状复杂的工件尚存在一定困难。涂膜厚度的均匀度不易控制。在施工中为防止粉尘飞扬，避免吸入人体，施工场所应设抽风装置。随着不断改进的新型火焰喷枪的问世，这些问题将逐步得到解决，其应用领域亦将迅速扩大。4.5.2粉末热喷涂法粉末涂装工艺方法中，热喷涂是常用的一种涂装工艺方法，应用场合较普遍，以越来越为人们所重视和采用。4.5.2.1原理112 热喷涂是把经过预处理的工件进行预热后再将粉末喷涂于工件表面的一种工艺方法，工件预热温度介于该粉末的熔融温度与分解温度之间。处于室温状态下的粉末涂料被喷至预热的工件表面后，受热的单个粉末分子随即熔融并很快流平形成连续涂膜，经固化（塑化）后形成坚固的涂膜。热喷涂工艺比较简单，突出的优点是设备少、投资低、成膜快、工艺容易掌握，一般适用于热容量大的物件涂装，尤其适用于厚壁工件。缺点是粉末飞扬严重，涂膜厚且不均匀，不宜涂装形状复杂的工件。有时，为了保证涂膜的厚度和均匀度都达到规定的要求，可采用热喷涂加静电喷涂的施工方法。4.5.2.2施工工艺热喷涂的工艺路线主要包括：一、工件预处理为了保证涂膜具有良好的附着力，热喷涂前，工件表面（尤其是钢管的内外表面）要进行清除工作。清除的对象主要是油污、铁锈或其它涂层，使基体金属充分裸露。二、工件预热预热时间根据工件的规格、数量而定，厚壁工件、数量多的工件、批量生产的工件需要的预热时间与薄壁工件、数量少的工件、单件生产的工件有较大的差别。前者预热时间较长，后者预热时间较短。这因为工件加热时，不同总重量的一炉工件需要吸收的总热量不同，因此需要有各自相应的预热时间才能使每个工件达到规定要求的热平衡状态。预热时间对热喷涂来说是一个重要的参数。预热温度不够，工件吸收热量偏少则表面温度低，粉末喷涂后粘附不上工件表面，涂层厚度很难控制均匀；预热温度过高，工件吸收热量过多表面温度偏高时，粉末喷涂后容易流挂，严重的还产生“碳化”现象。这会影响涂膜的物理、化学性能。另外，不同的粉末对于预热的要求也不同，必须谨慎对待。三、喷涂喷涂操作时应掌握喷粉量、喷枪与工件间的距离、喷涂次数和喷枪运行的轨迹，同时还应注意粉末的回收。（一）喷粉量喷粉量是涂膜获得厚度和均匀度的最重要的工艺参数。热喷涂时要求有较大的喷粉量，一般为200~300g/min。粉末完全靠工件本身储存的热量来熔融粘附于工件的表面。由于工件离开烘炉后，温度很快冷却下降。为了确保工件得到一定的上粉率，必须在工件表面温度降至低于粉末熔融温度之前上粉。因此除了提高喷涂速度外，保证足够的喷粉量是非常重要的。（二）喷枪与工件的距离在没有静电作用的情况下，热喷涂枪头与工件的距离一般保持在120~150mm之间。距离太远，上粉率低，扩散到空间的粉尘比例高，枪头与工件的距离太近，粉末撞击工件表面引起的反弹量增大，这也会降低上粉率。只有当枪头与工件表面保持恰当的距离后，才能获得较为满意的上粉率（50%左右）。（三）喷涂次数热喷涂操作时，有时一次喷涂还不能达到规定的涂膜厚度。这是因为工件预热所获得的热量散失速度较快，即使连续喷涂粉末也无法增加粉末的熔粘数量，这种情况下只能将工件重新送进烘箱进行第二次加温预热，升温至高于粉末熔融温度后，再出箱喷涂，直到涂膜厚度达到要求后才进行固化（塑化）处理。这里特别指出的是，有些粉末涂料不宜多次喷涂，如聚乙烯粉末涂料多次加温，容易产生老化和降低涂膜性能。（四）喷枪运行轨迹热喷涂应用的对象主要是防腐性要求比较高的工件，喷枪操作时有机械操作和手工操作之分。机械操作时，喷枪头一般采用水平方向移动或垂直方向移动，工件可以处于静止不动状态。亦可进行横向或纵向移动，手工操作时，喷枪头运动的轨迹是由各种规则或不规则的几何图形组成。无论什么样的运动轨迹，最终的效果是要使涂膜达到所规定的均匀的厚度。112 （五）粉末的回收由于热喷涂时上粉率只有50%左右，还有一半左右的粉末散落于喷室内或空气中，热喷涂的工件表面温度较高，热空气上升促使散落的粉末随着热空气上升飘游。这是热喷涂过程中发生的特殊现象，因此喷室的集尘吸风口设置于喷室上部为好。但因为采用热喷涂的许多工件比较重而体积大，有的工件在喷涂过程中还需要翻动，因此粉尘的回收工作难度比较大，必须根据被涂工件的特点和喷涂施工的方式等情况进行专门设计，以确保现场施工中对粉尘污染的控制。4.5.2.3工艺流程及主要设备热喷涂的工艺流程图如下：工件经酸洗，喷砂等预处理后，表面清洁干净，进烘箱加热，待达到设定的温度后，离开烘箱进行表面喷涂，当工件表面温度达不到要求时，可再进烘箱第二次加热，再次喷涂，最后进行固化（塑化）处理。在热喷涂工艺操作过程中所使用的设备大体上与静电喷涂工艺中使用的设备（除高压静电发生器和高压静电喷枪外）差不多，所不同的是喷枪的结构不一样，省去了高压电缆和电晕放电极的系统，对于喷枪头的要求如下：1.出粉均匀，不出现断续吐粉现象；2.雾化程度好；3.能适应不同的喷粉量；4.枪口不积粉；5.结构轻巧，使用方便；6.通用性好，能适合多种工件表面喷涂。喷枪材料可用金属制成，也可用耐高温的聚四氟乙烯等塑料制作。常见的热喷涂枪头有下面几种型式（见图15-3）：A型——气粉混合物受一导流锥体阻挡而呈扩散状喷向工件；B型——枪身的圆周方向开有等分的三个开口槽粉末由开口槽喷出；C型——枪身圆周方向开有等分的出粉孔，粉末由此孔喷向工件；D型——粉末从枪身内多孔通道喷出通过枪头射向工件；112 E型——粉末自枪身输送至枪头，枪头与枪身成直角，迫使粉末气流垂直向下喷射；F型——枪管壁周身开有等分圆孔，粉末流经枪身时，从圆孔处喷射出来。在实际使用中，还有多种形式的喷枪，由于热喷涂的工件种类比较多，所以选用的枪头也是变化很多。4.5.2.4典型的应用实例一、钢管热喷涂钢管内壁喷涂环氧粉末涂料，一般情况下都采用热喷涂工艺。在喷涂钢管时，重要的环节是前处理和喷涂两个方面。（一）钢管的前处理钢管不论是国产的还是进口的，它的表面都带有油脂、水分、脏物和不同程度的锈蚀，有的还出现严重锈蚀。对于这些附着物必须彻底清除。就钢管表面粗糙度来看，各国要求也不一样。美国要求25~64μm，日本要求25~75μm，法国要求25~50μm，我国要求30~50μm。一般来说，锚纹深度为涂膜厚度的1/4~1/3。钢管除油方法可以采用化学脱脂去污。生产中使用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸钠、硅酸钠等配制的溶液在80℃以上的温度条件下对钢管进行除油处理。也可将钢管置于350~400℃的高温炉中烧除油污，这两种方法经实践证明，高温除油的方法效果比较好，并且操作方便。钢管表面除锈一般采用化学除锈或机械除锈。化学除锈方法对锈蚀严重的部位除锈不彻底，另外比较麻烦；处理后的钢管表面没有锚纹，涂层与金属表面的附着力和冲击强度都比较差。机械除锈比较彻底，可采用喷砂或抛丸方法。钢管内外表面采用机械除锈时，外表面用抛丸机，内表面用喷丸机。由于抛丸机的抛丸力量大于喷丸机，因此其除锈的速度比喷丸机要快，为了使生产能够衔接生产线，选用的抛丸机只要求一次抛一根钢管就可以。但选用喷丸机时要求其能一次同时喷几根钢管。喷丸除锈：工件自转速度10rpm；喷枪嘴直径18mm。抛丸除锈：传送速度2.3m/min；辊轮转速60rpm；抛丸量130~150kg/min；生产率12.5根/h。（二）喷涂钢管在喷涂时，预热的钢管置于旋转的支架上，喷枪头沿着轴线方向移动。其运动方式分四种类型：1钢管旋转，喷枪不转；钢管根据事先设定的转速匀速旋转，角速度根据管径变化而变化，而线速度保持恒定。喷枪水平方向置于管内部沿轴心方向往复移动，在移动的同时，开始喷粉，粉末粘附于管内壁成熔融状态，经固化后形成坚固的涂膜；2钢管不转，喷枪头旋转；有些钢管管径较大旋转发生困难，特别是弯管需内壁喷涂时，则采取钢管不转，枪头一边旋转，一边喷粉，一边沿钢管轴线方向运动，同样可以得到所要求的涂膜；3钢管旋转，枪头旋转；用这种方法喷涂时，效果最佳。因为钢管旋转的同时，枪头作逆向旋转，同时喷粉和沿轴线移动，喷涂得到的涂膜的致密度较佳；4钢管不转，枪头也不转；这种方法适用于小口径的管道，一般采用静电摩擦枪操作，出粉口配置专用装置以保证喷涂获得同样满意的涂膜。112 钢管的规格与钢管的转速，预热的温度、预热的时间、、供粉量、枪头转速、枪头移动的速度以及粉尘的回收之间都是密切相关的。因此必须在实际施工中将这些参数相互协调好，才能做到连续稳定的生产，同时获得满意的涂膜。二、电机铁芯熔槽绝缘热喷涂电机铁芯热喷涂一般采用两侧对称的喷嘴，使粉末从两面对着经预热的工件进行喷涂。喷涂时工件旋转，喷嘴根据工件尺寸的大小可设置4个或8个。其工作原理如图15-4所示。喷涂时，对称放置的喷嘴使粉末造成一个紊乱区，促成铁芯需喷涂粉末的部位能与粉末均匀接触。涂敷长形工件时，可使铁芯在紊乱区内作平行运动。喷涂设备要求具备稳定的供粉系统和粉末回收装置，使粉末循环使用，供粉系统要保证喷嘴稳定均匀出粉。气流要小，避免吹冷工件造成涂膜不均匀，设备应配有粉末自动计量和加料装置。为获得较小的气量和均匀的供粉量，发展了一种类似文丘里管的十字接头供粉系统。其工作原理如图15-5所示。十字接头放在流化床中。当外加压缩空气通入十字接头时，由于真空抽吸作用，将流化床内粉末从接头的吸粉管吸引至喷嘴。通过各种阀、管、十字接头和喷嘴的良好组合，可以做到调节很小的空气流量，就能实现稳定的均匀供粉。热喷涂用于小型电机铁芯的绝缘涂敷有如下优点：（一）大大简化了屏蔽保护问题。喷涂时可控制粉末不喷到不需要涂粉的部位，省去了外围蔽覆夹具。（二）边角的覆盖效果比流化床涂敷的好。流化床涂敷的边角覆盖率一般约40%~55%，而热喷涂法可达到60%以上。（三）生产效率高，容易实现自动化生产。这种方法对“扁形”的厚度不大的铁芯特别适用，但对较长的铁芯则槽内涂膜不易涂敷很均匀。4.5.3振动床法和瀑布法112 振动床法和瀑布法的共同特点是都不需要压缩空气来输送粉末。4.5.3.1振动床法将粉末放在一个振动的容器（即振动床）中，粉末可由螺旋送粉器或流化床供给。如图15-6所示多余的粉末从容器边缘溢出。粉末在振动床中经振动后呈松散状态。当预热后的工件进入振动床时，粉末即熔融粘贴在工件表面。这种方法得到的涂膜较厚，只适合于涂敷工件的外表面。这是因为床内松散状态的粉末不像流态化粉末那样具有液体流动特性。4.5.3.2瀑布法此种方法通常采用螺旋供粉器或流化床供粉，粉末经过振动斜面的一端形成类似水跌落一样的瀑布，如图15-7所示。均匀洒在工件上，也可以在工件上部空间装置扁形洒粉管，且不断往复运动地洒粉，形成一个较宽空间的瀑布状粉末空间。采用上述方法，工件可以避免被空气吹冷，使用较低的预热温度即可获得所需厚度的涂膜，所以较适用于热容量小的工件如电阻、电容和二极管等电子元件的涂敷。4.5.4真空吸涂法真空吸涂法一般用于管道内壁的粉末涂装。静电喷涂对于小口径管道较难达到均匀喷涂的要求，涂膜厚度也达不到要求。而且容易出现针孔等弊病，因此对于小口径管道和带有弯管的管道，真空吸涂法就显示出其优越性。一钢管真空吸涂的典型工艺钢管真空吸涂的工艺流程如下：二自来水管真空吸涂工艺小口径自来水管内壁涂塑一般采用镀锌管吸涂聚乙烯粉末或无毒环氧粉末涂料。所以前处理工艺比较简单，只需要适当喷砂处理即可。水管的预热大多采用烘箱或烘道进行。其工艺流程如下：前处理——>预热——>真空吸涂——>固化——>成品112 真空抽吸粉末涂装钢管生产布置平面示意图如下：（一）真空吸涂设备设备主要部件为供粉装置和吸粉装置。吸粉所需要的真空负压是由风机抽吸空气流形成的。供粉装置选用流化床。流化床内处于流态化的粉末被吸粉装置提供的负压空气流吸入预热后的水管。粉末与管壁接触熔融成涂膜黏附于管壁。未熔粘的多余粉末吸入粉末回收器，经处理后混合于新粉中重新使用。根据吸涂工艺生产的需要，生产线还应配置相应的水管旋转装置，摩擦轮传输机构。翻动水管用的拨叉装置以及控制系统等。（二）真空吸涂工艺参数涂膜厚度取决于供粉量、预热温度和吸涂时间等工艺参数。—供粉量大涂膜厚度大，供粉量小，涂膜厚度小：供粉量大小与流态化粉末的浓度和吸涂气流速度有关。流态化粉末是粉末颗粒与空气的混合物，粉末浓度在这里是指混合物单位体积中粉末所占的百分比。浓度高的流态化粉末含有较多的粉末颗粒，所以粉末浓度高，吸涂气流速度大所提供的粉末量就大，也就是说这种供粉气流在单位时间内提供的粉末颗粒与管壁接触的数量多，从而使涂膜厚度增大，反之则减少。—预热温度高涂膜厚度就大，温度低厚度小：水管预热温度范围为120~180℃。生产中应根据水管壁厚、环境温度、吸涂风速、流化粉末浓度和涂膜厚度的要求，通过实验来摸索确定最佳的预热温度参数。—112 吸涂时间长涂膜厚度大，时间短则厚度小：由于粉末熔融过程是一个吸热过程，吸涂气流又会带走大量热量，致使水管管壁温度下降很快。当温度下降至某个临界值时粉末便不再熔融粘附于管壁，即使再延长吸涂时间涂膜厚度也不再增加。所以延长吸涂时间来增加涂膜厚度必须有一个先决条件，即保证水管壁的温度高于上述临界温度。在实际生产中吸涂时间需要严格控制，以确保涂膜厚度的一致性。在其他工艺参数不变的情况下，常以单位秒来控制涂膜厚度的公差。—吸涂气流速度：真空吸涂工艺中管内吸涂气流速度的控制很重要。速度偏低粉末会大量沉积在管壁，甚至堵塞管道。气流速度过高则会造成大量粉末被快速抽走而减少粉末颗粒与管壁接触的几率，使涂膜厚度明显减薄。有资料介绍管内吸涂气流速度为5m/s时吸涂操作能够比较顺利地进行。4.5.5粉末电泳涂装法4.5.5.1原理粉末电泳（ElectrophoreticPowderCoating）简称EPC，是粉末涂装和电泳涂装的结合，也就是在有电泳性质的树枝水溶液中，把固体粉末粒子像颜料一样分散，然后使这些粒子带电进行点沉积的涂装方法（如图15-8所示）。在有电泳性质的树脂水溶液中，把粉末涂料像颜料一样分散在溶液中，粉末粒子的表面浸润了作为分散介质的树脂水溶液，使它带上分散介质所具有的电荷。这些粒子向电极方向移动并在其表面析出，显示出通常的电泳涂装性质（见图15-9）。我们把分散介质称为基料（Bi），被分散的粉末粒子叫做分散粉末（P0）。Bi和P0同时在电极上析出，烘烤时它们将同时构成涂膜成份。Bi和P0有相容性（互溶性），在固化时会互相影响。Bi和P0用于EPC的必要条件如下：—P0：粒子要有良好的电泳性能。粒子不一定粒度小就好，而要有一定的粒度分布。P0是由一般的固体树脂和颜料组成的，它们都不溶于Bi的水溶液中。当然P0中的颜料应均匀分散在固体树脂中。—Bi：同P0的树脂基本上有相容性，固化时可以自行固化或者与P0树脂进行交联。目前用于工业化的P0是环氧树脂，Bi是环氧类的阴极电泳树脂（阳离子型树脂）。4.5.5.2EPC的优缺点EPC的主要优点在于：—涂装效率高，在数秒钟内即可获得涂膜，电泳槽体积小；—通过调节电压和电极的位置，可方便地控制涂膜厚度在40~100μm范围内；—可得到高性能的涂膜；—不存在粉尘爆炸和操作者吸进粉尘危害健康的问题。烘烤时基本没有刺激性气体释放，不污染大气环境；—容易回收，可以用沉淀法沉降粉末后回收再利用。112 EPC的主要缺点如下：—EPC的涂膜厚，且含有一定的水分，烘烤时容易出现气泡和针孔，烘烤温度较高；—容易产生缩边，特别是当溶液搅拌得不均匀时会影响涂膜质量EPC的工艺参数为：—Bi和P0的影响：EPC的特点与P0、Bi、P0/Bi有关。P0/Bi比值和P0的粒度对EPC的性能影响很大，从图15-10可知，P0/Bi比值和P0变大时，涂膜变厚；—电沉积条件的影响：电沉积电压和电沉积时间对EPC有影响。EPC随电沉积条件而变化的状况如图15-11所示。EPC在非常短的沉积时间内就能达到一定的沉积量。据介绍，所达到的沉积量与一般电沉积涂料相比，沉积电压增高涂膜变厚，反之则下降。EPC的应用情况是：国外已经将EPC应用于汽车涂装，EPC也适用于建筑钢材、钢管等产品的防腐蚀涂装。因此EPC基本上属于粉末涂装范畴。表15-2是PEC同其它涂装工艺的综合性能比较。表15-2EPC同其它涂装工艺的比较项目粉末涂装阴极电泳EPCEPC逆向涂装粉末涂料逆向涂装涂膜性能ABAAC泳透力DACAA自动化B（补喷涂）AAAB（补喷涂）节能CCCBC回收成本CBBBC公害对策ABAAA安全性C（粉末爆炸）AAAC（粉末爆炸）环境卫生C（粉尘）BBBC（粉尘）注：优劣秩序为A＞B＞C＞DEPC汽车涂装的工艺流程如下：磷化处理—>EPC—>水洗回收—>水洗净—>阴极电泳—>水洗回收—>烘烤—>打磨—>面漆。EPC技术还处于发展初期，其内容涉及树脂合成、分散技术、粉末制造、电化学等多种学科，因此该项技术还有待进一步研究开发。4.5.6无喷嘴静电喷涂112 该方法是在静电喷涂基础上发展起来的，如图15-12所示容器1实际上是流化床，其中粉末呈流化状态，金属箔传输带2在运动时不断将粉末带上去，吹粉装置将金属箔传输带2上的粉末吹起，粉末经过栅状的电极3后就充电。荷电粉末成云雾状降落在工件表面。粉末渗入到工件凹处的能力，取决于静电电压和吹粉装置的气压。未被吸附的粉末回收到除尘器中重新使用。在流化状态的粉末容器中，粉末的水平面依靠电容器测量的探测器经过电器自动控制保持不变。涂敷工作电压为10~150kV。这种方法容易实现喷涂工艺自动化，且适合较大尺寸的产品喷涂。图15-12为无喷嘴静电喷涂装置示意图。4.6钢管涂装工艺4.6.1 钢管涂装用粉末涂料 钢管环氧粉末外防腐层为一次成膜结构。按防腐层级别分为普通级和加强级，以适应于不同的埋地条件和要求。普通级防腐层最小厚度的要求为300μm；加强级则要求为400μm。 适合于钢管防腐层涂装要求的环氧防腐粉末涂料的物化性能见表1。钢管外表面按一定的工艺步骤喷涂成膜后涂膜的质量要求见表2。表1环氧防腐粉末涂料的性能要求序号试验项目质量指标试验方法1外观色泽均匀，无结块目测2固化时间/min230℃1~33胶化时间/s230℃≤30GB/T65544热特性符合粉末生产厂家给定的指标5不挥发物含量(%)≥99.4GB/T65546粒度分布（%）150μm筛上粉末≤3.0,250μm筛上粉末≤0.2,GB/T65547密度g/cm31.3~1.5GB/T44728磁性物含量（%）≤0.002JB/T6570表2钢管外表面防腐层质量要求序号试验项目质量指标试验方法1外观平整、色泽均匀、无气泡、无开裂及缩孔，允许有轻度橘皮状花纹目测224h或48h阴极剥离/mm≤8328d阴极剥离/mm≤104抗3°弯曲(-30℃）无裂纹5耐化学腐蚀合格6抗1.51冲击（-30℃）无漏点7断面孔隙率（级）1~48粘接面孔隙率（级）1~49热特性符合粉末生产厂家给定的指标10电气强度/MV/m≥30GB/T140811体积电阻率/Ω·m≥1.0×1013GB/T14101224h或48h附着力(级）1~34.6.2 施工工艺112 钢管外表面环氧粉末成膜工艺的流程如图1所示，对应于图1钢管外表面喷涂工艺的典型设备布置平面简图如图2所示。4.6.2 施工工艺钢管外表面环氧粉末成膜工艺的流程如图1所示，对应于图1钢管外表面喷涂工艺的典型设备布置平面简图如图2所示。上件钢管表面预处理钢管加热静电粉末喷涂固化喷淋冷却下件图1 钢管外表面环氧粉末成膜工艺图图2钢管外表面喷涂设备平面布置图钢管外表面预处理对成膜以后的质量至关重要，在涂敷环氧粉末之前，必须对附着在钢管外表面上的油斑、油脂、锈斑以及其他任何杂质予以清除。目前比较适合于钢管外表面预处理要求的方法为抛（射）丸物理法，其中重要的除锈效应应达到国家规定的Sa21/2级，并且经抛丸预处理后钢管表面的锚纹应在40~100μm范围之间，以达到环氧粉末涂料在喷涂成膜后与钢管表面基材有着较强的附着力。经表面预处理后的钢管由转轨机构送至中频感应加热装置与喷涂设备段的钢管输运机构上，由该机构以直线前送+自转的形式将钢管送进中频感应加热线圈中进行加热。经加热后的钢管在中频感应线圈出口处的温度应达到200℃~220℃，随之即进入喷粉室由固定架设在其中的多把喷枪进行粉末涂敷，实现了边行走边加热边喷涂的自动化涂敷作业。由于钢管外表面涂敷所用的环氧粉末涂料具有快速胶化（胶化时间≤30s）和快速固化（1~3min）的特点，所以涂敷后的钢管从喷室出口到达下一个输运摩擦滚轮之前已经快速地完成了粉末胶化和固化的大部分过程，此时的涂膜已基本硬化，此时钢管与橡胶摩擦轮的接触已经不会对涂膜的外表面产生划痕的影响。由于环氧涂料的胶固化过程为放热反应，加之钢管受中频加热和自身较大的热容量的缘故，因此，要做到可在较短时间内对钢管下件，必须采取水喷淋强制冷却后方可下件。4.6.3 主要涂装设备 钢管外表面粉末喷涂设备一般由以下4个部分组成： ·喷粉室及其粉末回收系统 ·固定式喷粉枪及其多自由度调节装置 ·多枪集中静电发生器及其气路控制系统 ·流化床大容量多枪供粉器112 一、喷枪配置以及静电发生与气路控制系统 钢管外表面喷涂所需要的喷枪数量主要取决于如下几个参数： Φ：钢管外径 ν：钢管直线推进速度 δ：所需涂层厚度 γ：粉末密度 χ：单枪出粉量 κ：喷枪上粉率在以上参数中，单枪出粉量可按喷枪制造商提供的数据进行确定，一般可选χ=200~300g/min κ=0.5~0.7。在获取了以上参数的情况下，便可按下式对所需的喷枪数量进行计算：n=ΠΦνδγ（1）κχ其中n为喷枪数。计算举例： 已知：钢管外径Φ＝1.2m 钢管直线前进速度ν＝1m/min 涂层厚度δ＝400μm＝400×10-6m 设喷枪单枪出粉量χ＝200g/min＝0.2kg/min 粉末密度γ＝1.4×103kg/m3 设喷枪上粉率κ＝0.7 则按式（1）可计算得到所需的最小喷枪数nmin如下：nmin＝π×1.2×1×400×10-6×1.4×1030.7×0.2 ＝15.1 选n＝16。喷枪由上至下按由喷枪长度与管径所确定的Y行排列配置在喷室单侧面开口处，一般每行平均配置n/Y把喷枪，每行所处的位置可上下调节，每把喷枪平均的水平距离约为250mm（可调节），每把喷枪与钢管圆周面的距离以及水平面的夹角也可视管径的大小和需要进行调节，如图3所示。图3喷枪的位置与调节上述的喷枪排列位置与姿态的调节均由枪架调节装置实现。多枪静电发生器及气路控制装置应选择每枪可单独调控静电高压和出粉量以及雾化状态的控制装置，并且静电发生器应具有恒流控制方式，由于钢管喷涂的涂层较厚，又属于热喷涂作业，故静电输出电压与电流均不宜太高，一般情况下，静电高压应控制在3~4万伏范围之内，输出的静电高压电流应控制在20~30μA之内，静电发生器应具有可靠的限流保护电路，以免出现喷枪打火现象。 二、喷室及回收装置112 钢管喷涂设备中对喷粉室的设计无特殊要求，但应注意到由于钢管喷涂属于热喷涂作业，因此对喷室的设计应注意到内容积不要太紧凑，以免喷室壁面温度过高，过喷粉末粘接在壁面的现象出现。还需注意的是过喷粉末受到钢管热辐射与热对流的影响，因此喷室底部与钢管圆周面应保持一定的距离。钢管喷涂设备的回收装置一般选用旋风分离式回收装置，因为作为钢管喷涂的喷室内的粉气温度较高。回收风量的大小应比常规粉末喷涂设备设计风量高于50%~70%，这主要是考虑到喷室中喷枪数量较多，喷枪喷出的粉气将较大地增加喷室内部压力的缘故。同时，风量增大也对降低喷室内的温度有利。4.6.4影响涂层均匀性的几个因素 钢管喷涂对涂层除了有最小厚度的要求外，还对涂层的均匀性有一定的要求，最小厚度是为了确保防腐涂层质量的要求。在保证涂层最小厚度的前提下，应尽可能提高整个涂层的厚薄的均匀性，以提高钢管喷涂作业的经济性，影响钢管涂层均匀性主要有如下几个因素： 1.钢管自转速度是影响涂层均匀性中最重要的因素，自转速度越高，涂层均匀性越好。 2.喷枪数量与排列也是影响涂层均匀性的重要因素，喷枪数量除了应满足（1）式的需要之外，考虑到增加涂层均匀性的要求，在适当降低单枪出粉量的同时，按比例增加喷枪的数量将有助于提高涂层的均匀性，喷枪的排列一般情况下按4.6.3节中所述进行排列。考虑到如对涂层均匀性有更高的要求时，可考虑在喷室双侧布置喷枪的方案。 3.喷枪出粉量一致性和出粉状态也会很大程度上影响到涂层均匀性，因此，在喷枪调试和日常维护工作中应保证每把喷枪出粉量基本做到一致。4.6.5钢管喷涂工程实例图4为一超大口径钢管外表面喷涂工程实例，其具体参数如下：钢管外径ф=2430mm。钢管直线前进速度V=800mm/min。涂层厚度要求：400μm<δ<450μm喷枪配置数量：30把。喷枪配置形式：沿喷室双侧配置。回收装置配置形式：吸风口配置在喷室的顶部与底部。回收装置风量与形式：12000m3/h，旋风式回收装置。4.7木材粉末涂装工艺4.7.1概述天然和人造木材种类繁多，以人造木材为例就有MDF（中密度纤维板）、HDF（高密度纤维板）、LDF（低密度纤维板）以及复合挤出木材等。其中MDF纤维板的应用最为广泛。中密度纤维板（MDF）是由木纤维与树脂粘合剂组成的。例如用脲醛树脂在有水存在下通过热压制成板状的结构材料。这类木材制品不仅综合性能比较有两，其组成的均匀性比天然实木要好得多，更适合采用粉末静电涂装工艺涂装。国外木材粉末静电涂装的主要对象是MDF纤维板加工制作的木制品。MDF纤维板具有的突出优点，使它在世界上迅速获得推广应用。欧洲1991年MDF纤维板销售量为200万m3，1999年达到680万m3。我国2002年MDF产量已经达到1000万m3。中密度纤维板最大的应用领域是家具业和建筑业，用作顶篷、墙板和地板等。112 4.7.1.1MDF纤维板的传统涂装工艺MDF把纤维板的传统涂装方法有液体涂料涂装和贴膜两种方法。采用液体涂料涂装可以得到外观华丽的涂膜。但是通常需要经过多次涂装，造成劳动力、工时、维护费用和能源消耗的增加，施工周期长就要求工作场所有更大的空间。多次施工造成溶剂的浪费，这不仅增加了成本，还污染环境。用PVC热塑性薄膜粘贴MDF纤维板可以得到高质量的覆膜。但是这种材料价格昂贵，利用率只有50%。其次贴膜工艺比较复杂，施工需要胶粘剂和真空贴膜工艺装备。胶粘剂挥发的溶剂污染环境严重，贴膜工艺只适宜用于大批量平面型MDF纤维板制品的装饰，对于三维制品就难以施工了。上述两种施工方法得到的MDF纤维板制品不仅成本高，施工过程中将造成环境污染，产品在使用过程中也存在严重的环保问题。木纤维和胶粘剂含有醛类有害物质，它们需要很长时间才能挥发干净。因此这类木制品在家居和办公室中使用，将成为长期毒害环境，损害人体健康的污染源。4.7.1.2粉末涂料涂装的特点MDF纤维板采用静电涂装粉末涂料是当前国际上研究的前沿涂装技术。该工艺技术与传统的液体涂装和贴膜工艺相比具有以下特点：—一次涂装可获得所需要的涂膜厚度（50~100um）。—粉末涂料涂装的木制品是名副其实的绿色环保产品，因为涂膜可将有害挥发物全部封闭在制品内部。—涂膜具有优异的耐磨性、耐擦洗性和耐化学品等性能。—产品在使用过程中，环境中的水汽不易穿透涂膜进入木制品内部，减少产品出现开裂、翘曲、变形等弊病。—施工效率高，占用生产场地少，能耗低，生产成本低，生产过程不污染环境。4.7.2应用原理当前MDF纤维板一般采用粉末静电喷涂工艺。高压静电喷涂或摩擦带电喷涂都适用于木制品的静电喷涂。其静电涂装原理与金属粉末静电涂装原理是相同的。由于天然木材和人造木材都是不导电的非金属材料，木材表面的平整度和致密度都比金属材料差很多，所以木材景点涂装粉末涂料的工艺还是有其独到之处。木材静电涂装粉末涂料有以下几个特点：—木材基体表面有时需要填充封闭剂，表面需要平整处理。—木材基体表面需要经过特殊处理才能获得良好的导电性，使之能与金属材料一样快速吸附带电粉末。—木材表面的粉末涂层必须在较低的温度下熔融流平和固化。4.7.3工艺流程木材的前处理有其特殊的要求。就平板型MDF纤维板为例，有的不需要封闭基材的孔隙（称为一次涂装），有的需要封闭基材的孔隙（称为二次涂装）。它们的工艺流程略有差别。4.7.3.1基材不封闭孔隙的工艺流程静电喷涂UV粉末—>IR＋热风熔平—>UV固化—>成品MDF纤维板—>砂磨—>清理—>预热静电喷涂低温固化粉末—>IR＋热风熔平固化—>成品MDF纤维板经砂磨后提高了表面的平整度。清理工序是通过真空吸尘将积聚于表面的粉尘清理干净。预热工序的作用其一是除去木材所含的多余水分，使其含水量控制在4%~8%范围内。另一个作用是让受热木材内部的水分向外表面迁移以增强木材表面的静电吸粉能力。112 4.7.3.2基材封闭孔隙的工艺流程 UV底漆—>UV固化—>砂磨—>喷、刷导电剂—>干燥—>静电喷涂UV粉末—>IR ＋热风熔平—>UV固化—>成品 封闭孔隙MDF纤维板—>砂磨——————>PU底漆—>干燥固化—>砂磨—>喷、刷导电剂—>干燥—>静电喷涂低温固化粉末—>IR＋热风熔平固化—>成品 导电底漆—>干燥固化—>砂磨—>静电喷涂低温固化粉—>IR＋热风熔平固化—>成品（1）封闭用底漆上述工艺流程中基材封闭孔隙的方法有3种，其中UV底涂有液体涂料和粉末涂料2种，它们的封闭效果较好，固化速度快，适合连续式批量生产，但价格较贵。PU（聚氨酯）底漆是液体涂料，在室温下干燥16h后固化，在800C下干燥1h后固化。（2）导电底漆与导电剂导电底漆是液体涂料，它既可以达到封闭基材孔隙的目的又可起到改善基材表面导电性能。老虎粉末涂料制造（太仓）有限公司生产的510/00001液体导电底漆是专用于木材静电涂装的粉末涂料。该漆可自干或烘干。MDF纤维板静电涂装该漆干燥后，就可顺利进行静电涂装粉末涂料。MDF纤维板涂装UV或PU底漆后，其表面静电吸附粉末的能力明显下降。采用预热措施也无法使木材内部水分到达漆膜表面。对此采用导电剂可方便快捷地改善基材表面漆膜的导电性能。导电剂有溶剂型和水性两类。一般水性导电剂的优点比较突出，使用方便，属于环保型产品。周师岳研制的SY导电液属于水性导电剂，适用效果比较理想。对于涂有底漆的MDF纤维板和塑料制品，刷喷SY水性导电剂，经晾干或用空气吹干即可使其获得良好的导电性。静电喷涂时表面吸粉速度很快。1kgSY导电剂可处理10~20m2制品表面。它不仅适用成本低、不污染环境、不燃无毒，属于安全可靠的绿色环保产品，而且可以使MDF纤维板在室温下实现连续批量的流水线生产。4.7.4涂装施工设备4.7.4.1前处理设备（1）砂光机木制品表面在涂装涂料前后都需要砂磨达到一定的平整度。通常选用的宽带砂光机可对厚度2~100mm、宽度40~1300mm的砂光板进行快速砂磨（见图4.7-1）。砂光机分双砂架和三砂架两种规格。双砂架的第一组砂带速度为19.5m/s，细度为100目。第二组砂带速度为12m/s，细度达150目。三砂架的第1.2组砂带均为19.5m/s，第三组砂带为12m/s，细度达180目。（2）底漆填补机该机可对管状纤维很粗的木板或三夹板表面进行填补底漆，能将凹进去的毛孔填平并将凸出处多余漆料刮走回收利用。替代了手工填补，提高生产率，降低返工率（见图4.7-2）。图4.7-1UV涂装木制品用的前处理设备砂光机112 图4.7-2UV涂装木制品用的底漆填补机（3）涂布机对于表面粗糙度和孔隙缺陷不严重的板材（如MDF纤维板），可以采用黏度低的底漆封闭基材。一般采用涂布机涂装较为合适。平板木制品采用淋幕或滚涂替代传统的喷涂工艺有很多优点。其中提高生产率和节约漆料是最明显的。图4.7-3所示淋幕机对于涂膜厚度调整很精确，能保证涂膜均匀性。设备配有涂料循环装置，涂料可回收再利用。输送带速度可无级调速。UV底漆采用滚涂机较为合适。滚涂机按UV涂布轮的数量分为双滚和三滚2种规格。精密型三滚涂布机（如图4.7-4）专用于地板、百叶窗、家具、台面板等平板制品的表面涂装。涂膜光滑平整，可同淋涂效果媲美，但其涂膜厚度可降低至10~20um，漆用量约12~24g/m2，而淋涂用量达50~100g/m2。4.7.4.2静电涂装设备用于金属制品的粉末静电喷涂设备完全适用于MDF纤维板的粉末静电喷涂。不论是高压静电喷涂设备还是摩擦静电喷涂设备都可以对MDF纤维板实施粉末静电涂装。高压静电喷涂时，电压不宜过高，一般在30~50kV即可。喷出的粉雾浓度不能太低，否则会影响上粉率（静电喷涂设备祥见本章第4.4节）。图4.7-3适用于板状底材的面漆涂布机图4.7-4精密型三滚面漆涂布机对于不封闭孔隙的基材需要在静电喷涂前加预热设备。一般采用热风加热方式。不用导电底漆封闭基材的孔隙，在静电喷涂前应加一段喷涂导电液及其干燥的前处理设备。导电液的喷涂可选用普通的液体喷枪和喷淋头。干燥装置可按需要采用冷风或热风干燥方式。4.7.4.3熔平固化设备熔平固化设备对于木材粉末涂装而言是能否取得理想涂膜质量的至关重要的设备。工艺上要求低温快速固化，这给设备提出了更高的要求。对于低温热固化粉末涂料其熔平和固化可以同时在相同的加热设备中完成。对于UV固化粉末涂料由于其熔平和固化是两个不相重叠的独立过程，因此分别选用对它们最为有利的加热方式和设备是比较恰当的。（1）红外辐射（IR）与对流热风结合的设备112 IR＋热风的烘道可以同时满足低温热固化粉末涂料的熔平和固化工艺要求。对于UV光固化粉末涂料而言，只是使UV粉末涂料得到充分的熔融流平，为UV固化做好前期准备。红外辐射加热的原理及特点是，利用热源通过红外线辐射方式，直接将能量传递给被加热物体。它与传导和对流加热有着本质的区别。能量传递不需要中间介质。红外线的波长范围为0.75~1000um，其中波长0.75~2.5um为近红外线，辐射体温度2000~22000C，辐射能很高；波长2.5~4um的为中波红外线，辐射体温度800~9000C；波长大于4um的为远红外线，辐射体温度400~6000C，辐射能量低。图4.7-5为不同种类的红外辐射器最大辐射强度与波长的对应关系。粉末涂料在受到红外辐射时，分子将产生共振，吸收部分辐射能量（如图4.7-6所示）。这部分能量将促使分子（或原子）加速振动摩擦，使涂膜快速升温。图4.7-5相同功率不同型号的红外辐射器最大辐射强度与波长的对应关系图4.7-6涂膜吸收红外辐射能的示意图红外辐射加热粉末涂料的特点为：热效率高，升温快，可改善涂膜外观质量、固化时间短，可缩短设备长度，减少占地面积，减少投资。但红外加热不适合形状复杂工件的加热固化。所以采用IR＋循环热风来克服其不足之处。粉末涂料大多采用中波红外辐射器加热。粉末涂料是由碳链与各种基团组成的高分子材料。高分子结构中一些基团的吸收波峰见表4.7-1表所示。从图4.7-4与表4.7-1分析可以看出，中波红外辐射器发射的波长最适合粉末涂料的吸收加热。加热效率高达30%~50%。表4.7-1高分子材料结构基团的吸收波峰基团结构CH、CH2、CH3苯环、C－H羟基氢O－H羧基氢COO－HC＝O吸收波峰，um3.48.022.95.8红外辐射器结构形式有陶瓷板式辐射器、带铝制反射罩的管状辐射器、以及带镀金反射膜的石英管式辐射器。它们的辐射率见图4.7-7。112 当前的熔平固化设备中带镀金反射膜的中波红外灯管组成的辐射器应用较多。这种石英玻璃管内壁镀有钛合金反射膜，使其辐射率明显提高，因而了对粉末涂膜的加热效率。德国贺利氏公司生产的中波红外灯管的性能指标为灯丝温度800~9500C，辐射波长2.4~2.7μm，线性功率密度20~25W/cm，最大加热长度可达6.5m，灯管开关响应时间1~4min，适用寿命大于20000h。图4.7-7红外辐射器的辐射效率热风辐射式烘道的结构为：烘道由室体、中波红外辐射器、通风系统、风机和温控系统组成。烘道内挥发物从排气烟囱排除。一般在烘道进口端设置一段中波红外强辐射区，这样就能使MDF纤维板表面的粉末涂料快速达到高温而很快熔融流平。熔融流平时间短可使低温热固化粉末涂料得到光滑平整的外观质量，而基材温度仍然很低。进入热风加热保温段工件受到均匀加热，使涂膜固化完全。热风加热段适当配以辐射加热可以缩短MDF纤维板制品的固化时间。（2）UV固化设备首先是正确选用UV光源，这是非常重要的。UV光源分为弧光灯和激光灯两种。弧光灯由烧结石英玻璃管和一对电极组成。石英管内含有蒸气，一般为汞和氙。当电极上施加高电压使两极间气体电离，形成电弧并使其中气体放电产生紫外光。弧光灯中最重要的是汞弧灯，根据灯管内汞蒸气的压力大小，汞弧灯分为低压（1.3×10-1Pa）、中压（9.8×104~19.6×104Pa）和高压（＞19.6×104Pa）汞弧灯。低压汞灯功率低，发射谱线主要在185nm和254nm，高压汞灯功率高，但寿命短，它发射宽的连续光谱，同时发出大量可见光和热，需要很好的冷却系统。这两种灯都不适合粉末涂料使用。适用于粉末涂料的是中压汞灯（国内称高压汞灯，而将高压汞灯称为超高压汞灯）。中压汞灯具有较高功率，一般为80W/cm，也可高达240W/cm。管长达2m。中压汞灯的发射光谱为254nm、280nm、303nm、313nm、334nm和365nm紫外光。这种波长的光能较好地与商用光引发剂相匹配，其光谱见图4.7-8。图4.7-8中压汞灯的发射光谱中压汞灯也发射大量的可见光和一定量的红外光。为了增加近紫外光比例，在灯管中掺杂少量其他元素如氩或氖，也可在灯管上涂布荧光涂料使它们吸收可见光后发射紫外光。近期发展的无电极汞灯是用微波代替电极。这种无电极灯的优点是寿命长，紫外光输出比高，启动快（电极汞灯在接通电源后需要较长时间加热才能使汞充分蒸发得到紫外光）。由于可见光和红外光的输出比例较低，产生的热量相对也少些。典型的商品无极汞灯功率为236.2W/cm。另一种具有发展前景的新型紫外光源是准分子单色灯。112 在准分子灯内含有特殊的气体混合物。在基态时它们不能键合，在气体放电时可被激发至激发态。激发态分子和基态分子结合生成激基络合物。激基络合物寿命很短，当它们分裂并回到基态时便将原来吸收的能量转变为紫外光发射出来。发射的波长按照所选用的气体不同而不同。一般选用302nm波长（XeCl）光。这种单色光的优点是效率高，几乎无红外线发射（中压汞灯红外线发射可高达60%），因此是真正的冷光源，无臭氧产生，启动和关闭快。它是用于热敏基材UV粉末涂装的理想光源。UV底漆是液体涂料，喷涂于MDF纤维板表面便能自行流平，因而只需要进行UV固化就行了。一般UV底漆都配制成清漆使用，有利于紫外光穿透吸收。固化设备的紫外光源选用80~120W/cm的汞灯即可满足生产需要。图4.7-9是专用于UV清漆的固化设备。它由紫外固化灯箱、冷却风机、回风系统、输送带和电器控制柜等组成。图4.7-9UV清漆固化设备紫外光灯开启前必须先启动冷却风机。冷空气将紫外灯产生的热量及时带走，由回收风机排除室外。否则热量长期累积使紫外光灯辐射区产生高温，不仅会损伤灯管，缩短使用寿命，还会引起MDF纤维板着火燃烧。紫外光固化灯箱离开工件表面的距离可调节。对于不同厚度的MDF板制品可以通过调节最佳距离，使其获得所需要的辐照强度。UV清漆固化设备运行过程中，没有恰当保护措施绝不允许观看点亮的灯具，也不能让紫外线照到皮肤，以防止眼睛和皮肤受到伤害。国产紫外灯管规格见表4.7-2。UV灯管见图4.7-10。铝合金全镜面反射罩见图4.7-11。UV灯专用电源见图4.7-12。电源由变压器和电容组成。表4.7-2紫外线（UV）灯管参数表序号图号功率kW电压V电流A全长A极距管径功率/厘米备注1L311358.13352002550220V电源2L111358.12301252580220V电源3L21.62855.63602042580220V电源4L223007.540025022.580380V电源5L12.54206.347330522.5806L33700563046022.5507L137005360250251208L23.229012.2360264251209L146706.366450822.58010L157007.8700600258011L157507.572562522.58012L157507.577562522.58013L258506.380465320.58014L15.69507.2826673258015L15.68407.585077022.58016L369507.5910745258017L17.59258.880365322.512018L1812007.51150100022.58019L18.495010.482670025120112 20L19.615706.613871247258021L11118706.315751419258022L11318707.5180716512580图4.7-10强紫外线高压汞灯（UV灯）图4.7-11铝合金全镜面反射罩图4.7-12UV灯专用光源（3）UV粉末固化设备国外投入生产运行的UV粉末涂料涂装生产线不多。UV固化设备是UV粉末涂料涂装生产线中的关键设备。各国都在致力于研发这一市场前景看好的新型涂装设备。适用于热敏材料的UV固化设备结构较为复杂。一般由熔融流平红外段和UV固化段组合而成。它们必须连接成一个整体烘道。如果两段烘道各自具有独立运行输送带的情况下，两段烘道应该用保温段将其连接成一个整体烘道。工件进入红外段粉末涂层熔融流平后仍能在保温状态下平稳地过渡到UV固化段的输送带上完成UV固化工序，确保良好的涂膜外观。112 红外段（熔融流平）的加热方式：烘道采用IR红外辐射和对流热风结合的加热方式。第一步IR强辐射加热使粉末快速熔融。第二步运用IR加上对流热风使粉末进一步熔融流平。第三步用对流热风使工件（特别是三维工件）表面的粉末得到充分流平，获得满意的外观。加热灯管：只有当红外线波长与被加热材料的分子振荡相匹配时，这部分红外线才能被吸收并转化为热能。其余波长的红外线则穿透工件或被材料反射。中波红外线只被材料外层吸收，这是最为理想的。对许多材料而言，红外线的最佳吸收范围为2~3.5μm。所以选用中波红外灯作为辐射加热元件最为有效。加热远见的排布：烘道内加热元件的排布一般是采取进口端中波红外灯密布的排布方式，中段的灯管散开排布，烘道尾部送入对流热风，通向进口端抽出循环使用或排放室外。其中部分热风送向UV固化段使连续段保持所需要的温度。这种加热元件的排布方式比较符合粉末涂料流平的工艺要求。中波红外灯管采取横向排布（与烘道长度垂直的方向）较好，有利于涂膜受热均匀。UV固化段：国际上投入运行生产的几条UV粉末涂装生产线都是采用美国福森公司的F600系列UV灯（见图4.7-13）。光强度可在0~100%范围内调节，灯宽250mm，功率240W/cm。灯管的波长分布见图4.7-14。这种微波无电极紫外固化灯安装在灯具箱内。灯具箱尺寸为206×267mm，灯具箱端部有不锈钢丝网。它将微波反射向灯管，使灯管激发紫外光线。图4.7-13无极灯（6英寸和10英寸）图4.7-14汞蒸气灯（H型）/镀镓汞蒸气灯（V型）的光谱分布为冷却灯管产生的高温需配备高压风机向灯管吹送冷风，并由回风机将降温气体排除室外。冷却气体的气流量要求为500m3/h。4.7.5施工工艺4.7.5.1工艺特点UV粉末涂装工艺与低温固化粉末涂装工艺都可以应用于MDF纤维板的粉末涂装。但两者相比，UV粉末涂装工艺所需得成膜温度更低，固化时间更短，能量消耗更少，因而112 更适用于光学材料、热敏材料（木板或塑料）上使用，涂料利用率大于95%，产量高，减少劳动力和维成本，设备占用场地远少于传统的加热烘道，其最大特点是涂膜外观质量和物化性能特别高，不足之处是设备投资大，涂料价格昂贵和不适用于形状复杂的三维产品涂装。4.7.5.2涂装工艺（1）砂磨木制品表面不像金属制品那样致密平整，表面不仅粗糙，而且还存在许多细微凹坑孔隙。粉末涂料在熔融流平过程中会渗入填充这些孔隙。只有当这些孔隙缺陷都被填充满后，涂料才能在表面流平形成连续的涂膜。所以MDF纤维板的前处理工艺中砂磨木制品表面是一道很重要的工序。要求尽量磨去表面突出的木纤维，提高表面平整度和减少孔隙的体积容量，砂磨工序中分为粗砂磨（选用100~150目砂布）和细砂磨（选用180~200目砂布）。（2）封闭孔隙MDF纤维板表面和内部到处存在着毛细孔隙，因而有良好的吸水特性。这个特性使MDF纤维板获得了一定的导电性能，使其可以类同于金属那样进行静电喷涂粉末涂料。但是材质中含有的水分以及木纤维和胶粘剂含有的挥发物，在受热状态下都会以气态形式蒸发逸出板材表面，造成涂膜流平固化过程中出现针孔、气泡、开裂等弊病。对于涂膜平整度要求高、板材表面孔隙率高或者挥发物含量较多的MDF纤维板，一般需要采用表面封闭孔隙（称之封底）的工艺处理。处理的方法可以刮涂导电腻子或涂导电底漆。也可以采用传统的刮涂腻子及涂底漆的工艺方法（但静电喷涂前需经导电液处理表面）干燥后砂磨，就可得到平整致密没有孔隙的涂装表面。（3）静电喷涂木材的表面电阻在105~109Ω时，将其接地后就能较好地吸附带电粉末。适宜于静电喷涂的木材含水量以4%~8%为好。当含水量低于4%时木材导电性能明显下降，使其静电吸粉能力减弱。工件表面很难获得所需厚度的连续粉层。木材含水量达到7%时在室温下已有较好吸粉能力。随着含水量增加其静电吸粉能力也会增强，但涂膜加热时水分挥发量过大，容易造成涂膜产生针孔、气泡和开裂。木材含水量最好不大于10%。控制木材含水量的同时，为了提高木材制品的静电吸粉能力，一般对木制品采取预热措施，使木材内部的水分向表面聚集，提高制品表面的导电性能，从而增强其静电吸粉能力。国外在介绍木材粉末静电涂装工艺时特别强调控制木材含水量在4%~8%，以及静电喷涂前对MDF纤维板制品进行预热处理。典型预热工艺为90~1250C，预热时间5~10min。静电喷涂电压以30！~50kV为宜，电压过高容易发生反离子流造成涂膜外观弊病。（4）熔融流平木材属于热敏材料，其涂膜熔融流平和固化的温度越低越好。但这一要求取决于粉末涂料的特性。国内市场供应的环氧型低温热固化粉末涂料的固化条件为120~1400C/15~20min。这种粉末涂料可以在传统的热风烘炉中固化。对于MDF纤维板影响不大。但环氧粉末涂料只适用于户内产品的涂装。环氧/聚酯粉末涂料的固化条件在150~1600C/20min水平。国外介绍了该体系可做到1400C固化。聚氨酯体系及丙烯酸体系均为150~1600C/20min。MDF纤维板制品在这样的温度下固化，基材很容易出现开裂、气泡、翘曲等弊病。如果热风固化时辅助红外辐射加热可将固化时间缩短为5~10min。UV粉末的固化时间只需数秒钟，因此即使运行速度较高的UV固化设备其长度比前者也要短得多。UV粉末涂料在流平阶段所需要的时间长短是决定涂装生产率的关键因素。图4.7-15所示的3条温度曲线开始都有一个温度高峰值，升温时间很短。这个峰值对缩短流平时间有很大影响。温度达到峰值后必须快速下滑至工艺要求值（90~1200C），并保持恒温以保证粉末能充分流平获得良好的表面外观质量，同时也避免了高温对基材的伤害。112 图4.7-15温度曲线中的温度峰值对低温热固化粉末涂料的流平质量也是很重要的。由于低温热固化粉末的流平和固化过程是重叠的，当粉末受热开始熔融流平时，粉末分子也开始发生局部交联反应。这会使粉末熔融后的黏度升高，不利于涂膜流平。流平过程越长，涂膜外观质量越好。传统热风加速热工艺一直存在的困难就是提高热风温度，改善涂膜外观质量，但会损伤基材，降低热风温度涂膜外观质量变差。图4.7-15用于熔融流平UV粉末涂料得加热过程表4.7-3是几类粉末涂料固化条件的比较表4.7-3几类粉末涂料固化条件的比较固化工艺固化温度，0C固化时间，min标准粉末涂料热风固化低温热固化粉末涂料热风固化＞160＞11010~2015~25低温热固化粉末涂料红外线固化UV光固化粉末涂料IR/UV固化＞11088（熔平后段）5~8熔平和固化1~44.7.5.3防止涂膜开裂MDF纤维板制品采用粉末静电涂装可以得到优质华丽的涂膜。但如何保证制品在使用过程中防止涂膜出现开裂是涂装工作者必须考虑的问题。（1）涂膜开裂的原因MDF纤维板制品在使用过程中出现涂膜开裂的原因是环境中的水汽穿过制品涂膜后被制品基材吸收。基材吸水后体积发生膨胀，引起制品几何尺寸增大而产生膨胀应力。当制品表面涂膜所具备的弹性、抗张强度等机械性能不足以抵抗这种膨胀应力时涂膜就将出现开裂。一般涂膜出现开裂的部位都在制品基材的侧壁（厚度方向）。这是因为板材在干燥收缩和吸湿膨胀过程中，长度和宽度尺寸的变化量与厚度尺寸的变化量相比，板材厚度尺寸的膨胀和收缩比长度（或宽度）尺寸的变化要大一个数量级。所以板材侧壁边缘的涂膜受到的开裂应力最大，最容易在这里出现开裂。（2）影响开裂的因素MDF纤维板的吸水膨胀程度除与环境温度和湿度有关外，还与涂膜厚度、覆盖完整性、固化程度以及木材含水量、预热等因素有关。表4.7-4是通过大量试验后得到的8个因素对板材尺寸变化的影响程度。从表中可以看出，影响最大的前4个因素是划痕（开槽）、背面涂膜厚度、MDF板材的质量以及涂膜的固化程度。表4.7-4板材尺寸变化的影响因素影响因素影响程度所占百分比划痕（开槽）-132.053.9背面涂膜厚度68.210.8板材类型54.26.8固化程度-45.54.8水分34.12.7加工时的水分-32.42.6预热22.11.1正面涂膜厚度3.81.0112 划痕（开槽）：试验表明背面没有涂膜时，表面涂膜划痕（开槽）的MDF纤维板吸水膨胀开裂最严重。划痕（开槽）的板材比未开槽的板材出现开裂所需要的时间短很多。未划痕（开槽）的板材涂膜开裂所需要的时间平均为194天。而划痕（开槽）的板材涂膜开裂所需要的时间平均为32天。本试验中涂膜开裂时所有未划痕（开槽）样板的含水量达到5.4%，样板厚度的膨胀率为3.3%。在高湿度试验条件下（相对湿度95%）下板材的膨胀程度超过MDF纤维板在预热或固化过程中产生的收缩。背面涂膜厚度：工件背面的涂膜越厚，涂膜开裂所需要的时间就越长。因为水汽不容易从背面穿过涂膜被基材吸收，延缓了板材的吸水膨胀过程。涂膜厚度每增加25μm，涂膜开裂所需要的时间就会延长9天（如图4.7-16）。图4.7-16未开槽样板背面涂膜厚度与开裂时间的关系板材的质量：不同类型的MDF纤维板对涂膜开裂有密切关系。质量好的板材开裂时间为167天，而质量差的板材其涂膜开裂时间为117天。涂膜固化程度：涂膜达到完全固化对于开裂早晚至关重要。完全固化的涂膜平均开裂时间为163天。固化不完全涂膜的开裂时间为117天。这是因为固化不完全的涂膜其分子结构不紧密，容易被水蒸气穿透使基材吸水膨胀过程加快。（3）防止涂膜开裂的措施—MDF纤维板底材必须被涂膜完全覆盖，以减缓底材的吸水速率；—涂膜要有足够的厚度，特别注意背面涂膜厚度不能太薄；—工件各部位粉末涂膜应充分固化，使涂膜具备最佳物理性能；—设法保持MDF纤维板在涂膜固化后仍然保持足够高的含水量，这有利于减少MDF纤维板的吸水；—涂膜固化后工件应尽量避免在较低湿度环境中贮存和使用。4.7.6典型应用实例4.7.6.1UV粉末涂装的应用图4.7-17是美国典型的MDF纤维板UV粉末涂料涂装生产线。生产线中粉末静电喷涂设备和金属产品的喷涂设备类似。生产线中没有金属产品所需要的除油、除锈和化学覆膜等前处理设备，但是在静电喷涂工序前配置了空气除尘和预热烘道。它的功能是清洁底材表面并促使表面分布足量的水膜降低表面电阻，保证MDF板材进行静电喷涂时顺利地吸附带电粉末。生产线中最具有特色的是UV固化烘道。为了对用于粉末涂料的UV固化设备结构和各部件功能有一个较为清楚地了解，下面结合上海新星静电喷涂设备公司研制的国内首台UV固化设备进行分析介绍（图4.7-18）。设备由红外段与固化段烘道组成。这两段烘道有各自的输送带。输送带的运行速度都是无机可调的。112 图4.7-17MDF纤维板UV粉末涂装生产线图4.7-18上海新星公司的UV固化设备（1）流平阶段烘道采用IR红外辐射和热风结合的加热方式，以较好地满足流平工艺要求。粉末涂料熔融流平过程必须按图4.7-15所示温度曲线，开始的温度在很短时间内（30~40s）快速上升达到温度峰值（1600C左右），接着快速下滑至工艺要求的温度，并保持恒温。为达到这一工艺要求烘道前段的中波红外灯按密布方式排列，中间段按散布排列，烘道后段送入对流风。（2）固化阶段—设备选用美国福深公司的F600系列UV无极灯。烘道由UV灯、电源控制系统、高压风机和回收风机等组成。UV灯管中心温度达到60000C，使汞挥发成蒸气发射出大量紫外线。但紫外线能量也仅占灯管功率的30%，因而伴随大量热能产生。所以必须用高压风机强制将冷风压入灯罩（灯罩上有若干小孔）内将热量带走。为了防止微波泄漏伤害人体，配备有微波泄漏保护装置，一旦出现微波泄漏即能自动切断UV灯电路。—所采用的两种典型无极UV灯的输出光谱见图4.7-14。H型灯主要用于浅色和透明粉末涂料，V型灯适用于深色粉末涂料。—UV粉末涂料要实现快速开环交联，必须接受一定的UV照射剂量。透明粉末涂料需要的照射剂量为750~1000mJ/cm2，有色粉末涂料要求2000mJ/cm2，因而UV灯的选用和排布必须结合输送链的运行速度来考虑，以确保涂膜吸收到足够的紫外线照射剂量。图4.7-19是输送链的线速度与吸收UV剂量的关系。图4.7-20是上海新星公司产品的是实验室用UV固化设备外形照片。图4.7-19UV剂量与线速度的关系112 图4.7-20上海新星静电喷涂设备公司设计制造的UV粉末固化设备4.7.6.2低温热固化粉末涂装的应用低温热固化粉末涂装生产线的前处理和静电喷涂设备与UV粉末涂装生产线的设备基本上相同。其固化烘道采用IR红外辐射＋热风的加热方式。烘道进口端也设有红外强辐射区以加快粉末快速熔融流平。固化区域虽然没有UV灯固化段，但烘道除具备对流热风外，一般还配备有红外加热器辅助加热，以缩短涂膜的固化时间。IR＋对流热风固化烘道比UV固化烘道要长得多。4.8输送系统和固化炉4.8.1输送设备4.8.1.1概论对于任何一种产品的涂装，其工序不可能是单一的，也不是完全封闭的。产品的生产过程一般从原材料入厂，加工成金属成品或半成品，然后进入涂装车间（场地）进行表面涂装。经过表面涂装以后的零部件需要储存和运输，送至总装车间，总装成产品出厂。各个车间、各个工序之间是相对独立的，同时又是密切联系的。整个生产是按照一定的规律、一定顺序、一定的节奏进行的。生产过程也可以认为是一个物流过程。物流过程的紊乱，会造成生产过程的紊乱。合理的、畅通的物流对于提高劳动生产率、促进生产过程的顺利进行有着不可忽视的积极作用。涂装是产品生产中的一个重要环节，在这个环节中，还包含有许许多多的工序。工件在土装作业前，要进行涂装预处理，习惯上称为前处理。通常由机械方法处理和化学方法处理两种形式。机械方法处理主要是抛丸或喷砂，而化学处理方法又有预脱脂、脱脂、水洗、表调、磷化、水洗、烘干等多项工艺过程。工件应无油、无锈、洗净，并具有均匀、细密的磷化膜，以保证被涂工件良好的表面状态。经过前处理后的工件才进行喷涂和固化。合理进行工艺布局除了需要考虑工艺上的特定要求外，还应考虑采取何种输送形式，才能使这些工序合理有序地进行。有人说，在高度机械化的涂装车间里，输送线是涂装生产的动脉。它不仅能完成物料的输送和储存任务，同时还能满足产品涂装的工艺要求。涂装作业中，对输送机的合理选择和对输送线路的正确设计，能使涂装生产达到自动化、管理科学化和高效率的目的。4.8.1.2输送机械的类型和特点厂内输送设备的种类很多，大致可分为搬运车辆、输送机械、起重机械、升降机械等4大类，数十个品种。用于涂装作业的输送设备种类也不少，但有的输送设备是作单件小批量生产用，有些是作为上、下工件或转运工件的辅助机械。这些机械都不在本书讨论之列。涂装作业使用的主要运输装置见表16-1。表16-1粉末涂装工艺使用的主要运输装置分类名称特征悬挂式运输链（架空安装）普通悬挂运输链动力消耗少，维修方便，对各种形状的制品均可采用不同的挂具运输，因为吊挂链节是固定的，所以自由度较推杆式运输链少，适用于零部件的涂装运输，应用较广。推杆式悬挂运输链112 由牵引轨道及承载轨道组合而成，能够自由地进行分支、切断、脱离、传递、贮存等，可使制品垂直上下升降轻量型悬挂运输链回转半径小，平面布置方便转载装置（提升降落装置）与悬挂式运输链并用，完成与地面运输链的连接及承荷卸荷任务地面运输链（安装在地面上），用于工件的辅助转运台车运输链在台车轨道的端部或中央通过链条，是牵引台车方式的运输链链条运输链在两个或四个链条上直接放置被涂物品，适用于重量大的物件滚子运输链在链条上装有滚子，在限制器的控制下，可以自由贮放地面推杆运输链链条装在地面上或地沟内，推动荷物，能够自由地分支、汇合与贮存板条运输链链条之间用板条连接起来，通用性好，制造简单平板运输链链条驱动平板小车，是一种水平循环运输链台式运输链适用于轻型荷重的运输，被运输物放在拖板上杆式运输链在两条链子之间有一横杆连接，零件挂在杆上，适用于中小型制品的浸漆涂装滚道运输链有重力滚道运输链和驱动滚道运输链，适用于重荷零件直接放在平板上转运车与台车式运输链并用，适于在线与线之间使用辅助推式链（副链）向主链输送或取出，是一种贮存用的辅助链，也可称作送料装置起重装置转载（提升）装置、单轨起重机（手动）、梁式吊车用于水平差不同的运输链之间，进行上荷或卸荷。由电动葫芦和单轨组成。可设计成直线或环道，可作纵向与横向运动的起重装置4.8.1.3输送机械的选择作为粉末涂装的输送设备，主要是悬挂式输送机，应用最为普遍的是封闭轨悬挂输送机，其次是普通悬挂输送机、推杆式悬挂输送机。在某些特殊用途的场合中，也有使用板条运输链和台式运输链的。某些企业因为受资金、场地条件限制或因前处理工艺的特殊性要求，而不得不将工件的前处理和粉末喷涂工序分段进行时，其前处理工序中还可能使用单轨起重机、梁式吊车或专门设计的可程序控制的龙门吊车。究竟选用何种输送设备？由于被喷涂加工的零件千差万别，各个工序的工作环境相差甚大，而且各生产厂家条件各异，为此，在设计涂装运输装置时应作不同的考虑。（1）根据被涂工件的特征选择和设计输送机械被涂产品不同，尺寸大小不同，材质厚薄不同，在选择输送机时应有不同的考虑。对于一些薄的钣金零件、一些尺寸比较大但重量相对较轻的工件，可选用轻型封闭轨悬挂输送机。例如电冰箱、洗衣机、电风扇、仪表外壳等在喷涂加工中通常选用轻型封闭轨输送机，而对于像缝纫机头、开关柜、高速公路护栏板、汽车轮毂等工件的喷涂通常则选用普通悬挂输送机。对于一些金属网格零件，例如冰箱中的食品搁架、自行车网篮、鞋架、货架等铁丝制品在进行大批量粉末流化床浸涂时，由于每一挂具上装挂的工件较多，每个挂具上采用4个吊点，这时采用板条运输链则更为合适。（2）根据被涂工件的生产批量适当选择和设计输送机械112 同一品种产品的涂装，生产批量不同，所选择的输送方式也有所不同。小型零件小批量生产，采用单件手工作业，一般不需要输送设备，或仅设人力推车等简单转运器械。对于较大型或中型零件，虽然批量不大，生产方式为间歇式，但由于人工转运工件非常困难，在前处理各工序之间或在喷涂与固化工序之间，仍要设简单适用的转运机械，以便于将工件从一个处理工序转运至其后各道工序。这类机械有单轨起重机、梁式吊车，或采用在轨道上可以人力推动的滑车。对于大批量喷涂作业情况，几乎无一例外的采用悬挂输送机进行连续地自动化作业，以便于提高生产效率，降低劳动强度，改善操作环境，保证产品质量。（3）根据生产工艺要求，选择和设计输送机械生产工艺是根据产品技术要求、生产批量、成本计算、企业的物质条件等诸多因素确定的。生产工艺一经确定，所有的设计思想都是围绕如何以最简捷、最经济的手段满足工艺要求。在涂装生产中，输送机械的选用和设计仍以满足工艺要求为前提。工件需要在涂装前或涂装后贮存时，为了有效利用厂房空间，可选用推杆式悬挂输送链。当主链在涂装作业时，利用副链贮存工件。如果涂装前处理是采用浸渍式化学处理或喷砂（抛丸）处理，则往往设计成两条线，一条为前处理生产线，可采用单轨起重机或梁式吊车或者专门设计的可程序控制的龙门吊车。另一条为涂装生产线，一般均采用悬挂输送链。如果前处理采用喷淋式或者船形槽浸渍式，则往往采用悬挂输送机将前处理、喷涂、固化各工序连为一线。由于整个生产过程工件只需一次装挂，这样既能保证涂装产品质量，有能提高生产效率，属于半自动化的连续生产。表16-2不同输送装置的使用特点112 4.8.1.4封闭轨悬挂输送机封闭轨悬挂输送机是悬挂输送机中的一种，它采用的是矩形截面管状轨道，牵引链条在轨道中运行，它具有结构简单、外形美观、运行平稳、噪音小、安装维修方便等优点，在机械、轻工、家电、仪表等行业的涂装作业中应用特别广泛。根据单点吊挂允许重量，分为8kg、30kg和50kg等几种规格可供选择。封闭轨悬挂输送机主要由轨道、牵引链条、驱动装置、张紧装置、安全装置、润滑装置、吊板吊具等组成。（1）链条输送机牵引链条是在输送机上携带工件完成不同工艺任务的主要部件，链条各链节采用十字头双铰链接。由于双铰链接具有较好的双向回转性能，它可以沿弯曲轨道自由地水平转弯或垂直转弯。链条的滚轮及导轮均为轴承结构，运转平稳，性能可靠。（2）轨道封闭轨道悬挂输送机链轨截面形状如图16-1，其尺寸根据单点允许吊挂重量8kg、30kg、50kg三种规格，标准轨道有直轨道、水平弯曲轨道、垂直弯曲轨道、检查轨道和温度伸缩轨道等多种规格供用户选用。直轨道一般以每根6m长度供货，在安装时可根据设计截取所需要的长度。水平弯轨的弯曲半径有R500、600、800、1000，回转角度有300、450、600、900、1800等标准构件，如无特别需要，应尽可能在上述标准构件中选用。垂直弯曲轨道分为上挠弯曲轨道和下挠弯曲轨道，其标准弯曲半径为R600mm，也可制成R800mm和R1000mm，垂直提升角度有有300、450、600和900可供选用。检查轨是用来对链条进行检查、维修以及拆装链条而设置的。一般每条线路至少配制一个，线路较长的应配置2~3个或更多。检查轨通常设置在驱动装置与张紧装置之间，或者是链条张力较小或所处位置较低的地方，以便于链条检修和拆卸。检查轨分为顶部开口和侧面开口两种形式，如图16-2所示。（3）驱动装置驱动装置是为输送机提供动力部件，一般为履带直线驱动。根据驱动机构履带与输送机链条的相对位置，可将驱动装置分为立式与卧式两种。当履带与链条在水平面内啮合称为立式驱动装置，而履带与链条在垂直平面内啮合时则称为卧式驱动。驱动装置一般由电机、变速箱、传动履带和机架等主要部件组成。驱动装置一般为无级调速传动，所选择的范围应该满足涂装工艺及生产纲领要求。112 对于简单的输送线路，如链条长度≤200m，轨道水平与垂直转弯角度之和≤1800，一般采用单驱动，即只设一套驱动装置。对于复杂线路则应进行链条张力计算，以检查链条最大张力是否超过允许张力。当链条最大张力超过允许张力时，应采用双台驱动或多台驱动装置。当采用双台驱动装置或多台驱动装置时，一定要保证各台驱动装置运转同步，目前最有效的办法是用同一台变频调速器控制输送线路上的各台驱动电机。（4）张紧装置输送机设置张紧装置是为了自动调整因磨损和温度变化带来的链条长度的变化量，以满足初张力的要求，保证整个设备正常运行。用于封闭轨悬挂输送机的张紧装置有两种标准形式，即弹簧张紧装置和重锤张紧装置，见图16-2。弹簧张紧装置依靠压缩弹簧的恢复力，自动吸收链条因磨损、受热引起的伸长量，一般仅用于温度变化小，输送负载比较小、输送链条长度比较短的线路，并需要定期调整弹簧的恢复力。重锤张紧装置依靠重锤吸收链条的伸长量，其特点是张力恒定，行程较大。一般在输送线路通过固化炉输送负载比较大，或者输送链条比较长的情况下，均采用重锤张紧装置。当输送线路特别长，而且是采用多机驱动时，或者是温度变化引起输送链条长度变化很大的情况下，还可以选用更可靠的张紧装置——气动张紧装置。（5）安全装置输送机在运转过程中，有时会因操作不当或意外原因（例如有工件在输送线路上被卡住）使输送机链条所受张力超过链条允许张力甚至达到链条的断裂张力，这样链条就会被拉断。拉断损坏的链条重新修复是很费时的，为了避免此种情况的发生，在驱动装置上设置安全保护装置是十分必要的。常用的安全保护装置有两种形式，一种为剪切销式，另一种为“限力器”112 过载保护机构。剪切销式即在驱动电机与变速箱之间过载保护安全，当输送线上链条运行受到阻力超过链条的允许张力时，安全销首先断裂。这样造成电机空转，不至于使链条损坏。但是当输送机发生超载运行，剪断安全销后必须重新安装安全销，由此造成的停机时间比较长。“限力器”式过载保护机构是当驱动力超过额定值时，限力器立即动作，通过一个限位开关切断驱动电机电源，输送机停止运行。当排除超载故障后，即可立即重新启动。由于输送机维护不良，链条卡死超载，可能发生意外断裂，如果断链点正好发生在上下坡的最高点，这样链条在重荷作用下迅速下滑，若不加预防，则可能造成设备与人身重大安全事故。为防止此类情况发生，在上坡段安装上坡捕捉器，在下坡段安装下坡捕捉器，用于捕捉断裂的链条，防止设备和人身事故发生。对于落差H≤1500mm的垂直弯曲段，应设一个捕捉器，一般安装在高于底部H/3处，对于落差大于1500mm的垂直弯曲段，以下挠弯曲段的端部起沿轨道每3m设一个捕捉器。（6）润滑装置润滑装置主要是对链条销轴、活节提供限量润滑，减少链条运行阻力，减少滚轮磨损，增长链条的使用寿命。通常采用的是针阀式滴油油杯，调节适当的滴油量，以保证最佳润滑状态。（7）水平回转装置当输送链轨道的水平转弯半径很小时（如R300mm），双铰接链通过小转弯半径轨道时，与内侧轨道产生滑动摩擦，这样链条及轨道均易磨损，采用水平回转装置，水平回转轮能随链条运行而转动，这样就可避免双铰接链与小转弯半径轨道之间发生的滑动摩擦，从而提高链条及轨道的使用寿命。（8）吊板吊板为输送机链条与挂具之间的连接件，根据工件的大小、形状、吊挂间距等选用各种形式的吊板。常用的有普通吊板、Y型吊板、梁式吊板、S型吊钩等。4.8.1.5普通悬挂输送机普通悬挂输送机是牵引链条拖动滑架在环形轨道上运行的一种输送机械。装有滑轮的滑架连接在链条上，滑轮在工字钢轨道的下翼上运行。普通悬挂输送机承载能力强，牵引力大，同时具有良好的空间性，能在水平面和垂直平面内作任意回转。设计者根据工艺流程需要经合理的布线设计，可穿越上下几米至几十米的楼层，将工件按预定路线运往指定方位，路线可长达1000m，这可以使各个单一的独立专业化生产环节配套成线，将工件连续不断地运经前处理、烘干、喷涂、雾化等高温和有害气体区域，完成人工难以操作的生产过程。使用环境温度为－60～3500C。普通悬挂输送机主要由牵引链条、轨道、滑架、回转装置、驱动装置、张紧装置和安全装置等部分组成。（1）链条在悬挂输送机中，链条是传动力的构件，牵引链条的设计是合理的，将直接影响输送机的使用寿命及性能。目前国内在普通悬挂输送常用的链条有双铰接链条、板式链条、冲压模锻可拆式链条，也有用钢丝代替牵引链条的。双铰接链条又称为万能链条，其主要优点是垂直弯曲半径小，但结构复杂、价格较高。板式链条是用钢板冲压制作而成的，结构简单，价格低廉，适合于仅受引力作用的场合。可拆式链条有冲压可拆链条和模锻可拆链条，它们都是由外链片、内链片和销子等三种构件组成的，模锻可拆链条强度高、性能好。（2）滑架滑架通常称为“猫头吊”，其作用是承受物件、吊具及链条的重量，在垂直弯曲段上还要承受链条张力的合力，并保证链条按轨道的线路运行。滑架通常由两个装有滚珠轴承的滚子、托架与附件组成。根据托架的结构分为整体滑架和可分式滑架两种，根据滑架的承载能力不同，可分为空载滑架、负载滑架和重载滑架三种。根据滑架的轮子形状和布置差异，还可分为A型（圆锥形走轮）、B型（圆弧形走轮）、C型（圆弧斜置形走轮）等（见图16-3）。112 用来承受货物及吊具重量的滑架称为负载滑架或重载滑架，单纯用来支撑链条重量的滑架叫空载滑架。当两个负载滑架或两个重载滑架之间的距离超过800~900mm时，要在中间设一个空载滑架。滑架的轴承使用寿命与链条运行速度及负荷有密切关系，链条运行速度快，负荷大时，滑架使用寿命短，见表16-3。表16-3滑架轴承寿命10000h速度与负荷的关系t＝100V，m/min1412108654321Q，kg260270280300330350370400460480t＝100V，m/min1412108654321Q，kg475400520570610640690750750750（3）轨道普通悬挂输送连轨道通常使用A3I10、I12、I14、I16热轧工字钢。轨道分直线段、水平弯曲段和垂直弯曲段。轨道连接均以轨道固定接头进行焊接，其焊接强度不低于轨道原强度。轨道接头均应设置直线段。输送机经过高温区还应设置轨道温度伸缩接头。（4）回转装置回转装置的作用是使输送机作水平转向。根据回转装置的结构形式不同可分为链轮回转装置、光轮回转装置及滚子列回转装置。（5）驱动装置驱动装置是悬挂输送机的原动力。系由驱动链轮、变速箱、减速器、电动机及皮带轮等组成。根据电机运转性能可分为无级调速驱动装置和固定速比驱动装置。无级调速驱动装置采用JZT系列电磁滑差调速电动机作为拖动电机，操作方便，能在120~1200r/min范围进行平稳的无级调速。近年来采用普通电动机作为拖动电机，用变频调速器来实现无级调速的方法得到更为广泛的应用。固定速比驱动装置是采用普通电机，通过皮带、皮带轮带动减速机、驱动链轮和链条。设计者应预先选择好所传动的速比，以满足生产工艺要求。按照驱动的结构形式又可分为直线驱动和角驱动两种。（6）张紧装置普通悬挂输送机的张紧装置有单链轮张紧和双链轮张紧两种形式，但都是重锤装置。（7）安全装置安全装置的作用是保证输送机本身、输送物品及人身112 安全。按其作用原理可分为机械式保护和电器保护两类。其中机械保护有上、下捕捉器、安全销过载保护及安全网等。电气保护有电子过流安全装置。安全销装置在驱动装置变速箱的输出轴与主动链弥简，当链条张力超过允许拉力时，安全销首先断裂，以避免拉坏链条或烧毁电机。为了防止悬挂输送机上工件掉落而伤害工作人员，在输送机穿过的通道、过道及操作点，特别是轨道升降地段，必须设置安全网。安全网可用角钢及钢板网或角钢和钢丝网制作。为了防止由于牵引链条意外断裂时滑架突然下滑而发生事故，还应设置捕捉器。上坡处安装上捕捉器，下坡安装下捕捉。4.8.1.6积放式悬挂输送机积放式悬挂输送机又称为推杆式悬挂输送机，它是从普通悬挂输送机发展而来的。顾名思义，“积放式”悬挂输送机输送的物品可以在线路系统中任何一个需要的地点停止下来并积存起来，也可以根据需要重新进入运行。因此积放式悬挂输送机是一种既能够担负简单的物料搬运功能，又能解决复杂的物料储运问题的输送系统，它比普通悬挂输送机有更大的灵活性，因此这是大批量复杂生产工序中的一种理想的运载机械。（1）工作原理积放式悬挂输送机与普通悬挂输送机在结构上的主要差别是普通悬挂输送机的牵引与承载在同一轨道上，而积放式悬挂输送机的牵引轨道和承载轨道分开，承载小车与牵引链条不是固定连接的。积放式悬挂输送机的轨道分上下两层。上层轨道是牵引链条的运行轨道。牵引链条上连接着支承小车和链条推杆。下层轨道支承着载货小车。当牵引链条在驱动机的作用下沿上层轨道运行时，链条推杆推动载货小车沿下层轨道运行。载货小车通常分为单小车和复合小车。载货小车前面装有一个和前铲铰接并能上下移动的升降爪，后面装有一楔形尾板。该尾板能使后面运行过来的小车前铲沿其楔形表面上升而抬起，迫使升降爪落下并跟牵引链条上的腿杆脱开。当第一辆载或小车在运输线路上某一个停止器处停下来，由于第一辆载货小车后尾板的作用，使后续来到的第二辆载货小车的前铲抬起并迫使升降爪落下，从而脱离跟牵引链条推杆的啮合也停下来。这样后续来到的载货小车一辆接一辆地积存下来。当停止器按指令打开时，第一辆载货小车的升降爪由于前铲的重力而升起，后面运行过来的牵引链条推杆就将第一辆载货小车带走。当第一辆载货小车刚一离开，其尾板就跟后一辆小车的前铲脱离，第二辆载货小车的升降爪有升起，并且也跟着牵引链条上的推杆带走，这样载货小车就一辆一辆地陆续被带走。因此携带货物的载货小车可以在任一工位上停留下来并等待完成一定的工艺作业，见图16-4。112 为了完成各种复杂的工序作业和储存，积放式悬挂输送机除了主线以外，还设有许多支线，并可能有多条牵引链条和多个驱动站。因此积放式悬挂输送机还要完成载货小车从一条牵引链向另一条牵引链的传递。送车线的牵引轨道相应地压低了一个距离。当前小车的升降爪跟转弯的牵引链条推杆脱开时，后面过来的链条推杆能够跟后小车上的过渡爪向啮合，并将载货小车推过两条牵引链间的空档。一旦越过这一空档，接车线上的牵引链推杆正好跟前小车的升降爪进入啮合并将载货小车带走。载货小车沿输送系统中不同路线运行是依靠岔道来控制的，如图16-5所示，载货小车上携带有“地址”，每一个岔道前有“认址”装置。（2）特点—积放式悬挂输送机可以起到板式输送机、滚子输送机、台式输送机及普通悬挂输送机的各种功能。它能将货物在要求的工位上升、提起、降下、卸掉、旋转900而不需要其他辅助设备。因此采用积放式悬挂输送机能最大限度地减少各种辅助运输设备。—采用积放式悬挂输送机可以使整个工厂里所有的工序都连接起来成为一个完整的系统，并可以采用电子计算机进行程序控制，使输送机系统可以根据生产情况来确定最佳物料流动。—每一吊具均能够携带很大的载荷高速地向工位传送，节省了工位间的传递时间，提高了生产功效。—高速传递还意味着可以大大减少吊具数量，降低牵引链条的牵引力，减少轨道上的负荷。—由于采用积放式输送机，可以使工件在厂房的空间储存，从而提高了厂房的利用率，减少了厂房的实际占用面积。—由于在任一工位前有一定的储存，使生产具有一定的弹性。即当某一工位发生故障时，在规定的修复时间内，系统可以正常工作而不受任何影响。—对于某些特殊的工序，例如涂装后的固化工序，由于采用积放式悬挂输送机，工件可以在烘道内积放，这样在相同批量生产要求下，可以大大缩短烘道的长度，减少能源的消耗。—新的工位很容易通过附加链条加以扩充。积放式悬挂输送机比普通悬挂输送机结构要复杂得多，由于每一套输送系统都有多个输送和储存要求，因此调试比较复杂，一次性投资相对较高。（3）主要构件牵引链条和滑架：牵引链条亦可采用冲压拆链和双铰接链。滑架固定在内链环上，不允许有自由晃动，否则会使推杆偏斜。滑架分支承滑架和推进滑架（见图16-6），前者只支承链条，后者装有推杆，既支承链条又推动小车运行。轨道：积放式悬挂输送机轨道由上下两层组成（见图16-7），上层轨道是由工字钢制作（牵引轨道），下层为承载轨，是由一对槽钢组成。整条输送线上下轨道间距并不是一致的，根据要求设计有三种不同的“轨道距”——112 牵引轨底面至承载轨底面的距离。（1）积存轨段（标准轨间距），链条推杆能越过止逸爪而被限制在止逸爪和升降爪之间。当载货小车的升降爪落下时，推杆能越过升降爪，使小车积存下来。（2）抬轨段（比标准轨间距大），链条推杆跟止逸爪有一定的间隙而不发生啮合，抬轨段用在载货小车有一条牵引链向另一条牵引链传递时避免车推链条的场合以及线路上布置有停止器的地方。（3）压轨段（比标准轨间距小），链条推杆不能越过止逸爪，并跟后面小车上的“过渡爪”有一定的啮合量，压轨段用在载货小车由一条牵引链向另一条牵引链后推过渡的场合以及输送线的上下坡段。承载小车：是积放式输送系统中携带载荷并沿城在轨道运行的部件。一般有单车、双车或三车，携带一个吊具。道岔：是在积放式输送机系统中控制载货小车运行路线的装置，是积放式悬挂输送机的关键部件。道岔按用途分为出线道岔和入线道岔。出线道岔是将载重小车从主线轨道引向副线轨道，也叫分支道岔。入线道岔将载重小车从副线轨道引向主线轨道，入线道岔也称合流道岔。按结构形式又分为推杆式传递道岔和拨杆式传递道岔。（1）推杆式传递道岔，利用推杆推动小车车身进行传递，图16-8所示为主线进入副线的出线道岔结构。当推杆中心线与链轮齿中心线向重合，在传递过程中可避免小车车身与推杆的干涉，如副线亦为有牵引的情况，在小车与副链的干涉区段上应加压板，将小车挡块压下，避免小车当块和副链推杆可能产生的干涉。（2）拨杆式传递道岔，利用拨杆推动小车挡块进行传递。图16-9为小车从副线进入主线的入线道岔。这种道岔大多用于副线是斜坡滑行的无牵引线路。在拨杆与小车当块产生干涉的区段应加压板，将小车当块压下，小车靠下滑运行的惯性通过干涉区后，拨杆推动小车进入主线。当拨杆的中心线与链轮齿中心线相重合，可避免小车与主链推杆的干涉。当副线是有牵引的线路时，则干涉区不能加压板，可采用弹性压板，当小车挡块与弹性拨杆在干涉区发生顶撞时，当块压迫弹性拨杆回缩，由后一个弹性拨杆自动与挡块啮合，推动小车进入主线。按链条走向还可分为光轮转向道岔和滚子组转向道岔。112 驱动装置：是牵引链条的动力源，由电机、减速机、机架、驱动链条组成，驱动装置上设有机械过载断电和电流过热继电器双重保护。张紧装置：是吸收牵引链条从传动装置绕出时所产生的松弛并使其保持一定张力的装置，积放式悬挂输送机一般采用弹簧、压缩空气或压力油来提供张力的，适用最多的是气—液张紧装置。这种张紧装置既能提供输送机正常工作时的最小张力，又能接受链条的断续高峰载荷。停止器：是输送机系统中控制载货小车停止和运行的装置，它有手动和自动两种形式。捕捉器：用于防止载货小车上坡时由于牵引链条断裂或与载货小车脱啮而产生反向运动的装置，它能防止载货小车超速下滑。止退器是用来防止进入停止器的第一辆载货小车后退和游弋的一种装置。4.8.1.7板式输送机在粉末涂装工艺中，除经常使用封闭轨轻型悬挂输送机、普通悬挂输送机、积放式悬挂输送机以外，在某些特殊用途还使用板式输送机。该机具有结构轻巧、紧凑、工作噪音低、运行平稳等优点。平板式输送机一般由驱动装置、张紧装置、平板式输送带、安装机架等组成。平板式输送带的两条或多条滚子链之间依靠平板连接起来，结构简单，制造方便。根据工件宽度可随意设计输送带宽度。平板式输送机的运行速度可以设计成定速，或者定时间歇运行，或者无级调速。其他输送机如台车输送机、滚道输送机、地面浅拖输送机等，由于在粉末涂装工艺中很少直接采用，而仅作工件中间工序转运，故不一一介绍。4.8.1.8粉末涂装工艺中悬挂输送机线路设计（1）设计前的资料准备粉末涂料生产中，悬挂输送机是为涂装工艺服务的，在输送机选择和路线设计时，首先应该根据具体工艺流程图确定路线走向、轨道标高，正确选择和配置各种部件，为此应掌握以下基本资料，作为设计的依据。—待输送工件的特征：（1）产品名称、产品类型；（2）最大外形尺寸长×宽×112 高；（3）最大工件重量；（4）工件的吊挂方式，复杂零件最好以实物找出其重心位置；（5）根据零件确定的每个吊具装载的零件数量及总重量。—生产纲领：（1）每年生产零件总数；（2）每年有效生产时数。—生产工艺流程：（1）各工艺设备长度、标高；（2）各工艺设备之间按工艺要求设计的最小距离；（3）各工艺设备中工作环境及安全防护要求。—设备所在厂房特征：（1）生产场地长、宽、面积；（2）建筑物的平面图、立面图、梁柱、屋顶结构；（3）楼面、屋面的]承载能力；（4）工厂的物流方向。（2）输送机的选择与线路设计粉末涂装中选挂输送机的选择与输送线路的设计，实际上与粉末涂装生产线的总体设计密切相关。总体设计的完成意味着输送机的设计已基本完成。其设计的基本步骤如下：—根据待涂产品特征选择悬挂输送机的种类和规格。对于家用电器、轻工机械、仪器仪表、金属家具、自行车、摩托车等产品，大多为薄壁、轻型零件，基本上都采用封闭轨悬挂输送机。对于电器开关柜、缝纫机头等相对重量比较大的工件则选用普通悬挂输送机，工件在工序中或工序间有储存要求的则选用积放式悬挂输送机。—根据工件外形尺寸、最大工件重量确定工件的吊挂方式。大型工件一般要两个吊点吊挂一个工件，中小型工件一个吊点吊挂一件，小型零件可以是一个吊点装挂数件。—根据工件的吊挂情况，即每一吊挂工件实际的有效空间确定工件最小吊挂间距。此间距还应满足输送机在垂直爬升和水平转弯时的最小间距要求，即e≥100mm，否则工件在这些线段上可能产生干涉与碰撞。—正确选择输送线路轨道水平转弯半径和垂直爬升角度。为了减少输送机链条的运行阻力，轨道水平转弯半径应该尽可能选得大一些，轨道垂直爬升角度尽可能选择小一些。但是为了减少生产线的占地面积，特别是在烘干设备内轨道水平转弯时，其转弯半径又要尽可能选择小一些，这样可以减少洪炉体积，降低热能损耗。轨道水平转弯半径和垂直升降角度确定后，还必须按上述第3条所述进行复验。—根据生产纲领及吊挂形式、吊挂间距，计算出输送机的工艺速度。根据计算的工艺速度正确选用驱动机的调速范围。—根据工厂物流方向确定上下工件的位置。在上下工件处悬挂输送机的高度应保证操作者装卸工件方便，同时周围应有足够场地，以便堆放和转运工件。—悬挂输送机通过各工艺设备时，其长度和标高应该满足各工艺设备规定的长度和标高，各工艺设备之间的距离应满足工艺要求的最小距离。例如输送机从涂装前处理喷淋机出来应有一定的滴水时间，从烘干到喷涂设备之间和从固化炉到下件处都要有一定的工件冷却时间，上下工件处要有一定的水平长度，以保证有足够的时间上下工件。工件在工艺设备的进出口处要有足够的直线段，以保证工件进出工艺设备时不受阻碍。—选择合理的驱动机构和张紧装置的位置。去冬机构总是设置在高温区段以及重负荷的末端，对粉末涂装生产线而言，总是在粉末固化炉出口后的一段输送线上。张紧装置总是设置在驱动机构之后不很远的位置，一般都在上下工件段附近，即载荷最小的线段上。—根据悬挂输送机通过的各工艺设备的环境条件选择和配置相关部件。输送轨道通过烘炉时，两端均要设置温度伸缩轨道，以避免由于输送轨道热胀冷缩引起输送线或工艺设备的变形损坏。驱动装置附近开始每50m至80m应设置一段检查轨道，以安装和检修输送链条。输送线上远离高温区段之后链条张力的地方设置链条润滑装置，以保证链条链条的正常润滑，减少链条与轨道之间的摩擦。输送轨道上下坡段比较长、落差比较大、负荷比较重的情况下还应在上下坡段设置上下捕捉器，输送线下工件距地面高度超过1.6m，人员能通过的区域还应设置安全网，以保证人员安全。—根据实际情况确定输送轨道的安装吊点及安装支承架。一般情况下凡是输送轨道通过工艺设备时，总是在工艺设备上设置吊点，吊点间距不大于3m。工艺设备之外应设置吊架。吊架可以固定在建筑物梁柱上，或者设置地面支承架。支承架的设计应有足够的强度和刚性，保证输送轨道固定牢固。输送轨道的转弯处均应有足够的吊点固定，以保证输送机在运转时不产生晃动。112 —在选定悬挂输送机类型的同时，应提出最高工作温度要求，以便输送机生产厂家采取适当的措施。一般情况下输送机应避免在有严重腐蚀性气氛下工作，如遇此种情况，还应设计特殊的悬链保护装置。—在电器控制设计时，驱动装置的过载保护装置应与电机连锁，一旦过载应能切断电机电源。在上下工件及其它区段每隔30~50m处可设置紧急停车按钮，以便输送机运行中发生故障能紧急停车处置。—线路设计完毕，还应对输送链条的张力进行设计。如果计算张力小于所选用的悬挂输送机允许张力，则线路设计完成。如果计算张力大于所选输送机的允许张力，则应该用双驱动甚至是多驱动。此时应重新调整前面的输送线路。当采用双驱动或多驱动时，应采用变频调整器控制输送链条的运行速度，以保证各驱动站运行同步。（3）悬挂输送机的张力计算—链条最大张力的确定链条最大张力是驱动段之后零点张力处按输送线路顺次计算的。输送链条产生张力是被涂物、吊具等作用，使链条在运输行走段上的摩擦引起的。其张力等于链条行走的重量之和与摩擦系数之乘积。摩擦系数与链条的结构及润滑条件有关。被载物在上升斜段上的张力等于被载物与每米运输链行走区段的重量之和乘以高度差，下坡时张力为负值。附加张力与链条弯曲段的张力大小成正比。一般链条的附加张力计算公式：水平运输区段的张力：PH＝μ·W·L式中μ——摩擦系数W——运输区段的总重量L——水平段的长度水平弯曲段的张力：PT＝KP式中K——弯曲段的附加系数P——弯曲段的链条张力，kg垂直弯曲段的张力：Pv＝μW·S＋ZP＋HW式中S——垂直曲线段的投影长度，mZ——倾斜角系数（1/1000×倾斜角）P——弯曲段开始点的链条张力H——垂直上升或下降的高度，m。上升时为正值，下降时为负值。以上是逐点确定输送链条的张力，找出最大张力值。对于总长不超过200m，全部垂直和水平转弯不超过1800的输送机，一般只需概略计算，即可满足要求。—链条张力的概略计算链条张力可以按下列公式进行概略计算：Smax＝f·S0＋μQ移（1＋0.35f）＋Q提（kg）式中S0——初张力，取30~50kgf——局部阻力总作用系数，f＝1.05’’μ——直线运行阻力系数，一般μ＝0.03Q移——移动载荷，kgQ提——提升载荷，kgQ移即移动载荷的kg数，它等于不变载荷和可变载荷的总和。Q移＝q0·L＋qp·Lpq0——每米长度的不变载荷，kg/mL——输送线总长度qp——每米长度的可变载荷，kg/mLp——输送线有载段长度，m每米长度的不变载荷q0等于链条每米重量及每米长度上吊具和吊板的重量之和。112 G吊＋G板q0＝q＋———————Tq——链条每米重量，kg/mG吊——吊具重量，kgG板——吊板重量T——吊具间距每米长度可变载荷qp即每米长度上装载的物品重量G·mqp＝——————TG——每个装载物品的重量，kgm——每个吊具上装载物品的个数Q提＝qp·HH——载荷的最大提升高度4.8.1.9输送机的安装、维护和保养对于粉末涂装生产线中输送机的使用效果，主要取决于合理的选型和正确地路线设计，同时也与精良的制造、正确地安装和合理地维护保养有直接关系。一条设计合理的输送线路由于安装使用不当，造成频繁发生故障的实例不少。输送机的常见故障及排除方法见表16-4。表16-4输送机常见故障及排除方法部件名称故障形式故障原因检查及排除方法驱动装置1电机不转电路不通1检查保险丝2检查外部接线3清理限位开关2启动缓慢电路故障1检查线路电压2检查保险丝3驱动装置发热1电压不稳2保险丝缺相3故障物堵塞通风孔4轴承无油或损坏1更换保险丝2检查齿轮箱3润滑或更换轴承4减速器噪音大1减速器缺油2轴承缺油损坏1检查油标并加油2润滑或更换轴承5减速机振动地脚螺丝松动紧固地脚螺栓6减速机漏油1油堵松动2轴承油封损坏1紧固油堵2更换油封驱动装置7驱动链过度磨损1履带链位置不正确2履带不良1调整履带链2清洗并加润滑油8驱动链啮合噪音1履带链间隙不合适2履带链倾斜同上张紧装置1活动架移动不灵1轨道中有异物2走轨卡结不转1清理轨道2清洗走轨2张紧到极限位置链条过长拆除一节链条牵引链条1链条过度磨损1润滑不良2滚子卡结不转1润滑链条2清洗或更换滚子2链条断裂1轨道上有异物干涉1清除异物112 2吊挂工件被设备卡住3限位保险失灵2清理吊挂工件3调整或更换限位保险转道翼缘过度磨损1链条张力过大2滚轮卡结不转1调整张紧装置2更换或清洗滚轮悬挂输送机的制造、安装质量直接影响到输送机的工作可靠性及其使用寿命。若轨道的直线度不好，轨道接头处平整度差，弯曲轨道制造安装的水平度不准，都会造成链条运行阻力的增加，使弯曲轨的踏面或侧面很快产生严重磨损。因此制造安装时要求：（1）直轨道平直，直线度允差≤1.5/1000，全长不超过15mm允差。其相邻两支点的轨底标高允差为间距的1/1500，全长纵向倾斜不超过15mm。（2）水平弯道安装的水平允差≤1.5mm。（3）轨道连接处的间隙应小于2mm，其踏面高度的不一致和两侧立面的不一致均应小于1mm，且只能顺运行方向。（4）张紧装置的活动段在链条运行时，应能在固定段内灵活移动，无卡阻和歪斜现象。（5）驱动装置的履带推动链应与输送机链条正确啮合，使之运转平稳。（6）所有的安装架、支撑结构均应牢靠，输送机运行时轨道不得有晃动现象。输送机在使用过程中还应注意维护保养。（1）各部件应保持清洁，定期打扫，尤其是用于粉末喷涂这种粉尘较大的场合，更应定期清理，擦拭。（2）减速机初始工作一个月换油一次，以后每半年要换油一次，要经常检查减速机油标，并注入足够的润滑油。（3）应根据不同要求的工作环境选用合适的链条滚轮润滑。当链条要通过中、高温工作区时，应选用复合钙基润滑脂ZFG-4或高温润滑脂7017-1。（4）及时调整张紧装置，保证链条运行平稳。（5）经常检查紧固零件，防止松动。4.8.1.10输送机线路布置实例某厂电冰箱壳体涂装生产工艺为预脱脂—〉水洗—〉水洗—〉表面调整—〉磷化—〉水洗—〉水洗—〉纯水洗—〉烘干—〉自然冷却—〉喷粉—〉固化—〉出成品。前处理为九工位八槽喷淋机组，烘道均采用桥式。输送机选QX240-50。其典型工艺布置如图16-10。这样布置既考虑了个工艺段的要求，又使设备布局合理。112 当工件原材料有锈斑，需要作除油除锈处理时，前处理通常用浸渍式或浸渍加喷淋，而且，当工艺速度较高时，各工艺段时间长，则全线输送线也长、轨道弯道多，通过张力计算后，需采用双驱动时，则如图16-11布置。当采用双驱动双张紧时，在线路设计中，除了应遵循输送机线路设计的一般原则外，还应考虑使两台驱动机承受的负载基本相同。特别需要注意的是如何力图使两台驱动机运行同步，否则在两台驱动机间的链条一段会因为阻力超载而断裂，另一段会因为链条过松而拥挤卡阻，也使阻力增加。20世纪80年代初期某冰箱生产厂的一条涂装生产线就是因为输送机不同步而长期无法运转投入生产。自从变频调速这一新技术问世，用一台变频调速器控制两台或多台驱动机，这样两台以上驱动机的步行运行问题基本上得到了解决。4.8.2干燥固化设备涂装生产工艺中，涂层的固化是十分重要的工序之一，在粉末静电喷涂工艺中，涂层的固化是不可缺少的工序。涂层的干燥固化要消耗大量的能量，因此研究先进的涂层固化工艺，设计和选择合理的干燥固化设备，减少能耗，降低成本，使推动粉末涂装技术发展的重要途径之一。粉末涂装工艺中，工件经过除油、除锈、磷化等表面处理工序以后必须经过烘干，除去工件表面的水分，以保证粉末涂层固化以后的结合力。一般烘干温度为100~120℃，烘干时间应视工件的复杂程度、材质、壁厚等因素确定，对于一般薄壁板状零件烘干时间通常为8~10min，粉末涂层的固化温度为180~220℃，固化时间亦应视工件的复杂程度、材质、壁厚等因素确定，薄壁板状零件粉末涂层固化时间通常为20min。粉末涂料的品种不同、配方不同，其固化温度与固化时间也会有所不同。由于粉末涂层固化温度比较高，固化时间也比较长，因此消耗能量比较大，在一定程度上限制了粉末涂装的更为普遍应用。世界各国都在竞相研究低温短时间快速固化的粉末涂料。但是目前国内生产的各种热固性粉末的固化温度一般高于160℃，固化时间不少于15min。对于一些热塑性粉末涂料（例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等）采用流化床涂敷工艺时，还需将工件预先加热到一定温度，通常预热到250~360℃后，将工件浸入流化状态的粉末中，使粉末熔融后黏附在工件表面，然后对工件进行熔融塑化处理，其处理温度为180~220℃，固化时间15~25min。4.8.2.1涂层质量与烘烤固化的关系对于任何一种产品的涂装，其涂层质量，除与所选涂料本身的质量有关外，涂装过程中的施工工艺也是影响涂层质量的重要因素。烘烤固化是粉末涂装生产中重要的施工工艺之一。确定正确的烘烤固化工艺参数，设计和选择合理的烘烤固化设备是保证粉末涂层质量的关键环节。（1）烘烤温度对涂层质量的影响粉末涂料被涂敷在工件表面，必须经过一定温度和时间的烘烤，才能使粉末熔融流平、交联固化成均匀的涂层。不同的粉末有各自不同的熔融、流平和交联固化温度。粉末的固化温度一般是由粉末生产厂商在粉末生产出厂时规定的。施工中烘烤温度过低，粉末涂料熔融流平、交联固化不足，会造成涂层表面粗糙、光亮度差，附着力差，强度和硬度都会下降。如果烘烤温度过高，轻则造成涂层失色，重则使涂层焦化，机械强度严重下降。（2）烘烤时间对涂层质量的影响粉末涂料在一定温度下固化有一个过程，即要有一定的时间。粉末涂料受热达到一定温度后软化，随着温度的上升开始熔融。熔融后的粉末涂料黏度随之发生变化，不同的树脂类粉末有不同的黏度。一般来说，熔融后黏度低的粉末流平性好，成膜后表面光泽好，黏度高的粉末则流平性差成膜后表面粗糙、光泽差。粉末生产厂商通常以添加适当的流平剂来调整粉末涂料的流平性。当粉末涂料继续受热升温，树脂与固化剂等各种添加剂发生交联反应而生成坚固的涂膜，这种反应并非瞬间进行而是需要有一定的时间才能完成。这就是为什么粉末涂料固化一定要有足够时间的原因。前面谈到的如果固化温度不够或固化时间不足，都会造成粉末涂层严重的缺陷，因为它实际上没有达到完全固化的程度。112 （3）被涂工件的基材、形状、壁厚等对涂层质量的影响任何一种牌号的粉末规定的固化条件是生产厂商根据粉末配方的特点通过试验确定的，但在实际生产应用中，烘烤固化时间还应考虑工件的材质、形状、壁厚等因素，因为不同的材质其导热性能是不一样的，不同形状、壁厚、工件的热容量各异，因此必须通过试验来确定生产中适用的烘烤固化时间，否则对于导热性差，形状复杂，板壁厚的工件，容易造成粉末实际固化温度和时间不足的问题，固化时间过长又会浪费能源，降低生产效率。4.8.2.2对烘炉的基本要求为了满足粉末涂装对烘烤固化的工艺要求，保证粉末涂装产品的质量，节约能源对烘炉的选择和设计应有几点基本要求。（1）温度均匀性要求：粉末涂料烘烤固化温度范围比液体涂料范围窄，因此要求烘炉温度分布均匀，如果烘炉内温度不均匀，工件上粉末涂层的固化效果不一致，处在温度较高处的粉末已经固化，而处在温度较低处的粉末尚未固化或尚未完全固化，或者出现处在较低温度处的粉末涂层已经固化，而处在较高温度处的涂层就会出现过度固化的现象，这样工件上涂膜的外观表征就出现色泽不一致。当采用远红外辐射加热时，如果加热器排布不当，最容易发生此类问题。一般来说工件通过同截面处的空间范围，温度差不大于10℃，便能保证涂层的质量。（2）升温速度要求：烘炉从室温升至工作温度所需要的时间与工作温度之比称为升温速度。从室温升至工作温度的时间越短，则升温速度越快。升温速度影响生产准备时间。升温速度快的烘炉，生产准备时间较短。升温速度还影响其后的热响应时间，升温速度快的烘炉热响应时间短，烘炉温度波动周期小。一般要求烘炉升温时间为30~60min。（3）节能要求：烘炉在升温和保温过程中需要消耗大量的热能，这些热能除一部份被工件和粉末涂料固化时所吸收外，大量的热能消耗在加热炉内循环空气，炉体本身的吸热和表面散热，输送机具的吸热、炉门缝隙及炉门口的散热，烟道排出废气带走的热量等，设计合理的烘炉，应当是尽可能把除工件、输送机、挂具、粉末涂料吸热以外所消耗的热量控制在最小值。为此在设计烘炉时（1）在满足工件在烘炉中的可容性或通过性的前提下，应尽可能减少炉体内腔体积；（2）有足够厚的保温层，选用导热系数小的保温材料以减少炉体表面的散热损失，尤其要避免炉体筋条直接导热损失。通常采用的措施是在炉内壁板与筋条之间衬垫石棉橡胶板或在筋条上冲制一定数量的隔热腰形孔。设计合理的烘炉在长时间工作条件下，炉外壁温度应不高于40℃；（3）当选用连续通过式烘炉时，尽可能避免采用直通式单行程烘炉，而采用双行程（一个端头出口）或多行程（两端出口，但不是正对出口）烘道，而且最好是采用桥式烘炉。当必须采用直通式单行程烘道时，则应在两端设置风幕；（4）炉内废气排放应控制在最小值，对于粉末涂装用固化烘炉原则上可以不设废气排放口，对于前处理后的烘干炉可以设废气排放口，以便将过多的水蒸气排出；（5）对简单的薄板零件，采用远红外辐射加热也是节能的重要措施。（4）其它要求：工件在炉内要能顺利通过，尤其是多行程烘道或桥式烘道一定要通过作图和计算来确定其通过性。当用于溶剂型油漆的烘干固化时还要注意防爆要求。4.8.2.3烘炉的类型及选择烘炉的种类很多，分类的方法也很多，不同的烘炉有各自的用途和特点。（1）按烘炉的作业方式分—间歇式：这类烘炉为一端开门的封闭室体，通常称之为烘箱或烘房，小的称为烘箱，大的称为烘房。烘箱已成为系列化标准产品，市场上有售。烘房要根据用户的生产批量大小和对产品的工艺要求进行专门设计与制造。间歇式烘炉的基本形状如图16-12所示。在粉末涂料工艺中烘箱主要在实验室使用，或者用于小型工件的批量生产，烘房主要用于大型工件的小批量生产，因为采用这类生产，都是间歇式作业，生产效率比较低。但是由于此类烘炉在正常运转时都是将炉门关闭的，所以相对来说热损失比较小。112 一端开门即是工件从门进入烘炉，烘干或固化完成后仍是从同一个门出炉。实际生产中为了工件进出烘炉转运方便，也有两端开门的，即工件从一端进入烘炉，烘干后或固化后从另一端门转运出炉，但是由于这类烘炉在正常工作时，两端的门是关闭的，所以从本质上看这类烘炉仍属于同一种类型，如图16-13所示。图16-12间歇式烘炉的基本形状—连续通过式：连续通过式烘炉的特征是被加工零部件从烘炉的一个入口连续不断进入烘炉，经过烘干或固化后，又连续不断地从另一个出口离开烘炉，与连续通过式烘炉配套使用的是悬挂输送机或地面轨输送机。工件出入口通常是敞开的，因此不可避免地会在工件出入口造成大量的热损失，为了尽可能减少这一部分热损失，要求连续式烘炉是在保证工件通过的情况下，尽可能减小出入口的面积；采用风幕，采用桥式以阻碍烘道中热空气的外溢。根据工件在烘炉中运行的路线可分为单行程烘道、双行程烘道（U形烘道）和多行程烘道、S形烘道、W形烘道，如图16-14。一般来说，在完成同样的生产纲领情况下，烘道设计成双行程或多行程，这样比单行程烘道散热面积要减少30%，安装面积也减少15%，从而减少能源消耗，提高经济效益。通过式烘道中按其结构形式可分为直通式和桥式（半桥式）。所谓直通式即工件在烘道出入口处的悬挂输送机轨道与烘道内的悬挂输送机轨道处于同一水平位置，如图16-15所示。这种烘道结构简单，安装方便，但是两端门洞处112 室外气流会严重影响炉内温度均匀性，所以采用直通式烘道有日趋减少的趋势。对于某些大型工件，若采用桥式或双行程烘道在厂房高度或工件运转有困难而不得不采用单行程直通式烘道式，为了克服其端部开口热损失大的缺点，通常在两端开口处加设风幕，以阻止烘炉内大量热空气外溢。风幕设置如图16-16所示。桥式烘道如图16-17所示。其特点是烘道出入口处的悬挂输送机轨道高度低于烘道内的轨道高度。即烘道出入口处门洞处充满比重比较大的冷空气，烘道内的热空气就不会或很少从门洞处外溢，这样不仅节约了能源，而且改善了车间内工人的操作环境。近年来已被越来越广泛地采用。桥式烘道结构比较复杂，安装难度较大，对厂房的高度有一定要求而且由于引桥段的存在，相应需要增加一定的占地面积。桥式烘道的引桥可以根据输送机的特点制成300、450或其它所需的角度。桥式烘道出口还可以设计成图16-18所示的形式。（2）按照换热形式分—对流换热：用电能或燃油、燃气或蒸汽采用热风循环方式加热炉内空气，再由空气加热工件和涂料，这种加热方式炉内温度均匀，但换热效率低。—辐射换热：采用灯辐射（红外线灯泡或石英管）和暗辐射（管状、板状、带状燃气辐射器），当其辐射频谱与工件上涂层的吸收频谱相匹配时，可节能大量的能源，提高生产效率，但辐射器的选择和排列方式是十分重要的。当辐射器选择和排列不当时，极易造成辐射不均匀，使涂层固化质量不佳。一般只用于加工简单工件的连续通过式烘炉。—对流/辐射换热，同时采用热风循环对流换热和远红外辐射加热。这既可以发挥远红外辐射加热的优点，又可以克服其温度难以均匀的缺点。（3）按所用能源分—电加热烘道：电能使用方便，温度容易控制，是目前应用最为广泛的能源。—燃气烘道：采用煤气、石油液化气或天然气作能源，通过燃烧室燃烧以后将混合空气直接送进烘道（产品表面质量要求不太高时）或者通过热交换器间接加热烘道内的空气（产品表面要求特别高时）。要使燃气燃烧完全，燃烧嘴的结构和燃气与新鲜空气的混合比例都是关键因素，目前国内大多采用进口燃气机。—燃油烘道：一般以柴油作燃料，在燃烧室与空气混合燃烧后，再以热交换器间接加热烘炉内的空气。以油作燃料，生产成本低廉，但燃烧系统设备比较复杂、一次性设备投资较大。—蒸汽烘道：以过热蒸汽通过蒸汽热交换器，加热烘道中的空气。烘道结构简单，但是蒸汽烘道的工作温度一般不超过110℃，所以只能用在工件前处理后的烘干工序。112 当筹建或改造一条粉末涂装生产线时，究竟选用何种形式的烘炉，应考虑下列因素：—涂料所要求的固化温度和固化时间；—工件的材料、尺寸大小和形状复杂程度；—涂层的颜色、质量要求；—用户的能源供应状况；—产品的生产批量大小。4.9粉末涂装技术发展动态4.9.1超声波清洗随着表面活性剂品种的快速开发，粉末涂装前处理采用水剂清洗除油的步伐也在加快。除了常用的喷淋清洗方法外，超声波清洗技术的应用发展很快。为了提高水剂清洗效率，在清洗槽中引入了超声波清洗装置。利用超声波振动能量通过液体传递给工件表面的油污等附着物，在表面活性剂的作用下，很快就能将油污从工件表面除去溶于清洗液中。这种清洗方法对油污较轻的工件其清洗效率非常高；油污较重的工件则需要采用多槽清洗，先进行粗洗再精洗，必要时采用溶剂型超声波清洗设备。水剂超声波清洗设备很适用于线材连续生产的清洗。国内华新钢丝厂的钢绞线粉末静电流化床涂装生产线中，钢绞线在粉末静电涂装前采用水剂超声波清洗。清洗后用压缩空气快速吹干，再进入中频预热炉预热。生产线运行速度高达15m/min。国内市场供应的适用于水剂清洗的超声波清洗设备如图4.9-1所示。设备采用不锈钢制作，自动恒温系统在30~110℃范围可调，可以24h连续工作，适用于大批量生产。各种型号设备的技术规格见表4.9-1。图4.9-1KWT-01系列单槽式超声波清洗机还有一种在清洗槽内放置超声波振动板的清洗机，这种超声波装置由振动板和超声波发生器两部分组成，适用于特定的工作环境。根据清洗要求可将振动板放置于清洗槽的顶部或侧边，以达到不同的清洗效果。超声波发生器与振动板采用分体式结构，图4.9-2为投入式超声波发生器和振动板，技术规格见表4.9-2。表4.9-1KWT-01系列单槽式超声波清洗机技术规格型号KWT-1002KWT-1003KWT-1004KWT-1006KWT-1012KWT-1018KWT-1024KWT-1030KWT-1036KWT-1042超声波频率28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz超声波功率100W150W200W300W600W900W1200W1500W1800W2100W内缸尺寸，mm200×150×130230×180×180250×200×210280×210×210380×300×310470×340×360590×400×400600×470×400650×500×450650×600×600加热功率500W外贴2kW外贴3kW外贴4kW外贴4kW外贴6kW外贴6kW112 表4.9-2投入式超声波清洗机技术规格型号KWT-1006PKWT-1012PKWT-1018PKWT-1024PKWT-1030PKWT-1036PKWT-1042P超声波频率28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz28kHz超声波功率300W600W900W1200W1500W1800W2100W振板尺寸，mm300×190×100360×275×100420×320×100510×390×100520×450×100630×420×100650×450×100图4.9-2投入式超声波发生器和振动板4.9.2静电喷涂技术法国Sames公司提出“电晕放电”原理，为粉末静电喷涂技术的开拓和发展奠定了理论基础。但是在长期的生产实践中粉末的静电吸附状况并不像理论分析的那样均匀和完美。因此人们对粉末的带电机理不断进行探索和提出粉末充电的新观点。同时致力于开发涂装性能更为优良的静电喷枪系统。（1）SureCoat智能型粉末喷枪美国诺信公司推出的SureCoat智能型手动粉末喷枪是一种多用途粉末静电喷枪。它除了可采用标准的静电压可调模式进行喷涂外，还可以选择3种优化喷涂模式来满足重涂、补涂和深腔工件的不同喷涂需求。这种智能喷枪通过自动反馈电流（AFC）控制，可自动将喷枪电流维持在一个最佳的设定值上。在使用AFC自动反馈电流功能时，不管枪与工件距离变化如何，SureCoat控制器都能自动调节输出电压以保持最佳的粉末荷电量和外部电场强度。由此可喷涂得到质量优异的均匀涂膜。图4.9-3是SureCoat智能型手动喷枪的4种喷涂模式。（2）TEC总能量充电技术英国依路达公司提出TEC总能量充电技术。该技术的特点是控制粉末充电的总能量。当喷枪与工件之间距离变化时，通过动态静电控制系统可连续不断地对反馈的电流和电压进行分析，并及时调整输出参数，从而大幅度降低充电能量，使粉末粒子始终处于最佳充电状态，避免粉末粒子出现过度充电而发生火花、反离子流等弊病，保障了粉末喷涂的质量，并可克服法拉第效应进行近距离喷涂。其工作特性见图4.9-4。从曲线图可以看到当喷枪与工件距离小于20mm时，喷枪的输出电压和电流将同步快速下降，使粉末颗粒的充电能量有较大幅度的减少。表4.9-3是该技术与恒电压、恒电流喷涂技术的充电能量随喷涂距离变化时的对比情况。上面介绍的静电喷涂技术都是以“电晕充电”作为其工作原理。国内有学者提出了等场强静电喷涂技术。该技术是根据“粉末极化充电”原理提出的一种新概念。粉末的带电量大小与电场强度有关。在静电场中粉末颗粒的极性分子或极性基团从电场中获取能量从而发生电荷空间位置的变化（电偶极子转向极化），使其空间电荷重新分布而呈现束缚型静电荷。衡量这种电荷大小的物理量一般用分子电矩μ表示。粉末极化充电获得的电量Q可以看成是粉末颗粒所含分子在电场中产生转向极化而具有了分子电矩特征，全部分子的分子电矩叠加合成的电荷量就是粉末颗粒的充电量。粉末分子电矩μ＝α.E。α112 为粉末极化系数，E为静电场强度。所以粉末极化充电量Q＝RE（R为常数）。这种充电模式适用于高压静电喷涂模式，可以用Pauthenier公式计算粉末的带电量。但不适用于摩擦静电喷涂εQ＝12πε0（————）Εa2ε＋αd模式3：工件深腔区域，枪置于深腔内喷涂，提高渗透能力图4.9-3SureCoat智能型手动喷枪的4种喷涂模式表4.9-3静电充电系统工作原理能量变化对比对比喷涂距离，cm201053电压kV电流μA能量W电压kV电流μA能量W电压kV电流μA能量W电压kV电流μA能量W电压式充电系统76443.3465654.2355804.40521005.20电流式充电系统82443.6170503.5055502.7543502.15TEC总能量式充电系统49361.7630250.7519160.3011130.14112 图4.9-4TEC总能量充电技术（3）等场强静电喷涂原理用等场强原理简析3种静电喷涂技术图4.9-5a曲线中可看到恒电压喷涂时，当喷枪靠近工件时其电压值下降不大。从E＝U/d关系式可知，此时电场强度E将不断增大，“反向电离”作用必然会加剧，喷涂质量下降，火花击穿危险增大。从图4.9-5b曲线可知，喷枪靠近工件时，为了保持电流恒定不变，必须相应降低工作电压，这样可减缓电场强度E的增大。因而可以适当改善“反电离”等故障。其喷涂质量比恒电压喷涂有所改善，但因电流值恒定不变。从曲线可看到电压随喷涂距离减小而下降的趋势较缓慢，所以难以彻底解决边角、凹槽等的喷涂质量问题。图4.9-53种静电喷涂技术从图4.9-5c曲线可以看出，当喷枪靠近工件时，电压电流同时降低，达到输出充电能量在控制要求范围内。由于电流也在降低，同恒流喷涂相比，要求电压降低的幅度更大。这样就能较好地控制电场强度的增大。TEC技术从实用上已经能够达到满意喷涂工件边角和凹槽部位。近距离喷涂时可以克服“反电离”效应，一次性厚喷涂涂膜达400μm时也不发生“反电离”现象。从极化充电的观点看，TEC技术的特点是可以理解的。运用等场强喷涂原理设计制造的粉末静电喷枪将会更胜一筹，具备更为优异的性能。4.9.3转翼式滤芯粉末回收装置国内粉末静电喷涂室使用的回收系统以旋风布袋组合的二级回收装置较多。随着回收技术的发展，滤芯回收装置的应用正在快速推广，特别是转翼式滤芯回收装置以其高效的清粉回收效率和滤芯表面积粉清扫高效的特点，深受涂装行业的欢迎。由于其回收效果好，占地少，拆装清粉方便、价廉物美等优点，越来越多的用户在生产中选用这种回收装置。图4.9-6是上海新星静电喷涂设备公司生产的HZY型转翼式滤芯粉末回收装置的外形图。滤芯中装有能够快速旋转的转翼结构。转翼由铝合金管组成，管壁上分布有小孔。脉冲气流经由这些小孔冲出使转翼快速旋转，同时形成强有力的旋转风刀冲向滤芯内壁，将滤芯外表面吸附的粉末清扫干净。112 图4.9-6HZY型转翼式滤芯粉末回收装置回收装置定时按顺序对每个滤芯进行脉冲反吹清粉，同时其它滤芯保持原工作状态。由于脉冲时间极短，所以不会影响喷室回收气流的风速，脉冲的间隔时间可调。4.9.4快速换色技术（1）SureCoat自清洁粉末喷房系统图4.9-7是诺信公司推出的SureCoat自清洁粉末喷房系统。据介绍该喷房系统可以实现10min快速换色。该系统的粉房结构紧凑，占地面积少，清理快捷方便，设计成流线型圆形的喷房壁面采用抗静电的工程材料制成。这种结构的喷房不仅有较高的结构强度，还可以提高工件的上粉滤，降低喷房壁面的粉末吸附，大大减少清粉工作量，缩短换色时间。图4.9-7SureCoat自清洁喷房系统喷房与粉末接触的地方都设计成可检查和可清理的结构。双旋风回收器装有可开启的铰链门，使换色清理和清理后的检查工作变得极为方便。SureCoat喷房系统还装有微处理器控制的红外火焰探测器，当发现火警后，可在0.5s内快速切断喷粉系统和停机。喷房系统的供粉中心可连接27把喷枪和27个粉泵。一个脉冲清理用的压缩空气源通过分流输气管路，承担快速自动清理粉管、粉泵、粉管和喷枪的工作。颜色近似的粉末在换色过程中只需要3min就可以完成清理工作。供粉中心可以自动完成把喷涂施工过程中多余的粉末集中回收，经过筛分后再送回供粉器内循环使用，明显提高了粉末的利用率。换色工作是一项综合性很强的工作，它的快慢与喷房112 类型、结构型式、喷房壁体材质、喷枪类型和数量、手动喷或自动喷、回收装置类型和各个零部件的拆装方便程度等诸多因素有关。SureClean自清洁粉末喷房系统从设计上考虑了这些因素，为快速换色创造了条件。但生产实践中能否做好，除了设备硬件性能优良外，还需要结合到其它因素，例如多少人参与换色工作、操作者熟练程度、需更换粉末的颜色差异、要达到的清洁质量水平等等。这就是说要做到真正意义的快速换色，除了有一个良好的施工设备外，企业有一支训练有素的施工队伍和严格的管理制度是非常重要的。（2）双喷房系统为了达到静电喷粉施工中快速换色的目的，国外流行一种双喷房系统。图4.9-8中a有两套喷房系统。在线上的那套喷房正在进行绿色粉末的喷涂作业，另一套下线的喷房正在为喷涂黄色粉末作准备工作。当生产需要更换喷涂黄色粉末时，图b所示只需要将在线和下线的喷房对换位置就行了。这种喷涂换色只需要几分钟，只要工艺参数设置得当，这种双喷房系统在生产中非常实用。a在线/下线双喷房系统的结构b在线/下线双喷房系统的换色图4.9-8SureClean自清洁粉末喷房系统112
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