钢结构防腐工程中的涂装工艺

在钢结构防腐工程中，最常用的涂装方法是喷涂、辊涂和手工刷涂。喷涂作业时，由于稀释剂的添加量和试件形状的影响，一般会产生严重的流挂现象。为了避免流挂的产生，一般对面积不大的基体采用刷涂的方法，以减少涂料的消耗。涂装工艺中还有一些隐蔽的工程，比如防护施工，这就需要严格的品质控制体系来对品质的结果进行测量，所以要配备精确的检测仪器。

常见的仪器有测厚仪、粗糙度仪和除锈等级标准图等。只有完成了对涂层厚度、粗糙度和除锈质量的逐项检测并验收合格后才可以开始下道工序的施工。表面的除锈工作完成后，要在4h之内快速涂刷头道底漆，以免发生二次锈蚀，隔夜进行涂装工作是明令禁止的。前道涂层完成涂装后暴露的时间不能过长，以免涂层间的附着力下降；为了避免泛锈情况出现，在因溶剂挥发形成的针孔处，要在环氧富锌底漆涂膜表干之后、实干之前刷涂环氧云铁中间层涂料封闭针孔。

钢结构防腐工程中的涂装过程中也要注意施工环境造成的影响，在大风、降雨、温度、相对湿度等环境下进行涂装都会降低涂层的防腐质量。温度过高会导致涂装溶剂的挥发较快，涂层容易出现针孔、起皱和刷痕等现象；低温则会造成涂料的固化速度降低乃至停止，甚至在表面生成水珠；当空气相对湿度过大时会使得涂层泛白、出现针孔，导致钢结构表面发生二次泛锈，应暂缓涂装施工；大风环境下会产生大量的尘土，这些尘土会黏着在涂层的防护表面从而极大地降低了涂层间的附着力，并影响涂层的外观质量，需要等待大风停止后再进行施工。

粉末涂料的优点是无VOC排放，物理化学性能好，可以回收使用，涂料利用率高；缺点是涂装设备换色时间长。为发挥粉末涂料的优势避开劣势，首先从不需换色的清漆改为透明粉末用起。2002年，捷安特率先导入欧洲应用于汽车行业的低温（160℃固化）丙烯酸透明粉末代替溶剂型清漆，在流平性、丰满度上都有较大贡献。限制其大量使用主要是自行车的标纸大多是内贴标，要在贴标后再喷透明粉末，一般的油墨耐烘烤性不够，会变色，需要对整个贴纸的油墨体系进行更改，另外一个因素就是丙烯酸透明粉末涂料高昂的价格，高出普通涂料5倍以上的成本。

2004年，采用底色粉末涂料+油性金油组合的工艺，避开贴纸不耐烤的特点，与国际知名品牌联合开发适合于自行车行业的金属粉末，并用于大量生产的基础性车种。但是金属粉末涂料的装饰性效果，特别是金属粉的排列效果始终与油漆的金属质感有较大差距，即使用了邦定工艺也还是存在差距。另外，粉末涂料换色时间长也仍然制约了其在自行车行业的应用，换一次色约需40min，而油漆的换色只需要1～2min，粉末涂装采用两台串联交替换色，也要保证一个喷涂批量≥另外一个喷房的换色时间40min。（不超过40min另外一个喷房还没换完色，仍要等待）。粉末涂装工艺适合大批量很少换色的生产，自行车行业要应用的产品也要是能足够大的订单（一个颜色订单量少，换色太频繁）。还有就是低温固化，不仅可以减少碳排放，同时可以适合与更多的油漆、贴纸配套。这两年粉末涂料的金属装饰效果、低温化以及粉末设备的快速换色工艺精进，有很大突破，已经有厂家开发出130℃/20min固化的粉末，30～40μm膜厚的粉末涂料、以及实现10min快速换色，粉末涂料在自行车行业的应用制约会越来越少。

自行车水性涂料涂装一般为4喷5烤的工艺。采用油漆喷涂时大多没有强制送风，为自然进风、强制排风，没有调节空气的温度与相对湿度，而是通过调节不同季节的涂料挥发速度来适应环境温湿度的变化；流平室没有预烘烤，烤炉内温度也没有分段升温，而是整个烤炉里空气温度基本维持一致。该工艺优点为相对运行成本低、但对涂料的施工适应窗口要求宽。而文献资料里提到的水性涂料涂装条件，要求设备要不锈钢材质，空气温度在（23±2）℃，相对湿度（65±5）%，流平室要60℃左右，烤炉要分段升温，施工条件要求苛刻，所有这些都将极大地提高自行车涂装的成本。为此，我们采取了沿用油漆喷涂工艺，预留改善空间，先调节水性涂料施工适应性，万不得已再调整工艺与硬体设备的方案进行验证。通过测试及时调整涂料配方，改善了水性涂料稀释后易沉淀，喷涂时易起泡、流垂，漆膜耐水性差、光泽度低、膜厚低、耐冲击性差等问题，施工与物化性能都与油漆相当。

随着技术进步及市场竞争不断提升，当前人们对工程机械产品的涂装也提出了高装饰性的要求。因此，工程机械产品的钢结构件，不仅要求涂覆涂层具有较好的耐冲击性、耐摩擦性和柔韧性，良好的耐水性、耐湿热性、耐腐蚀性、耐候性及较好的耐污染性和耐介质性，还要保持涂层优异的附着力和良好的外观展示效果。

近几年来，由于环保法规的要求越来越高，液体涂料中的溶剂型涂料在工程机械上的应用越来越少，当前批量生产的钢结构件多数采用液体涂料中的水性涂料、高固含涂料。粉末涂料主要用于中小件，钢结构件特别是大型钢结构件使用粉末涂料涂装的生产线较少。国内某著名公司在2017年进行了水性涂料的批量切换及使用，钢结构件采用水性涂料涂装时需要对原有溶剂型生产线进行技术改造，如，在喷涂底漆前增加工件预热工序；喷涂底漆/面漆后充分流平才能进行烘干；水性涂料烘干炉设计时是先热风后红外等。钢结构件使用水性涂料初期，采用一般空气喷涂，涂料利用率仅能达到25%~30%；后期引进水性双组分涂料高压无气混气静电喷涂新技术，涂料利用率可以提升至55%~65%。但相对粉末涂料来讲，使用水性涂料涂装后会存在大量的漆渣、废水处理等问题，使得涂装成本居高不下。

工程机械结构件多数以厚板件为主，为了确保粉末涂层体系烘干的可实施性，首先对烘干炉设定相同的烘干参数，针对不用的板厚进行升温曲线测试，为样板制作提供技术基础。

此外，对于不同种类的底粉和面粉配套，为了保证涂层质量，底粉喷涂和面粉喷涂中间需要增加预固化（约熔融状态）工序，至于底粉预固化的4种状态（未熔融、预熔融、熔融、过熔融）分别对复合涂层性能的影响，待进一步探讨研究。

近几年，粉末涂料涂装应用于工程机械行业的比例逐年增加，在环评法律法规和智能制造升级的双重要求下，粉末涂料涂装是最好的选择。粉末涂料的VOCs含量几乎为零，且不产生任何的废气、废渣、固体废物等，粉末涂料的利用率高达98%，剩下的2%还可以对外直接销售。此外，随着智能制造和数字化的冲击，涂装生产线急需升级改造，实现智能化、数字化。但是，多数原涂装生产线已使用十几年甚至更长时间，无改造价值。新建线，多数考虑粉末涂料涂装生产线，结构件一般用粉末涂料涂装，因化学前处理和水分烘干，导致前期生产线建设投资成本较高、后期运行成本和管理成本均高，且产生一定量的废水处理，所以，结构件新粉末涂料涂装（无化学前处理）是较佳的选择，钢结构件的新粉末涂层体系（抛丸+环氧底粉/环氧富锌底粉+预固化+聚酯面粉）将是国内涂装行业的革命创举，是未来发展的必然趋势。

为达到环保要求，从源头控制减少VOC排放，涂装所用传统溶剂型涂料将逐步向水性化、高固体分、粉末涂料、UV光固化涂料等方向发展。从安全环保、涂层性能、能源消耗、实施难易程度、综合成本及投资等方面综合分析，水性涂料中VOC排放比溶剂型涂料大幅降低，可达到绿色环保要求，同时具有不燃不爆，在储运、施工等过程中无火灾危险，作业过程中对人体伤害小等优势，目前在建筑、家装等行业已占主导地位，水性涂料在汽车、集装箱、工程机械、船舶等行业也将越来越广泛应用，并已成为发展方向之一。

 水性涂料“湿碰湿”涂装在结构件上的实践

通过对涂料厂家所提供的水性双组分环氧底漆和水性双组分聚氨酯面漆进行实验室模拟和样板施工性验证，结合现有溶剂型涂料“湿碰湿”涂装工艺流程，确定水性涂料“湿碰湿”涂装工艺流程为：上件→遮蔽防护→除油→自动抛丸→人工清理→腻子修补→打磨→预热→喷底漆→喷面漆→流平→烘干→下件。水性涂料相比溶剂型涂料存在表面张力大、汽化潜热大、水分挥发受施工环境温度及湿度影响明显等因素，存在不确定的风险。

 水性涂料“湿碰湿”涂装存在的问题

通过对水性涂料“湿碰湿”涂装在挖掘机平台、底架等结构件上的实践和验证，现已实现水性涂料“湿碰湿”涂装在工程机械结构件上批量使用。对比评价：成膜光泽度略低，但是成膜更加光滑，丰满度好，其他外观质量相当且满足工程机械结构件外观质量要求。水性涂料由于水的物理特性制约，尤其在无降湿和温度调节的喷漆室施工，水性涂料“湿碰湿”涂装存在以下问题：

1）喷涂水性涂料对涂装作业人员技能要求更高，尤其是两道漆 “湿碰湿”涂装时需严格控制喷涂顺序和喷涂三要素，否则极易流挂，产生针孔、橘皮、气泡等漆膜弊病。

2）水性涂料“湿碰湿”涂装取消了底漆后打磨及表面缺陷修补，因此对工件表面质量要求更加严格，尤其是工件表面边角部位残留少许油污、锈蚀等会造成喷涂后出现缩孔、附着力不良等问题。

3）水性涂料中的水分相比溶剂型涂料的溶剂挥发慢，造成原喷涂、流平工序生产节拍由10 min延长至15 min，结构件生产线产能降低。

4）水性涂料相比溶剂型涂料黏性更大，并含有大量可溶于水或亲水的物质，水性涂料漆渣从水旋喷漆室循环水中分离难度更大，造成涂装废水COD含量较高，需增加或改造污水处理措施。

粉末涂料具有节能环保、无VOC排放、装饰性好、使用安全等特点， 近年来国内粉末涂料技术发展迅速。

随着人民生活水平的提高，在日新月异的汽车行业中，新能源汽车由于产品噪音小，行驶稳定性高，并且实现零排放的绿色环保等特点在各地迅速发展。

而作为新能源动力汽车用绝缘粉末涂料，不仅施工简单，而且一次喷涂成型便于安装和运输。但由于汽车电池组空间的限制，铝电池外壳喷涂厚度为100~150μm（而传统的喷涂的绝缘粉末都在300μm以上），杂质和金属颗粒对于涂层的电绝缘性能影响更大，所以需采用专用的绝缘粉生产设备，以保证涂层优异的绝缘耐压性能。

同时绝缘粉末相对于绝缘贴膜生产简单，不会产生气隙，附着力良好，不易刮花，并具有优异的绝缘耐压性能、防腐蚀性能和优异的耐湿热稳定性，并在高低温冲击后仍具有优异的绝缘耐压性能。

我国多数农机具企业以传统快干溶剂涂料为主，防护装饰性较差，VOC含量高，污染严重；个别国内龙头企业在覆盖件应用粉末；多数农机具企业批量小、自动化程度低，以人工喷涂为主，采用自然干燥；不少小规模的企业露天地摊作业，涂装质量和效率难以保证；一定规模的农机具企业采用小件、大件、整机生产线。

农机具粉末涂装线多采用抛丸、前处理、喷粉、烘干的自动流水生产线；喷粉多采用往复机自动喷粉+人工补粉；烘干以燃气热风U型或S型炉居多，厚板件升温段采用辐射加热；物流以积放链或十字积放链配合积放升降段实现自动物流。

铝合金材料因其密度低是轻量化技术路线中的重要材料之一。铝合金材料同时兼有吸收振动和反回弹力强等金属特性，利于各类车辆、飞机等交通工具平稳行驶，操控性和舒适性得到极大提升。铝合金材料对节能减排的低碳生活也具有一定的帮助，在利润微薄的铝型材领域能够起到降本与环保效益作用。目前，铝合金材料在轻量化方面主要应用在汽车、飞机、高铁、动车、集装箱、大型货车等领域，常见的有汽车铝合金材料，如车架横梁、车身、发动机缸体、轮毂，货车大梁等部件，高铁动车铝合金材料，如整体车厢、顶梁、行李架等部件。

但铝作为一种金属活性材料,很容易与外界其他物质元素发生反应。为增强其装饰效果与抗腐蚀能力，延长使用期限，必须要经过表面处理，比较常用的有氧化处理、粉末或喷漆涂装处理等工艺方法。

铝合金材料涂装是一个系统项目，主要包括涂装前的表面处理、材料涂装以及固化流平等三个基本流程，必须要选择合适的工艺条件，确保良好的作业环境条件以及保证质量监督、技术到位、并考虑经济等重要环节。

工艺流程为：水洗→脱脂→水洗→水洗→纯水洗→钝化处理→水洗→水洗→纯水洗→水分烘干→挂料→喷涂→固化→卸料→检验包装。

表面预处理是在铝合金材料的表面进行的准备工作，要把材料表面上的异物（如灰尘、油、铝屑等）清除干净，确保生成的膜层具有良好的附着性、耐蚀性、装饰性，提供适合于涂装要求的良好涂层材料。

铝合金涂装应注意的问题满足各性能的合理匹配是需要通过合理的成分设计,包括成分优化和微调,采用先进的成形工艺、优化的预处理工艺、先进的挤压工艺,控制合理的组织、晶粒度的大小,第二相的均匀分布和大小的控制等诸多技术的集成,才能够生产出性能良好的车用铝合金材料。

铝作为一种金属活性材料，很容易与外界其他物质元素发生反应。为增强其装饰效果与抗腐蚀能力，延长使用期限，必须要经过表面处理，比较常用的有氧化处理、粉末或喷漆涂装处理等工艺方法。

静电粉末喷涂技术是在压缩空气作用下，静电粉末喷枪喷出来的涂料在分散的同时，带电荷的粉末粒子受气流(或离心力)和高压电场的作用，涂着到接地的被涂物上，再加热熔融固化成膜。静电粉末喷涂法是在工业涂装领域中占主导位置的粉末涂装法。简单断面或仅要求装饰面的铝合金材料一般采用静电粉末喷涂技术。

静电粉末涂装线工序：根据工件选取挂具→将工件放在挂具尖端部位→除尘→粉末涂装(静电喷枪两侧6支)→烘烤固化→冷却→卸件。

粉末喷涂存在着以下几点显着优势：

1    工艺较为简单，主要得益于生产过程中主要设备的自动精度的提高，对一些主要的技术参数已经可以实现微电脑控制，有效地降低工艺操作难度，同时辅助设备大为减少；

2    成品率高，一般情况下，如果各项措施得当，可最大限度地控制不合格品的产生；

3    能耗明显降低，在普通的阳极氧化、电泳涂装的生产过程中，水、电的消耗是相当大的，特别是在氧化工序。整流机的输出电流可达到8000~11000A之间，电压在15~17.5V之间，再加上机器本身的热耗，需要不停地用循环水进行降温，吨电耗往往在1000度左右，同时辅助设施的减少也可以降低一些电耗；

4    对水、大气的污染程度降低，片碱、硫酸及其它液体有机溶剂的不再使用，减少水及大气污染，也有效地提高铝型材与作为环保产品的塑钢型材的竞争实力，相应地减少了一些生产成本；

5    工人的劳动强度明显降低，由于采用自动化流水线作业，上料方式以及夹具的使用方式已经得到明显简化，提高了生产效率，也降低了劳动强度；

6    对毛料的表面质量要求标准有明显降低，粉末涂层并且可以完全覆盖型材表面的挤压纹，掩盖一部分铝型材表面的瑕疵，提高铝型材成品的表面质量； 

7    涂膜的一些物理指标较其他表面处理膜有明显提高，如硬度、耐磨性，可有效地延长铝型材的使用寿命。

粉末喷涂采用的是粉末涂料，工艺上采用的是静电喷涂，利用磨擦喷枪的作用，在加速风的影响下，使粉末颗粒喷出枪体时携带正电荷，与带负电荷的型材接触，产生静电吸附，然后经过高温固化。也增强了涂料的吸附强度，防止漆膜脱落。

从工艺本身来看，具有相当高的科技成分，调配颜色各异的涂料，产生不同色系的装饰效果，更加符合室内装饰的需要，也是与铝型材在建筑业的应用向室内发展的趋势相一致的。特别是喷涂型材与隔热断桥的联合使用，使其更具有更时尚的潮流，使粉末喷涂型材具有了更大的发展空间，也是其他处理方式生产出来的型材所无法替代的。