王文春

（雷沃重工股份有限公司，山东 青岛 266500）

摘要：介绍了工程机械涂装涂层体系和涂装现状、水性涂料“湿碰湿”涂装的优势及特点。根据现场实践介绍了水性环氧底漆和水性聚氨酯面漆“湿碰湿”涂装在工程机械结构件上的应用，并对使用过程中出现的问题进行了简述。

关键词：水性涂料；工程机械；湿碰湿

0　引言

随着大气污染问题日益突出，节约资源、绿色发展共识的形成，国家及地方密集出台了相关法律法规文件和更加严格的排放标准，以及严厉的惩罚措施，工程机械涂装生产过程的治污减排越来越迫切。

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。

1   工程机械结构件涂层体系及涂装现状

1.1   工程机械零部件涂层体系

工程机械的设计使用年限一般为8 ~ 15年，参考GB/T 30790《色漆和清漆防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护》，一般认为工程机械所处的工作环境属于大气腐蚀环境中的C3（中等）或C4（高）等级，工程机械的防腐设计属于中期（M）耐久性[1]。此外，市场和用户对工程机械产品外观质量要求逐步提高，因此工程机械产品涂层应具有较好的装饰性、良好的机械性能、优良的防腐蚀性和耐候性。

为满足工程机械结构件涂层要求，由双组分环氧底漆和双组分聚氨酯面漆组成的两涂层体系较为常见。相比醇酸底漆和聚氨酯底漆，环氧底漆是以环氧树脂为主要成膜物质的涂料，环氧树脂分子链中没有酯键，含有极性很强的大量醚键和羟基，而且2个刚性的芳环和较高的玻璃化温度屏蔽了醚键和羟基，漆膜固化后形成网状的三维结构，具有极佳的附着力，耐腐蚀性和耐化学品性能优异。双组分聚氨酯面漆基料主要为含有羟基的丙烯酸树脂，固化剂为脂肪族二异氰酸酯类，两者反应产生大量氨基甲酸酯链节，形成的漆膜具有优良的耐老化和外观装饰性能。目前典型的工程机械结构件涂装是先抛丸前处理，再喷涂底、面漆。同时为提高外观质量，需对主要外观面补刮原子灰。具体工艺流程：上件→遮蔽防护→除油→自动抛丸→人工清理→喷底漆→流平→烘干→腻子修补→打磨→喷面漆→流平→烘干→下件。

1.2   工程机械结构件涂装的现状及特点

1）通过不断提高装配及调试水平，大型工程机械厂家主要采用结构件面漆化装配，整机局部修补的涂装工艺。

2）工程机械结构件主要使用溶剂型涂料，含甲苯、二甲苯等苯系物的有机溶剂含量高达50%以上，VOC排放浓度及排放速率严重超标。

3）工程机械产品结构件外形尺寸大且形状复杂，

质量大，品种杂，规格多，产量少。涂装设备投入有限，作业环境相对较差，自动化程度低，喷漆环节基本无废气处理措施。

4）成型、机加工、焊接等环节造成工件表面存在大量油污，氧化皮、锈蚀问题突出，涂装前需要进行彻底除油、除锈，以达到预期的防腐效果。

5）各机型结构件混线生产，使用人工空气辅助无气喷涂或空气辅助静电喷涂，普遍采用水旋或水帘喷漆室，天然气或电加热空调送风系统。输送设备采用重型积放链或环链自行葫芦，烘干设备为天然气或生物燃料间接加热的通过式热风循环烘干室^[2]。

2   水性涂料“湿碰湿”涂装工艺的优势及特点

水性涂料在满足工程机械涂层要求的前提下，相比溶剂型涂料有诸多优势，但是由于水性涂料是以水基高分子为成膜物质，用水作为溶剂或分散介质的涂料，受施工难度、设备投资增加及成本高等因素制约，工程机械水性涂料使用“湿碰湿”涂装仍在探索阶段。

“湿碰湿”涂装工艺就是在第一道漆膜（底漆）尚未完全干燥时，接着喷涂第二道漆膜（面漆），底、面漆喷涂后再一起进行烘烤干燥。此工艺相比传统的“两喷两烘”简化了工艺过程，取消了底漆烘干，节约了底漆烘干能源消耗费用，缩短了涂装作业周期，提高了作业效率，降低了生产成本。涂装生产线减短，生产单元需求面积相对减少，底漆与面漆之间结合更加牢固，层间附着力更好。

采用“湿碰湿”涂装工艺，底漆、面漆应为相似或相同组分，具有良好的配套性。底漆、面漆全部为聚氨酯体系较为常见和成熟。底漆为环氧体系，面漆为聚氨酯体系虽可采用“湿碰湿”的方法，但双组分聚氨酯面漆所用固化剂（异氰酸酯）易与双组分环氧底漆使用的固化剂（聚酰胺）发生反应，因此“湿碰湿”涂装时容易出现涂层外观及性能不佳等问题。

3   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”涂装在结构件上的实践关键点有如下几个方面。

3.1   涂装前处理

工程机械结构件以厚度≥5 mm的热板焊接为主，一般采用自动抛丸的方式进行除锈、除氧化皮处理。结构件在焊接、加工等过程中使用的防飞溅剂、切削液等导致工件表面存在大量油污，水的表面张力（72.8 mN/m）约为常用有机溶剂的2.5倍，对底材的表面润湿性差，尤其是油水间极性相差大，如工件表面有少量油污极易产生缩孔、附着力差等问题。因此，抛丸前需用棉纱蘸水基除油剂，由内到外将待涂装表面连续擦洗2遍，进行表面除油处理。水性涂料涂装过程中对底材表面清洁度要求更高，需严格控制使工件表面清洁度达到0 ~ 1级（GB/T 18570.3），喷射清理等级达到Sa 2.5级（GB/T 8923.1）要求，且抛丸后4 h内必须喷漆，防止二次锈蚀或污染。

3.2   预热

水性涂料相比溶剂型涂料喷涂更易流挂，结构件表面温度须高于空气露点温度3 ℃。为满足冬季施工要求，需对结构件进行预热以提高工件表面温度。一方面可防止水性底漆喷涂易流挂问题，另一方面促进水性底漆表干，减少底面漆“湿碰湿”之间的闪干时间，提高生产效率。根据现场实际情况在喷漆室前新增预热室，采用热风对流循环对结构件表面进行加热，为减少热量交换的热损失，采用效率相对较高的直燃式天然气加热方式。经验证工件表面预热温度以（30±5） ℃为宜，过高的温度会影响底漆的流平和固化反应，可能产生起泡、干喷等缺陷，同时浪费烘烤能源^[3]。

3.3   底、面漆喷涂

实现水性双组分环氧底漆和水性双组分聚氨酯面漆“湿碰湿”涂装的关键是对水性环氧底漆干燥速度的控制和两道涂层干湿程度的把握。在底漆配方设计中，在确保底漆性能合格的基础上，试验对比筛选适当的底漆树脂、固化剂以及助剂来加快化学反应是必要而且重要的，同时精准的底漆固化剂加入比例可减少对面漆成膜固化的影响。

水的汽化潜热为一般有机溶剂的5 ~ 7倍，较有机溶剂蒸发慢，且其挥发速度受环境湿度、温度等因素影响明显，为防止喷涂产生流挂、光泽不良等质量问题，对喷漆室的温度、湿度、风速等环境参数要求更加严格，喷漆室最佳环境为：温度（25±2） ℃、相对湿度（50±5）%、风速0.3 ~ 0.5 m/s。水从液态变为水蒸气，其体积膨胀约1 250倍，使喷漆室中的湿度升高，当相对湿度达到80%以上或温度低于15 ℃时，水分挥发速度明显下降，喷涂过程中极易产生流挂影响涂装质量，因此要确保喷漆室送、排风系统运行正常，良好的通风能够使涂装过程中产生的水分及时排出，且在温度低于15 ℃时应打开空调加热系统。

双组分水性涂料相比溶剂型涂料活化期更短，同时为提高涂料调配精度，水性涂料采用了气动中高压柱塞泵供漆的2K自动调配系统进行调配，喷涂采用投资成本低、传递效率高且雾化效果好的空气辅助无气喷枪。设置气动中高压柱塞泵进气压力为0.20 ~ 0.50 MPa，喷枪进气（雾化）压力为0.10 ~ 0.25 MPa，底漆喷涂喷枪使用413喷嘴，面漆喷涂使用411喷嘴。

在喷漆室第一工位喷涂水性底漆，第二工位“湿碰湿”喷涂水性面漆。底、面漆喷涂采用相同的施工要求，按先复杂面后简单面、先里后外、先左后右、先上后下、先次要面后主要面的顺序人工喷涂。在喷涂作业操作过程中，需按照喷涂距离为20 ~ 30 cm，喷枪运行速度为40 ~ 60 cm/s，扇幅搭接1/4 ~ 1/3的作业要点运枪，且喷枪移动时应保持与工件表面垂直。

“湿碰湿”涂装过程中应注意控制底漆及面漆的厚度，在流平及闪干时间确定的前提下，底漆宜薄喷，面漆宜厚喷。如底漆过薄，漆膜机械性能和耐化学品、耐盐雾性能变差；如底漆漆膜过厚，会造成底漆中水分挥发不完全，导致复合涂层在固化过程中出现针孔、气泡和流挂等缺陷。在满足涂层性能的基础上，经现场验证确定底漆干膜厚度为（45±5） μm，面漆湿膜厚度为（55±5） μm。

3.4   闪干及流平

喷涂过程中水性涂料水分挥发量相比溶剂型涂料挥发量少，为保证水性底漆水分能够充分挥发，防止胺类底漆固化剂与“湿碰湿”异氰酸酯面漆固化剂发生反应，以及避免后道工序喷涂面漆漆膜流挂，因此充足的闪干时间非常重要，也利于胺类固化剂与环氧树脂充分交联反应。由于现喷漆室仅有底漆、面漆两个工位，因此底漆后闪干采用工位停留等待的方式，底漆喷涂后闪干10 min以上，达到表干无水渍状态后再喷涂面漆。面漆喷涂完成后工件随线进入流平室，为确保大量水分挥发并及时排出，防止出现橘皮、针孔等问题，形成外观良好的漆膜，因此应适当延长流平时间至15 ~ 20 min。

3.5   烘干

结构件随线至烘干室烘干，利用热风对流循环方式对结构件进行加热烘干，为防止烘烤温度增长过快，导致漆膜形成气泡、针孔等问题，应分段阶梯升温。将烘干室第一燃烧器温度设置为（80±5） ℃，第二燃烧器温度设置为（90±5） ℃，双工位烘干各停留20 min。

4   水性涂料“湿碰湿”涂装的性能确认

双组分水性涂料成膜机理更加复杂，分水分蒸发、乳液颗粒靠近变形并趋填密、相互扩散融合交联反应等阶段。由于双组分聚氨酯面漆所用固化剂（异氰酸酯）易与双组分环氧底漆用固化剂（聚酰胺）发生反应，虽然可通过调整底漆中树脂、固化剂等方式提高水性环氧底漆干性，但是无法完全避免两者交叉反应，同时双组分聚氨酯面漆中的羟基和水与固化剂异氰酸酯竞争反应，影响漆膜性能和外观质量。随线制测试板对关键性能进行检测，结果见表1。

5   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。

6   结语

随着水性工业涂料及涂装技术的不断发展，水性涂料“湿碰湿”施工存在的问题将逐步解决，扩大水性涂料的施工范围（温度、湿度要求），缩短水性涂料底面漆之间“湿碰湿”闪干时间。面对环保压力和相关政策的引导，工程机械行业涂装切换水性涂料势在必行。水性涂料“湿碰湿”涂装更有利于实施清洁生产、节约资源、改善环境污染，有助于取得良好的经济效益和社会效益。

（详情见《现代涂料与涂装》2018-12）