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拋丸噴砂機在汽車起重機結構件底漆塗裝工藝研究

文章出處:www.onenonly.com.cn人氣:1258發表時間:2017-12-13
摘要:汽車起重機結構件的底漆塗裝非常關鍵,直接影響到汽車起重機的防腐效果。本研究通過測試經拋丸表麵處理結構件的不同漆膜厚度的耐鹽霧性能,確定符合防腐要求的底漆漆膜厚度。通過優化塗料噴塗黏度和無氣噴槍的噴嘴口徑、噴塗壓力、噴塗距離、噴槍移動速度等參數,確保汽車起重機結構件的底漆漆膜厚度,滿足汽車起重機的防腐和塗裝效率的要求。
 
  汽車起重機的發展,對整車的塗裝提出了越來越高的要求。由於汽車起重機的作業環境較為惡劣,容易出現局部生鏽現象,特別是結構件的腐蝕,對汽車起重機的使用壽命和安全性影響很大。
 
    目前汽車起重機結構件采用拋丸除鏽的表麵處理,達到 Sa2. 5 級[1],然後噴塗底漆和麵漆。對於汽車起重機結構件的防腐塗裝,除了做好適當的表麵處理外,底漆的塗裝也非常關鍵,底漆的性能以及漆膜厚度會直接影響到實際使用過程中防腐年限。另外,汽車起重機已實現量產化,為了滿足產量要求,在確保底漆漆膜厚度要求的基礎上,對塗裝效率也提出了較高的要求。
 
  本研究以雙組分環氧底漆為塗裝材料,研究了不同漆膜厚度的底漆耐鹽霧性能,獲得汽車起重機結構件底漆的漆膜厚度要求,采用無氣噴塗工藝,確定塗料噴塗黏度和無氣噴槍的噴嘴口徑、噴塗壓力、噴塗距離、噴槍移動速度等塗裝工藝參數,實現了底漆的防腐和噴塗效率的統一。
 
1、實驗部分:
1. 1、原材料:
  雙組分環氧底漆、固化劑、稀釋劑,140 mm × 70 mm × 3 mm鋼板,300 mm × 200 mm × 3 mm 鋼板。
 
1. 2、實驗設備:
高壓無氣噴槍; 氣動柱塞泵; 空氣噴槍; 塗層測厚儀; 塗 -4 杯; 秒表; 流掛測試儀; 鹽霧試驗箱; 表麵粗糙度測試儀; 滾動履帶式拋丸機。
 
1. 3、實 驗:
 
1. 3. 1、耐中性鹽霧實驗:
  為了確定耐鹽霧性能達標的底漆漆膜厚度,進行耐中性鹽霧實驗。將規格為 140 mm × 70 mm × 3 mm 的鋼板用滾動履帶式拋丸機進行拋丸,表麵粗糙度 60 μm( Rz) [2],其他實驗用需要拋丸的鋼板也采用該方法並達到同等的表麵粗糙度。用塗料稀釋劑將鋼板表麵油汙清洗幹淨,壓縮空氣吹幹後立即將調製好並熟化 15 min 的雙組分環氧底漆裝入空氣噴槍,製備漆膜厚度為 25 μm、40 μm、55 μm、70 μm、80 μm 的試板各 3 塊,室溫放置 7 d 後,按 GB/T 1771—2007 進行中性鹽霧實驗。
 
1. 3. 2、拋丸鋼板和平板鋼板底漆噴塗膜厚對照實驗:
  用塗料稀釋劑將規格為 300 mm × 200 mm × 3 mm 的拋丸好的鋼板、平板鋼板表麵油汙洗淨後再用壓縮空氣吹幹,立即采用高壓無氣噴槍將調配好並熟化 15 min 的雙組分環氧底漆同時噴塗至並排放置的拋丸鋼板與平板鋼板上,通過控製噴塗道數,製備不同漆膜厚度的拋丸鋼板和平板鋼板。室溫放置 7 d 後,用塗層測厚儀測量漆膜厚度,分別測量相同噴塗條件下拋丸鋼板和平板鋼板的漆膜厚度。    
1. 3. 3、噴塗工藝參數實驗: 
 通過調整稀釋劑比例,並測定雙組分環氧底漆在不同黏 度下的抗流掛性能( GB /T 9264—1988) ,確定噴塗時的最佳塗料黏度。調整高壓無氣噴槍的噴塗壓力、噴嘴口徑、噴塗距離 和噴槍移動速度對平板鋼板進行噴塗,並測量噴塗後的幹膜 厚度。其中噴塗壓力的大小通過調節壓縮空氣進氣壓力控製,經壓縮比 45  1柱塞泵後,出口壓力在 10 MPa 以上,實驗所 用高壓軟管長度 15 m,口徑 8 mm,依照式( 1) [3]計算沿程壓力 損失。    
    P = 128 μLQ    式( 1)
    πd4    
    式中: μ—塗料動力黏度,Pa·s; L—輸送管長度,m; d—輸塗送管內徑,m; Q—塗料流量,m3 /s;    P—沿程壓力損失,Pa。
    經計算塗料的沿程壓力損失約 0. 1 ~ 0. 3 MPa,可以忽略。
    
裝    如無特別說明,各種實驗溫度均為 28 ℃ ,為保證漆膜均勻,噴
    塗搭接 1 /2,噴塗均為 1 道。    
1.3. 4、現場對比實驗 :
  術選取某結構件,將優化後的噴塗工藝參數應用到生產上, 對應用前後的漆膜厚度、漆膜均勻性、油漆消耗量、施工效率 等進行統計對比。

2、結果與討論:
2.1、耐中性鹽霧實驗:
  對於汽車起重機的結構件,其表麵處理采用拋丸的方式,待塗裝的結構件表麵達到 Sa2. 5 級,拋丸的表麵用表麵粗糙度測試儀( Elcometer123) 測量,其粗糙度為 60 μm( Rz) 左右。表1 按 GB /T 1771—2007 測試的不同底漆漆膜厚度的拋丸鋼板耐鹽霧性能。
表 1  不同底漆漆膜厚度的拋丸鋼板耐鹽霧性能
( 膜厚 ± 5) / μm
耐鹽霧實驗結果
 
 
25
24 h 未劃線區發生點鏽
 
 
40
240 h 未劃線區出現點鏽,336 h
 
劃線處單側鏽蝕寬度 > 2 mm
 
 
 
 
55
432 h 劃線處單側鏽蝕寬度 > 2 mm
 
 
 
70
576
h 起泡
80
720
h 起泡
 
 
注: 耐中性鹽霧實驗以未劃線區出現點繡、單側鏽蝕寬度超過 2 mm 或者起泡三者中先到者作為結束時間判定標準。

圖 1 是不同底漆漆膜厚度的拋丸鋼板耐鹽霧時間曲線。
圖 1	拋丸鋼板的底漆漆膜厚度對耐鹽霧時間的影響
 
  從圖 1 可看出,當底漆達到大於 480 h 的耐鹽霧性能時,對應的底漆漆膜厚度必須在 60 μm 以上。考慮到現場噴塗膜厚存在一定的波動性,同時滿足節約底漆和防腐的要求,汽車起重機結構件的底漆膜厚定為 60 ~ 70 μm。 鹽霧實驗照片見圖 2。
圖 2	不同底漆漆膜厚度的拋丸鋼板鹽霧實驗照片
 
圖 2 不同底漆漆膜厚度的拋丸鋼板鹽霧實驗照片
從圖 2 可看出,當漆膜厚度為 25 μm 時,底漆不能將拋丸 的鋼板表麵完全覆蓋,導致 24 h 即出現大量點鏽; 當漆膜厚度 達到 40 μm 時,底漆雖能基本覆蓋鋼板表麵,但對於粗糙鋼板 表麵的波峰處,漆膜顯得過薄,鹽霧 240 h 後出現點鏽; 當漆膜達到 55 μm,經過鹽霧 432 h 雖未出現點鏽,但劃線處單側鏽蝕寬度大於2 mm,根據企業自身對工程機械底漆的耐鹽霧要求,其底漆的耐鹽霧必須到 480 h 以上,所以該漆膜厚度仍 不符合要求。底漆膜厚 70 μm、80 μm 時,耐鹽霧時間分別為576h、720 h,均能滿足要求。
 
2.2、拋丸鋼板與平板鋼板底漆漆膜厚度對照實驗:
  對於底漆噴塗而言,拋丸後的粗糙鋼板表麵,其底漆的幹膜厚度並不是與噴塗道數成正比,而底漆的噴塗工藝參數的優化可以通過在平板鋼板上的噴塗實驗確定,因此有必要獲得拋丸鋼板 和平板鋼板在相同噴塗條件下漆膜厚度的對應關係。圖 3 是通過噴塗實驗獲得的拋丸鋼板和平板鋼板的底漆漆膜厚度對照圖,本實驗共 5 組,圖中橫坐標以對照組 1、2、3、4、5 表示。
圖 3拋丸鋼板和平板鋼板漆膜厚度對照圖
 
圖 3拋丸鋼板和平板鋼板漆膜厚度對照圖
由圖 3 可看出,在相應的鋼板表麵拋丸處理條件下( 表麵粗糙度約 60 μm) 時,拋丸鋼板的底漆膜厚達到 60 ~ 70 μm,對 應的平板鋼板噴塗膜厚則要控製在 80 ~ 90 μm。若噴塗 2 道 能達到拋丸鋼板的底漆規定的膜厚,也就是說在平板鋼板上 每道漆膜厚度必須達到 40 ~ 45 μm。

2. 3、噴塗工藝參數實驗 :

2. 3. 1、塗料黏度:
  通過調整雙組分環氧底漆的稀釋比,可以獲得不同黏度 ( 塗 - 4# 杯,下同) 的待噴塗的塗料。表 2 是底漆在不同黏度下測定的流掛極限。

2 底漆在不同黏度下的流掛極限體積固體分和稀釋比

 

Table 2 Flow limitvolume solids and dilution ratio of dif-ferent viscosities

黏度 /s

流掛極限 / μm

體積固體分 /%

稀釋比

 

 

 

 

15

75

45

6 1 2

 

 

 

 

 

18

75

46

6 1

1. 5

19

100

47

6 1 1

 

 

 

 

 

21

100

48

6 1

0. 5

24

125

50

6

1

 
由表2 可看出,塗料黏度為 15 ~ 18 s 時其流掛極限隻有 75 μm,體積固體分在 46% 左右,對應的幹膜厚度約 35 μm。
  在該黏度條件下,為了保證塗裝過程不流掛,需要噴塗至少 3 道才能達到規定膜厚。當塗料黏度為 24 s 時,該雙組分環氧塗料流平性極差,而且容易出現幹噴現象。按照實際噴塗工藝要求兩道完成結構件的底漆噴塗,對應的一道噴塗在平板鋼板上的底漆漆膜厚度需達到 40 ~ 45 μm。因此,塗料的最佳黏度為 19 ~ 21 s,流掛極限為 100 μm,體積固體分 48% 左右,一道噴塗最大幹膜厚度可達到 48 μm,符合上述要求。

表 3 是無氣噴塗的噴塗壓力和塗料黏度對底漆漆膜厚度的影響。

3 噴塗壓力和塗料黏度對底漆漆膜厚度的影響

 

Table 3 Effect of the pressure and viscosity on the primer film thickness

 

項目

 

 

噴塗壓力 /MPa

 

 

13. 5

18

20

22

 

 

 

 

 

 

 

 

黏度 19

s 時平均膜厚 / μm

40

45

51

53

 

 

 

 

 

 

黏度 21

s 時平均膜厚 / μm

41

47

53

56

 
注: 噴塗距離 30 cm,噴槍移動速度 80 cm /s,噴嘴口徑 0. 48 mm,噴塗搭接 1 /2。塗料輸送管長 15 m,口徑 8 mm,管道沿程壓損忽略。柱塞泵壓縮比 45∶ 1。實驗溫度 28 ℃ 。
  從表 3 可知,相同噴塗壓力下,底漆漆膜厚度隨塗料黏度的增大略有增加。噴塗壓力 13. 5 MPa 時,塗料黏度從 19 s 增 加到 21 s,平均漆膜厚度隻增加 1 μm,而相同壓力下,高黏度 [4], 的雙組分環氧塗料霧化效果相對較差    因此選用底漆黏度 19 s,噴塗壓力 13. 5 ~ 18 MPa 較為合適。
2. 3. 2、噴塗壓力與噴嘴 :
  表 4 是無氣噴塗的噴塗壓力及噴嘴口徑對底漆漆膜厚度的影響。

4 噴塗壓力及噴嘴口徑對底漆漆膜厚度的影響

 

Table 4 Effect of the pressure and nozzle diameter on the primer film thickness

 

項目

 

噴塗壓力 /MPa

 

13. 5

18

20

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

噴嘴口徑 0. 43 mm 時平均膜厚 / μm

35

40

44

 

47

 

 

 

 

 

 

噴嘴口徑 0. 48 mm 時平均膜厚 / μm

40

45

51

 

53

 
  注: 噴塗距離 30 cm,噴槍移動速度 80 cm /s,塗料黏度 19 s,噴塗搭接 1 /2。塗料輸送管長 15 m,口徑 8 mm,管道沿程壓損忽略。柱塞泵壓縮比 45∶ 1。實驗溫度 28 ℃ 。
  從表 4 可知,當采用 0. 43 mm 口徑噴嘴時,噴塗壓力需控製在 18 ~ 20 MPa,才能達到每道漆膜厚度 40 ~ 45 μm。當采用0. 48 mm 口徑噴嘴時,噴塗壓力需在 13. 5 ~ 18 MPa,達到每道漆膜厚度 40 ~ 45 μm。但噴塗壓力過大,漆膜厚度超過45 μm,會 造成塗料浪費,大大提高塗裝成本。同時考慮到噴塗作業時低壓力減小對於設備的損壞,特別是減少噴嘴的磨損有利,但噴塗壓力過低又會降低作業效率,因此選用0. 48 mm噴嘴噴塗壓 力在 13. 5 ~ 18 MPa 下進行噴塗較為合適。

2. 3. 3、噴塗距離和噴槍移動速度:
  表 5 是噴塗距離和噴槍移動速度對漆膜厚度的影響。從表 5 可知,當噴塗距離在 30 cm 時噴槍移動速度需在 70 ~ 80 cm /s,當噴塗距離在 35 cm 時噴槍移動速度需在 60 ~ 70 cm /s,其每道漆膜厚度在 40 ~ 45 μm。當噴槍移動速度為60 cm /s 時,噴塗距離需在 35 ~ 40 cm,當噴槍移動速度為 70 cm /s時,噴塗距離需在 30 ~ 35 cm,其每道漆膜厚度也在 40 ~ 45 μm。因此,較為理想的噴塗距離在 30 ~ 35 cm,並控製適當的走槍速度,一般在 70 ~ 80 cm /s 比較合適。

5 噴塗距離和噴槍移動速度對漆膜厚度的影響

 

Table 5 Effect of the spray distance and gun speed on the primer film thickness

 

噴塗距

 

一次噴塗平均膜厚 / μm

 

噴槍移動速 噴槍移動速 噴槍移動速 噴槍移動速

/cm

 

60 cm /s

70 cm /s

80 cm /s

90 cm /s

 

 

 

 

 

25

65

55

48

43

 

 

 

 

 

30

54

45

40

37

35

45

41

36

32

 

 

 

 

 

40

41

36

31

28

50

33

29

25

22

 
 
 
注: 噴嘴口徑 0. 48 mm,噴塗壓力 13. 5 MPa,塗料黏度 19 s,噴塗搭接 1 /2。塗料輸送管長 15 m,口徑 8 mm,管道沿程壓損忽略。柱塞泵壓 縮比 45  1。實驗溫度 28 ℃ 。

2.4、塗裝工藝參數的應用 :
  塗采用以上優化工藝參數,對汽車起重機的某結構件進行現場對比實驗,對塗料消耗量、塗裝耗時、平均膜厚和漆膜均 裝    勻性進行了統計。表 6 是某結構件現場塗裝對比實驗。
表6  某結構件現場塗裝對比實驗

項目

工藝參數調整前 工藝參數調整後

 

 

 

平均膜厚 / μm

53

65

 

 

 

 

 

 

漆膜均勻性

不符合

符合

 

80  20 原則

80  20 原則

 

噴塗距離 /cm

40

 80

30  35

 

 

 

 

噴塗壓力 /MPa

22. 5

 31. 5

13. 5

噴槍移動速度/ ( cm·s  1 )

50

 70

70  80

 

 

 

噴嘴口徑 /mm

0. 48

0. 48

黏度 /s

14

 16

19

 

 

 

 

平均油漆消耗量 /kg

 

32

22

平均耗時 /min

 

23

15

 

 

 

 

噴塗道數 / 道

 

3

2

噴塗方式

高壓無氣噴塗

高壓無氣噴塗

 
注: 80 - 20 原則的意思為 80% 的測量值不低於規定幹膜厚度,其餘 20% 的測量值不能低於規定膜厚的 80% 。塗料輸送管長 15 m,口徑8 mm,管道沿程壓損忽略,柱塞泵壓縮比 45∶ 1,噴塗搭接 1 /2,實驗溫度 28 ℃ 。
  高噴塗效率,片麵地提高噴塗壓力和噴塗距離,甚至有時噴塗距離達到 100 cm,造成幹噴現象,而通過優化噴塗工藝進行塗裝,適當縮短噴塗距離,降低噴塗壓力,提高噴槍移動速度,減 少噴塗道數,提高噴塗時的塗料黏度,可使平均油漆消耗量節省 31% ,平均耗時節省 35% 。

3、結語:
  通過對汽車起重機拋丸結構件的底漆塗裝進行係列實驗,確定了拋丸結構件的底漆膜厚,保證其防腐性能,進一步優化噴塗工藝,確保底漆膜厚達標。優化後的塗裝工藝與調整前相比塗料消耗量節省了約 31% ,噴塗效率提升了 35% ,漆 膜均勻性得到提升,漆膜防腐性能符合要求。