刘翠梅，齐祥安（三一重机有限公司，江苏 昆山 215300）
摘要：叙述了工程机械油箱水性涂料涂装的现状，分析了工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺面临的问题点、技术难点和技术参数，介绍了工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺的批量应用经验。
关键词：工程机械油箱；涂装工艺；绿色环保涂装；节能降耗
Research on New Painting Process about Powder Coating Instead of Waterborne Coatings Used in Construction Machinery Fuel Tank and Its Application
LIU Cui-mei, QI Xiang-an
(SANY Heavy Machinery Co., Ltd., Kunshan 215300, Jiangsu, China)
Abstract: Firstly, the present situation of waterborne coatings used in construction machinery fuel tank is described. Secondly, the problems and technical parameters of new painting process about powder coating instead of waterborne coatings used in construction machinery fuel tank are analyzed. Finally, the application experience of this new process is introduced.
Key words: construction machinery fuel tank; painting process; environmentally-friendly painting; savingenergy and reducing consumption
0 引言
近几年国家及地方政府相继颁布实施了一系列环保法律、法规，并强化了对违法企业停产整顿、限批、双罚乃至追究刑事责任等措施，从而有效促进了绿色制造和环保措施的实施。工程机械的涂装，也逐步实施了低 V O C 排放、低成本涂装、高涂层质量重大举措。传统溶剂型涂料的市场占比已逐步缩小，逐渐被水性涂料和粉末涂料所取代， “油改水”、 “油改粉”已是大势所趋。当前，工程机械油箱多数已完成溶剂型涂料涂装向水性涂料涂装的转变，实现低 V O C 排放。但是，水性涂料涂装的缺点及问题也逐渐暴露出来。本文通过使用粉末涂料对油箱进行涂装，解决了部分水性涂料涂装的不足，为“水改粉”积累了一些经验。
1 工程机械油箱水性涂料涂装的现状
工程机械油箱使用水性涂料进行涂装生产线规划建设或涂装车间改造时，因水性涂料中仍含有 10%（底漆面漆平均计算）左右的 VOC，所以必须配套建设废气处理设备。常用的废气处理方法有：活性炭吸附、催化燃烧、蓄热式热氧化炉（RTO）、直燃式热氧化炉（TO）等，废气处理设备同样需要日常的维护保养以及定期更换耗材和易损件。此外，水性涂料涂装的废渣处理也必不可少，当前处理方法有 2 种：干式处理和水循环处理。前者主要采用特制纸箱吸附定期更换，后者是在循环水中添加漆雾絮凝剂沉淀后清理，清理出的废渣经过风干后，再委托有资质的机构作为危化品进行处理。通过以上举措，水性涂料涂装可满足环保要求。
油箱水性涂料涂装的工艺流程比较复杂：打胶→上挂→ 底漆喷涂→ 底漆流平→ 底漆烘干→ 刮灰→ 烘干→ 打磨→ 清洁处理→ 面漆喷涂→ 面漆流平→ 面漆烘干→ 冷却→ 下挂，总共需要 1 4 道工序，工艺管控点较多。在实际生产过程中经常发生涂层缺陷，如痱子、针孔、起泡、肥边、流挂、打磨印、颗粒等，返修率较高，一次下线合格率只有 7 0 % 左右。水性涂料对前处理的表面状态、涂装环境、涂装工技能、施工参数要求等都比较高，稍有不慎，就会导致涂层不良。虽然水性涂料涂层可以达到溶剂型涂料涂层的质量，但过程管控成本和质量返修成本均较高。
综上所述，工程机械油箱水性涂料涂装，虽然VOC 排放低，符合环保管控要求，但仍需投入高昂的废气处理设备、运行费用以及废渣处理费用。在生产过程中，水性涂料涂装管理费用、辅料费用、人工费用、返修费用等综合成本明显增加，生产效率下降，很难满足生产需求，因此，急需研究新的油箱涂装工艺方法。
2 工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺的分析
现在，国内外对工程机械油箱涂装技术的研究，经常提到粉末涂装。有些文献论述了粉末涂装的优点，同时也提出了存在的一些问题，但并没有深入试验研究的数据，也没有大批量生产的案例。
2 .1 油箱“水改粉”涂装新工艺的优点
1）粉末涂料的 V O C 含量低，接近于零，是绿色涂装最好的选择，粉末涂料涂装工艺不产生任何废气、废渣，可节省高昂的废气处理设备投入、运行费用以及废渣处理费用，且粉末涂装正常生产过程中产生的废弃粉末可直接对外销售（1 .2 ～ 1 .5 元/k g），具有很好的经济效益和社会效益。
2）粉末涂料不含溶剂，1 0 0 % 固体分，粉末涂装在相对封闭的环境中作业，作业过程中掉落或飘逸的粉末可回收循环再利用，节省了资源，利用率达 9 0 % 以上，若喷涂设备和回收系统较好的话，可实现 9 9 % 的利用率。
3）粉末涂料不含苯、甲苯、二甲苯等明显伤害人体的有害物质，有利于保护操作工的身体健康。
4）粉末涂装工序简单，管控点少，所以涂层的外观质量问题少，涂层硬度高，转运过程中不易被碰伤。
5）粉末涂装容易施工，对操作工的技能要求不高，涂层的膜厚容易管控，相对于液体涂料涂装，可减少喷涂次数，减少劳动强度，提高生产效率，降低能耗。
2 .2 油箱“水改粉”涂装新工艺面临的问题
1）为了弥补油箱板材碰伤、凹坑等缺陷，一般情况下都需要使用腻子对粉末涂装前的油箱基体找平；使用密封胶将不需要的缝隙进行密封。但是，普通的常规腻子、密封胶无法承受粉末涂装固化（2 0 0 ℃ × 1 5 m in）烘烤，常常出现开裂、脱落、缩孔等问题，所以必须研究开发油箱涂装前金属基材表面刮涂的耐高温导电腻子及密封胶。
2）油箱粉末涂装外观要求必须平整光滑，丰满度较好，ACT 橘皮板 4 级，橘皮仪检测 R 值 3 .9 ± 0 .2 ，同时不能有痱子、针孔、起泡、肥边、流挂、打磨印、颗粒等缺陷弊病。一般的粉末涂料满足不了要求，需要筛选匹配高档次的粉末涂料。
3）在粉末涂料固化过程中，由于油箱的板厚差别较大，烘干室内升温、保温时，造成局部温差过大，薄板部位已经过烘干，厚板部位还没有固化。
4）在油箱多年生产的过程中，很多管理人员都已经习惯了液体涂料的喷涂，因此，规划决策新涂装生产线时，常常有液体涂料涂装的倾向性，惯性地复制原工艺、原设备，同时造成一些问题。
3 工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺的试验
3 .1 配套使用的耐高温腻子和密封胶试验
工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺，即油箱由水性涂料涂装更改为粉末涂料涂装。由于工程机械的板材、成型模具等都或多或少存在一些质量隐患，一步步积累到涂装工序，表现为工件的碰伤、凹坑、压痕印等缺陷。由于粉末涂料涂装的一次成膜特性，涂装前就必须修正弥补工件的缺陷，轻微的缺陷通过打磨可解决，稍微严重的缺陷则必须借助于腻子和密封胶。
粉末涂料一般采用静电喷涂，利用电晕放电的原理使粉末涂料带负电荷，在电场力的作用下移向接地带正电荷的工件，最终涂覆在工件上，然后进行烘烤固化（约 2 0 0 ℃ × 1 5 m in）成膜。所以粉末涂装配套使用的腻子和密封胶必须具有导电性且耐高温，普通的常规腻子和密封胶无法满足要求。
通过调研、资料收集、技术沟通，我们选择了 6 种国产腻子、2 种德国进口腻子、1 种意大利进口腻子，进行 2 0 多次试验，研究它们的施工性能和工艺参数，发现腻子的导电性都可满足要求，但国产腻子根本无法承受 2 0 0 ℃ 的烘烤，多发生密集性针孔、开裂、脱落等严重不良；德国进口的 2 种腻子稍有改善，但仍存在少量针孔、灰斑问题；只有意大利进口的腻子，在油箱板基材上刮完后，约 5 m in 干燥时间，可打磨、清理，涂装后涂层外观颜色均匀，无灰斑和针孔不良，附着力合格，综合判定合格。
对于耐高温导电密封胶，我们选择 2 种国产和 1种进口密封胶进行试验对比分析：国产密封胶高温烘烤后胶条气孔密集，与底材的附着力也不合格；进口密封胶与底材的附着力以及粉末涂层的配套性都判定合格，但此密封胶接触水后，在后续的高温固化时水分挥发形成严重气泡不良，所以施工过程中应严禁接触水。
3 .2 工程机械油箱粉末涂装的外观装饰与质量性能
通过试验油箱采用粉末涂装，同时对比水性涂料涂装，发现原存在的涂层缺陷（痱子、肥边、流挂、打磨印等）可以完全杜绝，但因油箱结构的特殊性，粉末涂层存在缩孔、橘皮不良，采用“七步法”（1）缺陷描述及等级评定、2）缺陷直接证据收集、3）缺陷测试和重现试验、4）缺陷原因分析、5）缺陷的结论、6）缺陷的补救措施、7）缺陷的预防改进）进行诊断、分析，从根本上解决了缩孔、橘皮等不良，粉末涂层外观平整光滑，丰满度较好，A C T 橘皮板 4 级，橘皮仪检测 R 值 3 .9 ± 0 .2 ，有的甚至达到 A C T 橘皮板 5 ~ 6 级的水平，同时也从根本上解决了油箱边角露青引起的早期锈蚀，提升了涂层的耐久性和耐蚀性，且粉末涂层经第三方检验，耐人工加速老化（滤过的氙弧辐射（Q - S U N））≥ 2 0 0 0 h ；耐中性盐雾性≥ 1 0 0 0 h ；耐湿热性≥ 9 6 0 h ，达到了国际先进水平。
3 .3 工程机械油箱粉末涂装高温固化的均匀性
鉴于油箱板材的厚薄（3 ～ 3 5 m m）差异，以及箱体的热容特点，传统的热风循环烘烤固化时间长、耗能高，且油箱烘干温度难以均匀，采用“天然气触媒红外辐射加热”新技术，3 m in 可使工件（3 m m 厚）表面从室温加热至 2 2 0 ℃ ，提高了涂层固化速度，同时节能4 0 % 。将此新技术结合热风循环对流加热，经过反复调整试验测试红外辐射板的角度、参数，以及相匹配的热风循环加热段的风口大小、温度等，最终炉温跟踪测试曲线满足油箱“水改粉”涂装固化要求。
通过以上的试验研究，形成了工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺的完整技术文件，确定新工艺流程：刮灰→ 打磨→ 清洁处理→ 打胶→ 上挂→ 粉末涂装→ 烘干（红外辐射+ 热风循环）→ 冷却→ 下挂，共 9 道工序，比油箱水性涂料涂装工艺减少了 5 道工序，生产效率提升约 3 0 % ，一次下线合格率由水性涂料的 7 1 .5 5 % 增加到新工艺的 9 3 .1 3 % ，提升了 2 1 .5 8 % 。粉末涂料利用率高达 9 1 % ，节约成本大约 3 0 0 万元/a ，综合成本比水性涂料涂装成本降低约 3 0 .4 % 。
工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺绿色环保，取得了很好的社会经济效益，提高生产效率、节能降耗，打破了“惯性复制”的思维模式，证明了新技术、新事物的旺盛生命力。
4 工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺的应用效果
经过以上的试验论证，进而推动油箱小批量粉末涂装，并组织装机后的整机评审，得到质保、工艺等相关部门的一致好评，之后，顺利进入批量生产阶段，当前已大批量生产，取得了优异的成绩。
5 结语
工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺的研究应用，是在“绿色制造、节能高效”的目标指引下，工程机械环保涂装技术的又一次变革，将会大幅度提高涂层质量和生产效率，降低生产成本，且可省去“三废”治理设备和运行的高昂费用。工程机械油箱“水改粉”涂装新工艺发展潜力大，可推广性强，必将推动整个制造业的发展进步。
参考文献：
[1] 齐祥安.工程机械对低 VOC 涂料的选择与应用[J].中国涂料，2015，30（4）：1 5 － 2 1 ．
[2] 齐祥安，顾广新，陈孟成.机电产品设计与腐蚀防护技术[M].北京：化学工业出版社，2015．
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