本文作者：吴士定，范德付，邹永丰

中国联合工程有限公司

摘要：简述了粉末喷涂工艺概念及主要工序，以重卡底盘的涂装为例对粉末喷涂工艺和传统溶剂型涂装工艺就工艺过程、安装功率、天然气耗量、投资及运行成本等方面进行了对比，提出粉末喷涂工艺具有低投入、低污染、低成本、高效率的特点，并介绍了粉末喷涂工艺在工程车车架、常规半挂车、罐式车、厢式车、自卸车等几种典型的专用车行业的应用分析，并通过对多条粉末喷涂生产线进行探讨、比较、分析，提出了粉末喷涂工艺在专用车行业的发展趋势。

关键词：粉末喷涂工艺；专用车；应用；成本分析

前言

涂装技术是腐蚀防护、表面工程技术的一部分，也是工程机械产品性能的重要技术指标之一。随着工程机械和涂装技术的发展，终端客户对工程机械的涂装提出了更高的要求，无论是腐蚀防护还是外观装饰性、造型及色彩，都更趋向个性化和多样化。同时，工程机械的涂料涂装近年来朝着专业化、一体化、节能化、自动化、数字化、智能化和绿色化方向发展，所用涂料被环保部门要求优先使用低VOC的环保型涂料。由于粉末涂装具有工序简单、节约资源、无环境污染、生产效率高等特点，因此在工程机械涂装工艺中占有非常重要的地位。本研究将对粉末喷涂工艺在专用车行业的应用优势及相关工艺应用进行对比分析。

1 粉末喷涂工艺

1.1粉末喷涂工艺简介

粉末喷涂是用喷粉设备（静电喷塑机）把粉末涂料喷涂到工件表面，在静电作用下，粉末会均匀地吸附于工件表面，形成粉末沉积层；粉末沉积层经过高温烘烤流平固化，最终形成效果各异的涂层。

粉末喷涂工艺的主要工序有上件、前处理、烘干、静电喷涂、固化、下件。上件是通过挂件方式按照排样图将工件通过挂具悬挂在喷涂悬挂链上；前处理主要是喷漆前通过喷淋、脱脂、水洗、表调、磷化等方法对工件进行表面处理，从而提高后续涂层的表面质量、附着力、耐腐蚀性、抗石击性以及其他特殊性能；烘干是通过燃烧机加热和风机循环加热气体，采用热风烘干工件表面水膜，避免涂膜出现起泡等缺陷，一般温度控制在120~150℃；静电喷涂是工件通过输送链进入喷粉房的喷枪位置进行喷涂作业，利用高压静电电场使带负电的涂料微粒沿着电场相反的方向定向运动，并将涂料微粒吸附在工件表面；固化是指使静电吸附在工件表面的粉层，通过固化处理而转变成符合质量要求的涂膜的工序，整个固化过程分为熔融、流平、胶化和固化4个阶段；下件是将喷涂并冷却的工件经检验合格后卸下，并分类别放置在安置架上，相互之间用软包装进行隔离，以防止划伤磨损。

1.2粉末喷涂工艺与传统溶剂型涂装工艺对比

与传统的溶剂型涂装工艺相比，粉末喷涂工艺具有低投入、低污染、低成本、高效率的特点，在涂装行业中具有明显优势，根据我司多条涂装生产线实际应用数据分析2种工艺，对比详见表1。

表1 传统溶剂型工艺和粉末喷涂工艺对比

以底盘涂装为例对2种工艺进行对比分析，其中底盘溶剂型涂装的工艺过程为：底盘件散件电泳→底盘散件预装→底盘遮蔽清理→底盘喷漆（单涂层）→底盘烘干→底盘强冷→底盘去遮蔽→底盘件转总装；底盘粉末喷涂工艺过程为：底盘件散件电泳→底盘散件预装→底盘遮蔽清理→底盘静电喷粉（单涂层）→底盘粉末固化→底盘强冷→底盘去遮蔽→底盘件转总装。对我司重卡底盘溶剂型涂装工艺和粉末喷涂工艺所需的安装功率以及天燃气耗量数据统计结果如表2~表5所示。

表2 重卡底盘溶剂型涂装工艺所需安装功率

表3 重卡底盘粉末喷涂工艺所需安装功率

表4 重卡底盘溶剂型涂装工艺天燃气耗量

表5 重卡底盘粉末喷涂工艺燃气耗量

数据对比的前提包括以下5个方面：第一，都是以重卡底盘涂装为基础，且底盘都已完成电泳漆涂装；第二，仅针对第2层涂装选择喷漆工艺或者喷粉工艺进行对比；第三，产线节拍都为5min/套（底盘件）；第四，均未核算空调机组冷热水消耗，若核算的话，重卡底盘喷漆线还要增加约450kW制冷用电（高峰值）；第五，喷漆考虑喷涂膜厚30~35μm，粉末喷涂膜厚60~70μm。

通过表2和表3对比可以看出，2种涂装方式的装机功率主要差异在于溶剂型涂装工艺的喷漆室需要供风量大且温湿度要求高的空调送风系统，同时需要大风量的转轮吸附+RTO系统进行废气处理，而粉末喷涂工艺无需大风量空调送风，仅需要对喷粉环境进行简单降温即可，同时无大风量废气产生，只需要处理粉末固化炉少量VOC废气，因此喷粉工艺的装机功率需求小于溶剂型涂装工艺。

从表4和表5中可以看出，采用溶剂型涂装工艺时，由于喷漆工艺对喷涂环境要求高，且所需的送风量很大，因此天然气耗量主要用于冬季加热，而粉末喷涂工艺因粉末固化工艺温度相较溶剂型涂装烘烤温度要高，所以其天然气消耗量主要用于涂层烘干/固化。虽然2种工艺的天然气用途不同，但溶剂型涂装工艺总天然气消耗量略高于粉末喷涂工艺。对某10万套/a的中、重卡底盘溶剂型涂装工艺与粉末喷涂工艺的投资及运行成本进行对比，统计数据如表6所示。

通过表6进行整体对比分析可知，采用粉末喷涂工艺在线体占地面积可节约33%，无需辅房需求面积，燃气平均耗量虽然多于溶剂型涂装工艺，但电负荷只有溶剂型涂装工艺的一半，大大缩减能耗，产线人员仅为溶剂型涂装工艺的一半，节约了人工成本，线体投资及综合使用成本上均优于溶剂型涂装工艺。

表6 溶剂型涂装工艺与粉末喷涂工艺投资及运行成本

2 粉末喷涂工艺在专用车行业的应用

2.1粉末喷涂工艺在工程车车架的应用

工程车车架粉末喷涂工艺的应用要满足“高防腐、高耐候、高韧性、耐振动、抗石击”5个质量目标。

在这5个质量目标要求基础上，工程车车架的喷涂工艺采用单一涂层（电泳/粉末/溶剂型涂料）将难以满足要求，只能采用双涂层体系（电泳+溶剂型涂料或者电泳+粉末）。

车架产品采用散件电泳工艺，电泳后经铆装线铆接，铆接后车架送入涂装车间，经清洁屏蔽工位进行表面灰尘清洁吹扫，再进入热风刀除湿工序去除表面湿气，而后进入自动粉房进行静电粉末喷涂，粉末喷涂完成后经粉末固化强冷后送至车架总装车间（图1）。在生产线规划过程中需要考虑车架本身类型较多，且有较多的小件产品及外协件，只有解决工件混装才能提高生产效率，而且车架产品采用静电粉末喷涂工艺时要考虑非耐温配件的装配顺序及其他外协装配件的涂层一致性。

图1 长沙某车架项目粉末涂装工艺流程

2.2粉末喷涂工艺在常规半挂车的应用

常规半挂车粉末喷涂有2种工艺设计。第1种是电泳底漆+粉末面漆双涂层体系，即车架产品经焊接车架焊接后进入涂装车间，先通过自动抛丸清理掉表面氧化皮及焊接氧化层，再进入前处理电泳工序，电泳后进入静电粉末喷涂（图2）。此种工艺是目前专用车行业涂层质量最高的，涂层耐中性盐雾性能>1000h（GB/T1771—2007）、耐候性>1000h（GB/T9276—1996）。

图2 电泳底漆+粉末面漆双涂层体系工艺流程

第2种工艺是在完成半挂车抛丸后采用前处理（一般采用喷淋式硅烷工艺）+底粉面粉或者底面合一粉工艺（图3、图4）。相对于电泳+粉末双涂层工艺，此种工艺涂层质量略低（中性盐雾性能和耐候性均能达到600h），采用此种工艺时，要根据产品结构特点决定采用喷淋还是浸泡式前处理工艺，避免产品表面处理不彻底而导致的涂层缺陷；底面合一或底粉+面粉的工艺选择也对最终涂层质量影响较大。

图3 喷淋式硅烷工艺前处理+底粉面粉或者底面合一粉工艺流程

图4 某车间车架打砂喷砂线布置图

2.3粉末喷涂工艺在罐式车的应用

罐式车因自身内腔结构特点，无法采用浸入式的前处理方式，粉末喷涂工艺与常规骨架车的简化工艺类似，在罐式车完成表面抛丸作业后，经全喷淋式的前处理清洗及表面硅烷处理后，部分产品经焊缝胶/腻子处理后喷涂底面合一粉或底粉+面粉双涂层（图5）。某公司罐车涂装车间单涂层主要工艺流程参数如表7所示。

图5 某车间罐式车粉末工艺流程

表7 某公司罐车涂装车间单涂层主要工艺流程

2.4粉末喷涂工艺在厢式车的应用

厢式车是近几年比较热门的专用车车型，在跨省长距离物流及市内短途物流中都有较广泛的应用。目前厢式车的涂装工艺主要应用的有2种，第1种是厢体分片电泳+合箱后整厢外部喷粉（图6），此种工艺前处理电泳的控制相对比较简单，部件主要是分片板，不存在整厢前处理电泳中存在的箱内处理难点。不过相对于整厢电泳来说存在电泳后需要拼焊的情况，如若局部位置的电泳涂层有损坏，会出现使用过程中局部锈蚀问题。

图6 厢式车静电粉末工艺流程（分片电泳+整厢外部喷粉）

第2种是整体电泳+整厢外部喷粉工艺（图7），由于整个电泳+粉末涂层是在一次完整的涂装工序中完成，不存在中间的焊接或装配工序，所以涂层质量高，外观缺陷少，涂层完整。但是整厢电泳工艺目前国内应用不多，需要特别注意箱内的清洗质量，进水和排水的工艺控制，电泳工序还要充分考虑箱内的导电和排气设计，尽量配置全自动的箱内辅助阳极。

图7 厢式车静电粉末工艺流程（整体电泳+整厢外部喷粉）

图8为我司承接的某公司厢式车整体电泳+整厢外部喷粉项目俯视图，待涂装厢式车采用程控行车前处理电泳、积放链工艺输送及平移行车对轨输送相结合形式，完成厢式车整体全自动涂装过程。

图8 某车间厢式车静电粉末车间布置图

2.5粉末喷涂工艺在自卸车的应用

目前国内自卸车粉末涂装工艺的应用比较简单，大部分企业的自卸车是随其他专用车产品生产，主要工艺采用抛丸、清理、密封胶、四合一免水洗硅烷、粉末喷涂、粉末固化、强冷（图9）。部分自卸车采用抽屉式喷涂工艺布置。自卸车粉末涂装的关键在于：首先要考虑自卸车打砂箱内积丸与清理；其次要注意田字格间断焊，在前处理过程中的进液和排液问题；同时要满足箱内喷粉自动化方式；最后要降低能耗，特别是低温粉的应用。

图9 某车间自卸车厢体及副车架粉末喷涂工艺流程

3 结语

在减排政策的不断落实下，漆改粉得到更深推广，粉末喷涂工艺以更节能、更环保、易于实现自动化并能低成本获得高质量性能涂层的优势而深受用户喜爱。目前国内专用车产品根据自身特点形成了风格各异的涂装工艺，粉末喷涂在专用车行业的应用也越来越广泛。根据目前某公司所设计的粉末喷涂线探讨、比较、分析，粉末喷涂工艺的VOC排放量可由溶剂型涂装工艺的100~150mg/m²下降至0.5~1.0mg/m²，涂料的利用率由40%左右提高至96%以上（剩余4%的废粉涂料厂家可回收），操作人员数量下降85%，综合制造成本降低40%，具有较好的使用前景。粉末喷涂在专用车行业未来发展趋势如下：

（1）粉末喷涂工艺在专用车各车型的应用会更加广泛，随着专用车车型开发及市场应用的推广，需要开发更加有针对性的粉末喷涂工艺来应对市场的变化。

（2）随着粉末喷涂工艺在专用车行业的应用，也会促使粉末喷涂工艺本身在环保性、节能性、自动化程度、涂层适用性方面持续进一步发展。

（3）在粉末喷涂技术方面，需要进一步开发更高喷涂效率的静电喷涂技术，推出更快的换色方法和换色结构。

参考文献：

[ 1 ] 齐祥安，胡中. 绿色工程机械涂料与涂装技术[M]. 北京∶中国标准出版社，2020：7-8.

[ 2 ] 刘翠梅，齐祥安. 工程机械邮箱“水改粉”涂装新工艺的研究应用[J]. 现代涂料与涂装，2019，22（3）：20-22.

本文来源：2022年《涂料工业》第7期