馬仲奎

（貴州省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，貴州 貴陽(yáng)550003）

不同形狀尺寸、材質(zhì)的工件產(chǎn)品大到車(chē)輛覆蓋件，小到日常生活用品，為了達(dá)到產(chǎn)品的使用性能和外觀環(huán)保要求，必將對(duì)制品采取各種不同的表面工藝處理。這些工藝包含：靜電噴涂、電泳涂漆、粉末噴涂及浸涂、噴塑乃至人工刷涂等技術(shù)，統(tǒng)稱(chēng)為涂裝。各種表面涂裝工藝的目的都是使加工的成制品表面覆蓋保護(hù)層或裝飾層。為了保證產(chǎn)品品質(zhì)，在此工藝中，人們十分重視工件前處理工序（如：打磨→流平→干燥或固化；鍍、涂、浸、刷涂液的原材料成份配方比例；濃度、溫度、生產(chǎn)線速度），并作大量試驗(yàn)研究[1]，然而對(duì)工件運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)品質(zhì)的影響少有報(bào)導(dǎo)。本文根據(jù)筆者的生產(chǎn)實(shí)踐以不同形狀尺寸的異型表面工件為例，分析機(jī)械浸涂運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)工件質(zhì)量的影響。

1 產(chǎn)品種類(lèi)特征及工藝特點(diǎn)

圖1是部份代表產(chǎn)品外形圖。圖中（a）為圓盤(pán)形件，其特征是產(chǎn)品直徑與高度比值大于10以上（d/h≥10）；（b）為碗形件，即直徑與高度比值在1~2范圍；（c）是盒形、方形或多邊形，特征與（b）類(lèi)似，不同之處是外形不是圓形而是異形。β為盤(pán)壁與盤(pán)底的夾角。

圖1 部份代表產(chǎn)品外形圖

以上產(chǎn)品材質(zhì)為可完全降解純天然稻殼，稻殼可降解材料是一種理想的新型包裝材料，無(wú)毒無(wú)害，防水防油，可用于微波爐。使用性能要求無(wú)變形、無(wú)起皮起皺、無(wú)滲漏，耐熱90~110℃，高度變化≦1.5mm.

產(chǎn)品還具有質(zhì)輕，易加工成形，價(jià)格低廉；物理性能好，強(qiáng)度高，阻隔性強(qiáng)；化學(xué)穩(wěn)定性好，防銹蝕；自然條件下微生物降解速度快；易于配合各種新的加工技術(shù)對(duì)表面裝飾的處理；其獨(dú)特的冷成型加工工藝簡(jiǎn)單、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以加工成盤(pán)、碗、盒、杯等各種包裝物品以及能根據(jù)被包裝物形狀加工成仿形包裝件，適用于特殊軍工零件的內(nèi)層包裝。

工藝特點(diǎn)是冷成型加工工藝，該工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，耗能低，加工成本低，加工過(guò)程中不產(chǎn)生污染。其生產(chǎn)工藝過(guò)程為：原料→粉碎→配方→混料→軋片→成型→減濕→浸涂→烘干→消毒→包裝。

2 異型表面浸涂運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)工件質(zhì)量的影響

2.1 浸涂工藝與浸液

浸涂是一種用浸漬達(dá)到涂裝目的的施工方法。其操作是將被涂物全部浸沒(méi)在浸液中，待各部位都沾上液體后將被涂物提起離開(kāi)浸液，自然或強(qiáng)制地使多余的液體滴回到浸液槽內(nèi)，經(jīng)干燥后在被涂物表面形成涂膜。浸涂分手工浸涂和機(jī)械浸涂，手工浸涂用于間歇式小批量生產(chǎn)；機(jī)械浸涂用于連續(xù)式批量生產(chǎn)的流水線上。在常規(guī)浸涂工藝中，無(wú)論手工浸涂或機(jī)械化浸涂其浸涂工件運(yùn)動(dòng)軌跡都是將工件懸吊，垂直浸入液池中，手工浸涂隔一定時(shí)間后取出工件；機(jī)械浸涂是將工件夾持在批量生產(chǎn)的流水線工裝上，流水線按設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)運(yùn)行，自動(dòng)提升后進(jìn)入干燥。

過(guò)去，稻殼制品常用骨膠和聚乙烯淋膜作表面防油防水劑，使制品只能耐低溫，在120℃以上的油溫，幾分鐘之內(nèi)餐具就會(huì)發(fā)生滲漏；同時(shí)聚乙烯淋膜不能降解，影響了稻殼制品的降解性能?，F(xiàn)在，稻殼餐具選用防油防水劑需滿(mǎn)足無(wú)毒、可降解、耐高溫3個(gè)條件。實(shí)踐表明，一種稱(chēng)為VAE的共聚乳液經(jīng)稀釋改性后能較好滿(mǎn)足上述3個(gè)條件，除無(wú)毒和耐高溫、防油水滲透外，VAE的最大好處是在吸水后，體積脹大，使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而可自行降解。而制作稻殼餐具時(shí)，只需在成形后，在內(nèi)外表面上浸涂一層很薄的（約0.05~0.1 mm厚）改性VAE層，即可起到防潮和防水防油滲透的作用[2]。

2.2 不同表面浸涂運(yùn)動(dòng)軌跡分析

浸涂工件運(yùn)動(dòng)軌跡不僅在自動(dòng)化浸涂流水線需要認(rèn)真分析，手工浸涂也不可忽視。工件的運(yùn)動(dòng)軌跡包含工件入液傾角、運(yùn)行軌道、工件出液傾角和在浸涂運(yùn)動(dòng)中工件的偏轉(zhuǎn)角各參數(shù)。圖2所示為圓盤(pán)形零件浸涂裝置工件運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。

圖2 浸涂裝置及工件運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖

如圖2所示，工件由預(yù)干爐9進(jìn)入接件板8與導(dǎo)向槽7之間的空間沿接件板進(jìn)浸涂（漆）槽4液池中，在設(shè)置一定濃度、溫度、生產(chǎn)線速度下運(yùn)行提升、滴漆，再進(jìn)入干燥爐1.此件系典型的盤(pán)形件（見(jiàn)圖1a），特征是產(chǎn)品直徑與高度比d/h≥ 10；機(jī)身6上安裝了變頻調(diào)速減速機(jī)2和輸送鏈5將工件傳輸進(jìn)入干燥爐1.

（1）盤(pán)形件的浸入角度α（見(jiàn)圖2），即浸涂槽接件板與水平面的夾角，該夾角取決于盤(pán)壁與盤(pán)底的夾角 β（見(jiàn)圖 1）.浸入角度 α 按 α =180°-β 計(jì)算。工件正置，在滿(mǎn)足該式時(shí)浸涂槽的漆液可以均勻地從工件開(kāi)始點(diǎn)向最終點(diǎn)漸漸浸勻而無(wú)氣泡，否則會(huì)在盤(pán)壁與盤(pán)底處產(chǎn)生氣泡。工件是大批量傳送，日產(chǎn)12萬(wàn)件，導(dǎo)向槽與工件間輸送無(wú)障礙。在工件提升、滴漆段是通過(guò)盤(pán)壁外流，故工件出液傾角應(yīng)大于浸入角度 3~5°.

（2）碗形件的直徑與高度比值在1~2范圍，直徑與高度接近，工件倒置，浸入角度α=180-β≥ 45°.此時(shí)工件浸漆時(shí)液面均勻沿碗形壁漸漸浸勻而無(wú)氣泡，直至浸滿(mǎn)整個(gè)碗型體內(nèi)外表面。由于工件倒置出液傾角不限，易于滴干殘留漆液而無(wú)積漆。

（3）方形、矩形或多邊盒形，特征與碗形件類(lèi)似，不同之處是外形不是圓形而是異形。參數(shù)設(shè)計(jì)與碗形件相同。不同之處是盒形工件的直壁可以為90°，浸入角度取45°.

（4）大型特殊件，所謂大型特殊件是指出于特種包裝需要，根據(jù)被包裝物形狀加工成仿形包裝件，適用于特殊軍工零件的內(nèi)層包裝。工藝特點(diǎn)是冷成型加工工藝，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單。此類(lèi)零件在使用模具成型的工件預(yù)干后浸入漆池中要將工件除水平移動(dòng)外還要將工件沿豎直方向左右旋轉(zhuǎn)。一般來(lái)說(shuō)該類(lèi)產(chǎn)品都不是大批量生產(chǎn)，手工操作可控制質(zhì)量。

2.3 結(jié)果與討論

產(chǎn)品是由稻殼原料經(jīng)粉碎磨成超細(xì)粉后，與植物型、水溶性粘合劑混合制成基材，經(jīng)冷壓成型，再通過(guò)浸涂工藝使其表面均勻覆蓋具有防水放油的保護(hù)層而制成的包裝材料。由于稻殼具有大量的孔洞結(jié)構(gòu)，且稻殼中的二氧化硅與木質(zhì)素、纖維素間存在著較強(qiáng)的共價(jià)鍵作用，表面羥基多，增強(qiáng)了與離子或有機(jī)物的相互作用，從而使稻殼具有了良好的潤(rùn)濕性[3]，通過(guò)浸涂工藝使其表面能夠快速形成一定厚度的涂層。因此，本文采用的浸涂工藝主要解決涂層的厚薄均勻度和涂層厚度。而影響產(chǎn)品涂層厚薄均勻度和涂層厚度的主要因素有：浸入和出液傾角以及機(jī)械運(yùn)行速度。浸入和出液傾角主要解決產(chǎn)品涂層的厚薄均勻度，不留死角，使涂層均勻覆蓋；機(jī)械運(yùn)行速度主要控制產(chǎn)品在浸液中的滯留時(shí)間，從而控制涂層厚度，使其防水放油性能滿(mǎn)足使用要求。

按照提出的浸入和出液傾角，設(shè)計(jì)制作的浸涂工藝裝置，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際，較好地解決了產(chǎn)品涂層的厚薄均勻度，同時(shí)通過(guò)變頻調(diào)速控制機(jī)械運(yùn)行速度，使產(chǎn)品涂層質(zhì)量達(dá)到了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。不足之處在于：

（1）在現(xiàn)場(chǎng)工藝實(shí)踐中，浸入和出液傾角設(shè)計(jì)大多依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，較少采用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)行運(yùn)行軌跡的動(dòng)態(tài)模擬，選擇最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)。

（2）為滿(mǎn)足不同規(guī)格型號(hào)產(chǎn)品的浸入和出液傾角而設(shè)計(jì)的傳送裝置不能柔性化，每一種產(chǎn)品必須單獨(dú)制作相應(yīng)的傳送裝置，給生產(chǎn)管理帶來(lái)不便，因此，此浸涂工藝裝置適合于規(guī)格固定、大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)浸涂運(yùn)動(dòng)軌跡分析，從實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品入手，提出了確保浸涂工藝質(zhì)量的方法，對(duì)于復(fù)雜零件工件確定入、出液傾角有參考價(jià)值。對(duì)于浸涂工藝，也存在著如該法只能用于顏色一致的涂裝，不能套色，且被涂物上下部的涂膜厚薄不均勻，溶劑揮發(fā)量大，易污染環(huán)境，涂料的損耗率較大等不足，但從工藝簡(jiǎn)單的角度，加之科學(xué)技術(shù)向前發(fā)展，技術(shù)水平也不斷提高，浸涂工藝仍然是一種有應(yīng)用前景的表面技術(shù)。

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[2]戴宏民，戴佩華.發(fā)泡植物纖維制品關(guān)鍵工藝技術(shù)研討[J].包裝工程，2014，（2）：31-34.

[3]李小兵，劉 瑩.材料表面潤(rùn)濕性的控制與制備技術(shù)[J].材料工程，2008，（4）:74-80.