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            工程機械綠色涂裝工藝研究
            2023年03月21日    閱讀量:     新聞來源:涂層與防護雜志  |  投稿

            0 引言

            隨著社會的發展和人們審美意識的提高,用戶對工程機械產品的外觀質量要求也越來越高。涂裝作為工程機械生產制造中的一道重要工序,對產品的外觀質量、防腐蝕性能有著重要的影響,但也成為了VOCs 的重要來源。為此,國家及地方政府致力于“青山、綠水、藍天”、大氣污染防治攻堅工作,加大對涂裝VOCs 的控制,引導企業采用低VOCs 涂料,采用高效噴涂技術,并要求采取廢氣處理設施對涂裝廢氣進行處理,達標后才能排放涂料在線coatingol.com。而工程機械在用的部分溶劑型涂料雖然施工性能較好,但有機溶劑排放量嚴重超標,涂裝廢氣存在無組織排放現象較多,因此推進綠色涂裝工藝在工程機械領域的應用具有現實意義。


            1 總體概述

            工程機械涂裝體系最高效、最環保的涂裝工藝是借鑒汽車涂裝理念,改變涂裝工藝路線,由整機涂裝為主改為零部件涂裝為主體。即零部件涂裝后,經精心組裝、調試后的整機出廠前僅做修補涂裝(或在嚴重的場合,噴涂一道面漆),實施整機免噴涂工藝。而零部件涂裝通過引入新涂料、新工藝、新技術、新設備,實現工程機械涂裝最大化節能降耗。


            2 前處理工藝


            鋼結構件在拋丸處理前需要清洗除油,工程機械行業清洗使用溶劑型清洗劑,清洗工位大多無室體,存在無組織排放問題??梢酝ㄟ^在零部件涂裝應用高壓蒸汽清洗等替代現有溶劑清洗工藝。在拋丸處理后,可不再進行磷化或硅烷處理,在拋丸面直接噴涂優質的防銹底漆即可。薄板件、小件噴粉前處理采用脫脂硅烷處理技術替代脫脂磷化工藝。


            2.1高壓蒸汽清洗


            高壓蒸汽清洗是利用飽和蒸汽的高溫和高壓對零部件表面的油污進行溶解剝離、汽化蒸發,從而達到清洗工件表面目的。采用自來水作為介質,通過柴油加熱或者天然氣加熱1-2 min即可噴出高壓蒸汽(10-30 bar、160-185 ℃),清洗零部件表面油污和灰塵,無污染。高壓蒸汽清洗后可使用壓縮空氣吹干或烘干。工件高壓蒸汽清洗前后效果見圖1、圖2。


            工程機械綠色涂裝工藝研究 涂料在線,coatingol.com

            圖1工件高壓蒸汽清洗前 

            工程機械綠色涂裝工藝研究 涂料在線,coatingol.com

            圖2工件高壓蒸汽清洗后


            2.2 脫脂硅烷處理


            脫脂硅烷處理是一種環保型前處理工藝,硅烷處理液不含鉻及金屬磷酸鹽,在前處理過程中,不會產生酸性金屬廢棄物。硅烷處理應用廣泛,工藝流程簡單、無需表調處理,在涂裝行業環保壓力日益增加的現狀下,硅烷前處理工藝將逐步替代傳統鐵系和鋅系磷化工藝。一般磷化工藝流程為:預脫脂→脫脂→水洗1→水洗2→表調→磷化→水洗3→水洗4→純水洗→烘干→噴粉。硅烷處理工藝流程為:預脫脂→脫脂→水洗1→水洗2→純水洗→硅烷處理→水洗3→水洗4→純水洗→烘干→噴粉。如果涂裝車間原有磷化處理線可以直接轉換成硅烷處理線。將相應的表調工序調整為純水洗工序,磷化工序調整為硅烷工序。


            3 涂料


            目前工程機械廠家大多采用溶劑型涂料,VOC含量高,不能滿足低VOC涂料”環保要求,可以通過高固低粘涂料、水性涂料分階段逐步替代現有溶劑型涂料,小型結構件推廣應用無溶劑型粉末涂料。


            3.1 高固低黏涂料


            高固低黏涂料是通過增加較窄分子量的樹脂以達到降低涂料粘度、提高涂料固含量的目的。高固低粘涂料涂裝時固體份含量高,有機溶劑的消耗量就會降低,通過降低溶劑消耗量達到降低VOC的目的。施工固含由50%提高至70%,溶劑消耗量就會降低50%以上。在現有涂裝線上應用高固低粘涂料除烘干溫度建議提升外涂裝設備、工藝基本不需要改變。


            3.2 水性涂料


            水性涂料的分散介質是水,涂料施工后,從涂膜中揮發的是水分和少量助劑,具有環保、安全等性能。但水性涂料對前處理質量要求更高,施工過程中存在油污未清洗完全的部位涂裝后多產生泛油缺陷、噴涂過程易產生流掛、噴涂后不經閃干會產生痱子、降低溫度烘干節拍延長等問題。水性涂料施工窗口較溶劑型涂料窄,水性涂料施工一般要求在5℃以上施工,相對濕度要求也較嚴格。某品牌水性涂料在溫濕度(15-35℃/ 30-70%RH)環境條件下,可按照工程機械行業現有溶劑型涂料涂裝工藝流程施工,涂層配套良好,漆膜外觀質量滿足工程機械行業涂裝外觀質量要求。


            4 噴涂工藝


            工程機械行業涂裝均為人工噴涂,涂料利用率低,存在成本浪費,且產生漆渣多,同時因崗位勞動強度大,環境惡劣,人員存在較大缺口。推薦使用環保噴涂工藝,實現節能降耗目標??梢愿鶕ぜm應性優先選擇靜電噴涂、高壓混氣噴涂、機器人自動噴涂等涂裝效率高的噴涂方式。靜電噴涂與高壓混氣噴涂均能提高涂料利用率,但是設備成本也較高,建議提升現場管理水平后應用效果更佳。


            5 烘干工藝


            工程機械涂裝一般都是兩涂層/三涂層涂裝體系,工件在需經過多次烘干和冷卻;烘干工序是高能耗工序之一,降低烘干溫度或減少烘干次數能夠降低烘干工序能耗,實現節能減排??梢赃x用低溫固化的涂料來降低烘干溫度,已獲得工業應用的中涂、面漆“濕碰濕”綠色工藝技術,該技術簡化涂膜固化工藝,減少烘干次數,合兩次烘干為1次烘干。


            加熱方式優先選擇燃氣觸媒紅外加熱工藝??扇細怏w通過觸媒板即可產生中波紅外輻射,產生的中波只加熱涂料中的羧基與羥基分子,即只對涂層加熱,對于沒有涂層的金屬以及空氣則沒有明顯的加熱效果。該工藝能夠實現僅對工件漆膜快速固化,減省烘干節拍,達到節能效果。


            6 廢棄處理工藝


            涂裝廢氣指噴漆揮發的漆霧和溶劑揮發的蒸氣。主要來源于噴漆室的排氣、流平時溶劑揮發的蒸氣、烘干室的排氣。這些廢氣都需要有效處理。當前適用工程機械行業廢氣處理的工藝技術有沸石轉輪濃縮廢氣處理技術、活性炭吸附脫附技術、蓄熱式催化燃燒處理技術、直接燃燒技術,這些處理方式各有利弊,可以根據不同工況、不同需求組合應用。


            6.1沸石轉輪濃縮廢氣處理技術


            沸石轉輪裝置,是利用沸石的吸附性,讓沸石吸附廢氣,然后通過轉輪裝置,將低濃度的廢氣轉化為濃度高的廢氣,方便廢氣的集中處理。沸石轉輪處理裝置有預處理設備、沸石轉輪、廢氣凈化設備及控制系統等。凈化裝置能夠將高濃度的廢氣進行凈化,然后轉變為達標的氣體排放。該工藝優點就是沸石轉輪裝置的設置簡單,日常維護比較方便。缺點就是購買沸石轉輪裝置的費用比較高。


            6.2活性炭吸附脫附廢氣處理技術


            活性炭吸附裝置是采用活性炭作為過濾物把有害物質吸附在活性炭表面上,使廢氣凈化?;钚蕴课摳綇U氣處理技術使用的設備有預處理設備、活性炭吸附箱、廢氣凈化設備及控制系統等。其工藝過程是:將有機溶劑揮發氣體經過濾后送入活性炭吸附箱,被活性炭層吸附至飽和.再以一定溫度的廢氣處理飽和的活性炭,使之解析出被吸附的溶劑氣體.然后對解析出的廢氣進行凈化處理,達標排放。該方法的優點是凈化低濃度廢氣的運行成本較低。缺點是活性炭處理效率會逐漸降低,需要一定周期更換活性炭,更換的活性炭屬于危廢,需要處理。


            6.3蓄熱式催化燃燒處理技術


            這種方法是將含有機溶劑的氣體加熱至200-400℃,通過催化劑.進行氧化反應.這樣可以在較低溫度下燃燒.熱能消耗少。其優點是:裝置較小、燃料費用低。缺點是:催化劑需定期更換,直接使用時需要配預處理裝置,處理效率較直燃法低。


            6.4直接燃燒法


            直接燃燒法是將含有機溶劑的氣體加熱至600-800℃使其直接燃燒,進行氧化反應,分解為CO2和水。其優點是:操作簡單、養護容易;不需預處理,有機物可完全燃燒,有利于凈化高濃度氣體。缺點是:當大風量低濃度廢氣直接燃燒時,處理費用較大。


            7 輸送技術


            工程機械涂裝生產線中采用的輸送方式有很多,比較常用的有積放鏈輸送、自行小車輸送、重載滑橇輸送等等,以適用于不同的工件類型。


            工程機械行業小型零部件可采用積放鏈輸送線??蓪崿F自動轉載、變節距運輸、快速行走和積放儲存等,減少了涂裝線的占地面積,使生產運輸更為靈活。


            大型零部件涂裝線一般采用葫蘆輸送線,根據設計重量選擇單軌或雙軌葫蘆輸送線,根據工件長度或空間位置選擇環形輸送線或平移轉軌輸送線(可縮短線體長度)。同時通過PLC總線通信智能控制技術,實現生產線工件全線高效聯動,可提高輸送效率10%以上。輸送效率提升可使涂裝線設備整體實現節能降耗。


            8 結 語


            零部件涂裝工藝設計在使用的涂料確定后,需要從先進、可靠性、優質高產、經濟性、環保、節能減排等方面進行工藝評審,設計選用相適應的涂裝設備如蒸汽清洗設備、脫脂硅烷噴淋設備、自動噴涂機器人及其噴漆室、燃氣紅外烘干設備及高效率的輸送方式。


            整機實施免噴涂工藝,僅對轉運、裝配、調試過程中磕碰的漆膜進行修補涂裝。一般選用低VOC型涂料(如水性涂料、高固體份涂料)使用低壓空氣噴涂方式進行局部找補。根據環保要求及整機涂裝節拍,整機找補后應設計烘干工藝。產量較大的整機涂裝廢氣處理建議采用活性炭吸脫附+催化燃燒處理。


            隨著國家越來越重視環保及節能減排,VOCs排放標準也會越來越嚴格.工程機械企業必然通過相應的技術改造、選用先進的涂裝材料與工藝來降低VOCs排放,新型綠色涂裝工藝的應用場景會越來越廣泛。


            參考文獻(略)

            作者|江麗,李連成

            (徐州重型機械有限公司,江蘇徐州 221004)


            標簽:工業涂料,輔料與設備,今日頭條,涂裝應用,技術中心,汽車漆,涂裝
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