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        環(huán)保噴涂技術(shù)在家具涂裝中的應(yīng)用研究

        2015-12-02 01:45:30羅德宇劉培義溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院時(shí)尚設(shè)計(jì)系浙江溫州3505溫州家具研發(fā)中心浙江溫州3505
        江西建材 2015年4期
        關(guān)鍵詞:底漆噴槍涂料

        ■羅德宇,劉培義 ■.溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院時(shí)尚設(shè)計(jì)系,浙江 溫州 3505;.溫州家具研發(fā)中心 浙江 溫州 3505

        涂裝作業(yè)是木家具生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),是決定產(chǎn)品質(zhì)量和成本的重要因素。在眾多的涂裝作業(yè)方式中,噴涂作業(yè)由于其出眾的涂裝質(zhì)量、高效的生產(chǎn)率和良好的適應(yīng)性,仍是目前家具生產(chǎn)中最主要的涂裝方式。

        然而,相對(duì)輥涂、淋涂、浸涂以及手工涂裝等其它涂裝方式,噴涂作業(yè)最大的缺點(diǎn)在于對(duì)涂料的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。由于噴涂作業(yè)是通過將涂料霧化成漆霧后,再噴射到被涂飾物表面來形成漆膜的,這一過程會(huì)有部分漆霧反彈或飛散到空氣中,造成涂料利用率下降;同時(shí)飛散的漆霧和溶劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成不同程度的污染,導(dǎo)致作業(yè)環(huán)境和工廠周邊環(huán)境的惡化。

        家具涂裝環(huán)節(jié)的有機(jī)物排放(漆霧飛散和溶劑揮發(fā))會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染,造成作業(yè)人員的傷害。美國加州政府于1996 年頒布了《大氣凈化法則》(National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants,簡稱NESHAP),其中特別針對(duì)家具涂裝作業(yè)做了相應(yīng)的規(guī)定,要求使用傳遞效率高(>50%)的噴涂作業(yè)方式,提倡使用環(huán)保型涂料,以降低空氣中有害污染物的含量[1]。我國也于2014 年4 月通過了新修訂的《環(huán)境保護(hù)法》,并將于2015 年1 月1 日正式實(shí)施,新法律對(duì)環(huán)境污染的監(jiān)測、信息公開和監(jiān)管責(zé)任方面有明確的規(guī)定,加大對(duì)環(huán)境違法的懲處力度[2]。這對(duì)家具產(chǎn)業(yè),特別在家具噴漆生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境控制及廢棄物排放提出現(xiàn)更高的要求,按照新的環(huán)保要求選用傳遞效率較高的噴涂設(shè)備,并進(jìn)行相應(yīng)的噴涂環(huán)境改造是家具企業(yè)必須面臨的問題。

        事實(shí)上,不同的噴涂霧化方式,在涂料的霧化質(zhì)量、傳遞效率、生產(chǎn)效率及對(duì)涂料和產(chǎn)品的適應(yīng)性等方面各不相同,因而如何在保證涂裝質(zhì)量和產(chǎn)量的條件下,盡可能減少涂料浪費(fèi)、控制涂裝成本,這是家具噴涂系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要原則。

        本人走訪多家中小型家具生產(chǎn)企業(yè)了解到,很多企業(yè)對(duì)最新的噴涂技術(shù)了解不多,多數(shù)企業(yè)習(xí)慣采用傳統(tǒng)的空氣噴涂方式,一把噴槍從頭做到尾,新噴槍噴面漆,用舊后霧化效果不理想時(shí)改噴底漆,很少考慮涂料的傳遞效率和環(huán)保方面的問題,因而有必要對(duì)噴涂作業(yè)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和說明。

        1 噴涂作業(yè)的霧化方式介紹

        根據(jù)噴涂作業(yè)涂料的霧化方式,可分為空氣噴涂、無氣噴涂、混氣噴涂及靜電噴涂等幾類典型作業(yè)方式,各種噴涂方式對(duì)涂料的霧化原理可理解為圖1 所示,它們各有相應(yīng)的特色。

        圖1 涂料的霧化方式原理圖

        1.1 空氣噴涂技術(shù)

        空氣噴涂是利用壓縮空氣通過噴槍的空氣噴嘴噴出時(shí),使噴嘴前形成圓錐形的真空負(fù)壓區(qū),在氣流的作用下將涂料抽吸出來并霧化,噴射到被涂物表面形成連續(xù)完整涂層的一種涂飾方法,所以又稱氣壓噴涂[3]??諝鈬娡渴菤v史最悠久,是使用最廣泛的作業(yè)方式,已發(fā)展多種不同技術(shù)特性的霧化方式。

        (1)傳統(tǒng)空氣噴涂技術(shù)(conventional air spray):傳統(tǒng)的空氣噴涂供氣壓力通常為0.3~0.6Mpa,霧化壓力為0.25Mpa,這種較高的霧化壓力對(duì)涂料的霧化效果好,涂膜質(zhì)量好,設(shè)備簡單投資低,操作調(diào)節(jié)方便,對(duì)涂料及涂裝對(duì)象的適應(yīng)范圍廣。但較高的霧化壓力會(huì)使霧化后的涂料流速很快,當(dāng)涂料快速地噴射在工件表面時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一定的反彈形成過噴,降低了涂料的傳遞效率(通常只有20%~35%),既造成涂料的浪費(fèi),又產(chǎn)生不必要的環(huán)境污染。

        (2)HVLP 噴涂技術(shù):20 世紀(jì)90 年代發(fā)明的大流量低壓力噴涂技術(shù)(即High Volume Low Pressure)可通過降低噴槍的霧化壓力來達(dá)到減少涂料的反彈及過噴的目標(biāo),改善了普通空氣噴涂傳遞效率低的缺點(diǎn)。HVLP 噴槍霧化涂料的動(dòng)力不是靠壓縮空氣的壓力而是流量,進(jìn)氣壓力只要0.2MPa,風(fēng)帽處的霧化壓力不到0.07Mpa,因而,作業(yè)時(shí)涂料的噴射速度大大降低,減少了漆霧的反彈和浪費(fèi),涂料的傳遞效率可達(dá)65%以上。但同時(shí)須增加空氣流量來補(bǔ)償壓力損失達(dá)到霧化所需的能量,空氣耗用量大,能耗增加;且由于HVLP 的霧化壓力低,通常只適合低黏度的涂料(小于18’),否則便無法將油漆完全霧化,且生產(chǎn)效率相對(duì)較低,從而限制了HVLP 的應(yīng)用范圍。

        (3)LVMP 噴涂技術(shù):結(jié)合傳統(tǒng)噴槍及HVLP 的優(yōu)缺點(diǎn),美國DEVILBISS 公司于2000 年發(fā)明了中壓低流量空氣噴涂技術(shù)(即Low Volume Medium Pressure),通過獨(dú)特的空氣帽及槍體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),使得涂料的霧化效果優(yōu)于HVLP,LVMP 噴槍的進(jìn)氣壓力為0.25Mpa,風(fēng)帽處的霧化壓力約為0.12MPa,耗氣量比傳統(tǒng)空氣噴槍還要少,且涂料霧化后的漆霧均勻穩(wěn)定,速度更低,涂料的傳遞效率可高達(dá)72%。LVMP 噴槍在操作上與傳統(tǒng)空氣噴涂非常接近,而且對(duì)涂料黏度的適應(yīng)性也很好。

        1.2 高壓無氣噴涂技術(shù)

        高壓無氣噴涂技術(shù)[4](AL,Airless)是利用高壓泵對(duì)涂料施加7.5~30Mpa(常用10~25Mpa)的高壓,使其高速通過特制的橄欖形噴嘴噴出,這種高壓的漆流沖出噴嘴進(jìn)入大氣時(shí),立即劇裂膨脹并碎裂為極細(xì)的漆霧,同時(shí)涂料速度降到1.2/s 左右,通過壓力差使涂料霧化成微細(xì)的粒子再噴射到制品表面,形成均勻的涂膜。高壓無氣噴涂由于壓力大,因而特別適合黏度大或高固體份的涂料,且涂料流量大,生產(chǎn)效率高。由于噴涂時(shí)不含壓縮空氣,涂料漆霧反彈少,傳遞效率較傳統(tǒng)空氣噴涂要高,對(duì)環(huán)境污染小。但無氣噴涂對(duì)涂料的霧化效果一般,出漆量只能通過噴嘴大小控制,不能隨機(jī)調(diào)節(jié),涂噴流量大,不適合涂裝小面積工件或薄層涂膜。

        1.3 混氣噴涂技術(shù)

        法國Kremlin 公司稱混氣噴涂(Airmix),美國GRACO 公司稱空氣輔助高壓無氣噴涂(AA,Assistant Airless),結(jié)構(gòu)有所差異,但原理基本一致,是在空氣噴涂與高壓無氣噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來一種新的噴涂方式,其涂料供給系統(tǒng)與高壓無氣噴涂類似,但將涂的供給壓降低到3~10MPa,通過高壓無氣方式完成涂料的初步霧化,然后再施加0.05~0.15MPa 的少量空氣作用于霧化涂料出口兩側(cè)進(jìn)行二次徹底霧化,此時(shí)的漆霧霧化效果好且非常柔和,油漆的過噴反彈很少,涂料的傳遞效率較空氣噴涂及無氣噴涂都有顯著提高,最高可達(dá)81%。而且,風(fēng)帽處的空氣除改善霧化效果外,還能夠調(diào)節(jié)噴漆束的形狀以適應(yīng)不同形狀的零部件[5]?;鞖鈬娡考夹g(shù)既有無氣噴涂的高效率,又有空氣噴涂較好的表面質(zhì)量,還能提高涂料的傳遞效率,被越來越多地應(yīng)用于家具、工程機(jī)械等各種涂裝領(lǐng)域。

        1.4 靜電噴涂技術(shù)

        靜電噴涂的原理是利用電暈放電現(xiàn)象,將被涂飾的制品連接高壓直流電極(60~100KV)正極,而將噴具接電極負(fù)極,這樣在噴具與被涂飾的制品之間就產(chǎn)生高壓靜電場。涂料經(jīng)噴具霧化噴出后,涂料微粒被賦上負(fù)電荷,在電力場的作用下,沿電力線方向快速飛向被涂飾物體表面,并被均勻地吸附。由于涂料是在電場內(nèi)移動(dòng),與被涂飾表面之間存在引力,所以噴涂時(shí)涂料損失很少,傳遞效率顯著提高,最高可達(dá)95%以上。

        靜電噴涂技術(shù)可與現(xiàn)有各類噴涂方式結(jié)合起來使用,理論上可提高30%左右的傳遞效率,是實(shí)現(xiàn)環(huán)保作業(yè)的有效手段。除此之外,靜電噴涂還有其獨(dú)特的霧化方式,常見的有旋杯和旋蝶兩種機(jī)械靜電噴具,即通過高速離心力將帶電涂料甩出進(jìn)行初步霧化,再通過靜電斥力進(jìn)行二次霧化,然后借助靜電場力將霧化的涂料料子吸附到工件表面。

        但由于受法拉弟籠效應(yīng)的影響,涂料容易被吸引到被涂物的最外端,因而不適合帶深腔或復(fù)雜形狀的產(chǎn)品;靜電噴涂對(duì)涂料及溶劑的電阻率有相應(yīng)的要求,設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,對(duì)系統(tǒng)安裝、作業(yè)環(huán)境及施工技術(shù)要求嚴(yán)格,且設(shè)備投資大,主要適合大批量作業(yè)的自動(dòng)吊裝噴涂線。

        2 參數(shù)比較與噴涂方式選用

        上節(jié)介紹的幾種噴涂霧化方式,在涂料的傳遞效率、能耗、生產(chǎn)效率及對(duì)涂料黏度的適應(yīng)性方面存在差異,表1 是對(duì)各噴涂作業(yè)方式的簡要比較說明。

        表1 主要噴涂方式比較

        在噴涂生產(chǎn)線設(shè)計(jì)或噴涂設(shè)備選用時(shí),應(yīng)根據(jù)企業(yè)的規(guī)模、產(chǎn)品特性、涂料類別及各噴涂工序的特點(diǎn),在滿足涂裝質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下,盡可能選用高效、環(huán)保、方便的噴涂作業(yè)方式。主要原則可歸納如下:

        (1)噴涂質(zhì)量必須符合工序要求:涂料的黏性及噴涂作業(yè)時(shí)的霧化方式會(huì)直接影響涂料的霧化效率,這是影響涂裝質(zhì)量的主要因素,根據(jù)涂料的性能選擇符合質(zhì)量要求的噴涂方式是涂裝設(shè)備選擇的前提條件。

        (2)噴涂效率要與工序耗漆量相適應(yīng):在整個(gè)涂裝過程中,不同工序的耗漆量不同,對(duì)噴涂作業(yè)的效率要求也不同,應(yīng)根據(jù)需要選用相應(yīng)生產(chǎn)效率的噴涂方式和噴槍,以保證噴涂過程的產(chǎn)能平衡。

        圖3 噴涂方式的霧化效果及生產(chǎn)效率比較

        圖3 顯示的是各噴涂方式的霧化效果和生產(chǎn)效率的關(guān)系圖,可作為選用噴涂方式的依據(jù)之一。通常著色工序通常涂料黏度低、耗漆量較少、對(duì)噴涂質(zhì)量要求最高,且涂裝過程中還要求加入噴涂技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)判斷來保證最終產(chǎn)品色澤的一致性,因而應(yīng)優(yōu)先選用空氣噴涂方式;底漆通常填料成份多、黏度較高、噴漆量大,對(duì)涂料的霧化質(zhì)量要求相對(duì)較低,因而可考慮選用混氣噴涂或無氣噴涂;面漆樹脂成份多、黏度適中、噴漆量大且對(duì)涂裝質(zhì)量相求高,因而可選用混氣噴涂或LVMP噴涂等。

        (3)作業(yè)環(huán)境須達(dá)到相應(yīng)的環(huán)保要求,盡可能選用傳遞效率高的噴涂方式:低傳遞效率的噴涂方式會(huì)直接影響涂料的利用率,使得VOC及廢棄物排放超標(biāo),導(dǎo)致噴涂現(xiàn)場的環(huán)境污染和廢棄物處理困難。因而,在人們對(duì)環(huán)保問題越來越重視的今天,選擇傳遞效率更高的噴涂作業(yè)方式已成為一種必然選擇。

        (4)考慮到生產(chǎn)調(diào)節(jié)和換線的方便性:一般來說,空氣噴涂作業(yè)方式調(diào)節(jié)更為靈活,而混氣、無氣和靜電噴槍噴涂操作時(shí)的靈活性相對(duì)較差,因而,應(yīng)根據(jù)各產(chǎn)品或工序的作業(yè)特點(diǎn)來選用合適的噴涂方式和相關(guān)設(shè)備。例如整裝式家具由于形狀較復(fù)雜,需要采取調(diào)節(jié)更為靈活的空氣噴涂方式;而板件類產(chǎn)品(如木門、拆裝式平面部件等)相對(duì)簡單,可以考慮傳遞效率高、生產(chǎn)效率高的混氣噴涂方式。

        (5)綜合考慮設(shè)備的投入成本和運(yùn)行成本:不同噴涂系統(tǒng)的設(shè)備投入成本會(huì)存在較大的差異,通??諝鈬娡客度胼^小,混氣噴涂及無氣噴涂次之,靜電噴涂則投入最高。但不同作業(yè)方式的涂料利用情況不同,設(shè)備的維護(hù)成本及能源的耗用成本也有差異,因而,企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模等因素,比較不同噴涂方式的初次投入成本和長期運(yùn)行成本,尋求較經(jīng)濟(jì)的噴涂作業(yè)方式。

        當(dāng)然,在實(shí)際噴涂生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí),除選用噴涂霧化方式選擇外,還應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品、產(chǎn)量、涂料、工藝特點(diǎn)等實(shí)際情況,確定噴涂生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度、涂料的供漆方式及具體噴槍的型號(hào)。

        3 家具企業(yè)涂裝設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例

        下面以一條中等規(guī)模的美式涂裝流水線為例來簡要說明噴涂方式選用的基本方法。美式家具涂裝多采用整裝結(jié)構(gòu)地盤流水線,全過程采用人工噴涂的作業(yè)方式,其基本工藝流程為:拼色→整體著色→膠固底漆→仿古漆→頭度底漆→干刷、造影→二度底漆→頭度面漆→布印、馬尾、噴點(diǎn)→二度面漆→修色→三度面漆→修補(bǔ)。在板件油漆封邊或?qū)嵣嵫b過程中,還會(huì)用到封閉底漆等工序。

        (1)封閉底漆一般填料較多,黏度大,多用于MDF 油漆封邊,或?qū)嵣垦b時(shí)的封閉打底工序,通常油漆耗用量大,需要重視涂料的利用率。油漆封邊時(shí)被涂飾物一般面積小,要求操作時(shí)噴槍調(diào)節(jié)方便,此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮選用LVMP 噴涂技術(shù);相應(yīng),實(shí)色涂裝被涂物面積較大,對(duì)效率要求更高,此時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選用混氣噴涂技術(shù)。

        (2)拼色和著色工序一般涂料黏度低,用量少,但對(duì)涂裝質(zhì)量要求很高,且作業(yè)過程中要求發(fā)揮工人的技術(shù)水平,根據(jù)材質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行靈活調(diào)節(jié),所以該工序一般選用霧化效果好、調(diào)節(jié)方便的空氣噴涂作業(yè)方式:拼色時(shí)可選用HVLP 或LVMP,整體著色時(shí)可選用LVMP 或傳統(tǒng)空氣噴涂。

        (3)膠固底漆、底漆和面漆通常黏度較低或適中,工序耗漆量多,要求噴涂均勻,此工序是實(shí)現(xiàn)環(huán)保涂裝的重點(diǎn),因而應(yīng)優(yōu)先采用混氣噴涂和LVMP 等傳遞效率高的作業(yè)方式,有時(shí)為保證面漆質(zhì)量,最后一道面漆也可采用傳統(tǒng)的空氣噴涂技術(shù)。

        (4)仿古漆通常黏度很高,噴涂只為提高上漆效率,主要涂裝作業(yè)是通過手工擦涂來完成的。間歇式作業(yè)時(shí)可完全手工作業(yè),流水線作業(yè)時(shí)應(yīng)采用無氣噴涂。

        (5)噴點(diǎn)作業(yè)通常耗漆量非常少,且對(duì)噴涂效果有特殊的要求,一般采用專用的噴點(diǎn)槍,屬于低端空氣噴槍。

        (6)修色及補(bǔ)色是涂裝作業(yè)的輔助工序,通常采用有色面漆和清面漆,黏度低、耗漆量少,要求噴槍霧化效果好且操控靈活,通常選用HVLP 噴槍。

        需要說明的是,家具手工噴涂作業(yè)時(shí)一般很少考慮采用靜電噴涂,但采用吊線噴涂腳柱或平面部件時(shí),可考慮將膠固底漆、底漆及面漆等工序設(shè)置為靜電涂裝。

        4 結(jié)論

        隨著現(xiàn)代噴涂技術(shù)的發(fā)展,各種噴涂設(shè)備的類別越來越豐富,制造精度越來越精良,給家具企業(yè)實(shí)施環(huán)保型的噴涂作業(yè)提供了便利。當(dāng)然,同一項(xiàng)噴涂技術(shù),不同設(shè)備制造商制作的設(shè)備或不同型號(hào)的產(chǎn)品,具體性能參數(shù)也會(huì)有所區(qū)別;即使相同的噴涂設(shè)備和系統(tǒng),在不同企業(yè)使時(shí)的效果也會(huì)不同。因而,企業(yè)應(yīng)從自身的實(shí)際出)發(fā),在全面評(píng)估的基礎(chǔ)上,選用適合自的的環(huán)保噴涂作業(yè)方式和相關(guān)設(shè)備,盡可能做到環(huán)保、高效、經(jīng)濟(jì)、方便。

        [1]美國環(huán)保署,Wood furniture manufacturing operations NESHAP implementation document.

        [2]中國質(zhì)量新聞網(wǎng),新環(huán)保法實(shí)施震懾家具企業(yè)環(huán)境污染,2014/05/18.

        [3]張志剛,石煒.空氣噴涂技術(shù)的革新及應(yīng)用[J].家具,2006/01.

        [4]黃大江.無氣噴涂技術(shù)及其應(yīng)用[J].涂裝與電鍍,2008/01.

        [5]李暉,杜國柱.家具涂裝之環(huán)保尖兵-介紹空氣輔助式無氣噴涂[J].室內(nèi)設(shè)計(jì)與裝飾,2000/05.

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