楊生林，王登祥

（徐州徐工施維英機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221000）

攪拌車是用來運(yùn)送建筑用混凝土的專用卡車。隨著國(guó)家在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、民生改善及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展等項(xiàng)目上的投資不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)對(duì)攪拌車的需求量顯著增加。根據(jù)中國(guó)工程機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年攪拌車?yán)塾?jì)銷售超過10萬臺(tái)，同比大幅增長(zhǎng)51.2%，達(dá)到歷史最高水平。

國(guó)內(nèi)某工程機(jī)械制造商新建的攪拌車零部件噴粉線于2020年投入生產(chǎn)，主要為攪拌筒、副車架、進(jìn)料斗、出料斗等攪拌車零部件提供涂裝生產(chǎn)服務(wù)，基材厚度覆蓋范圍為3.5 ～ 16 mm。本文以此為契機(jī)，在對(duì)比分析了常溫固化粉末和低溫固化粉末各項(xiàng)性能的基礎(chǔ)上，對(duì)低溫固化粉末在攪拌車結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

粉末涂料是以固體樹脂、顏料、填料、助劑等組成的固體粉末狀合成樹脂涂料，在主要成分上與溶劑型涂料和水性涂料差不多，但在生產(chǎn)方法和施工工藝上大相徑庭。粉末涂裝一般在制造設(shè)備方面使用熔融擠出混合機(jī)和空氣分級(jí)磨等特殊設(shè)備，在施工方面采用靜電噴涂、流化床浸涂等方法[1]。

1 低溫固化粉末涂料的性能測(cè)試

1.1 原材料及儀器

選用異氰脲酸三縮水甘油酯(TGIC)固化的聚酯粉末涂料，根據(jù)粉末供應(yīng)商AkzoNobel提供的產(chǎn)品技術(shù)說明書(TDS)，Interpon ACE 2000 QA007CC常溫粉末的固化條件為200 °C × 10 min，Interpon ACE 2000 ULE QA008CC低溫粉末的固化條件為160 °C × 15 min。標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板(磷化板)由廣東弘鴻實(shí)業(yè)有限公司提供，馬口鐵板(0.2 ～ 0.3 mm)購(gòu)自長(zhǎng)圣金屬材料有限公司。

主要儀器包括：瓦格納爾SPRINT X靜電噴槍，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司的DHG-9036A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上?，F(xiàn)代環(huán)境工程技術(shù)有限公司的附著力測(cè)定儀和漆膜沖擊器，天津市其立科技有限公司的MN268型光澤度儀，上海普申化工機(jī)械有限公司的BY型鉛筆硬度計(jì)和ZQ-II漆膜錐形彎曲試驗(yàn)儀，美國(guó)產(chǎn)的ACT標(biāo)準(zhǔn)橘皮板，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司的FQY025鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱，美國(guó)Q-Lab的Q-SUN Xe-3氙燈老化箱。

1.2 性能測(cè)試

馬口鐵板表面用400#的砂紙打磨后，用無水乙醇清理，要求表面灰塵等級(jí)≤1級(jí)，無油漬。經(jīng)打磨清理后的馬口鐵板和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板用靜電噴槍噴涂粉末，膜厚60 ～ 80 μm，然后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘烤固化。經(jīng)烘烤固化后的測(cè)試板在室內(nèi)靜置至室溫。

用于測(cè)試耐堿性、耐酸性、耐鹽霧性能、耐人工加速老化性能的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試板在測(cè)試前用透明膠帶進(jìn)行封邊處理，封邊寬度3 ～ 5 mm。

1.3 測(cè)試結(jié)果

由表1可知，常溫固化粉末和低溫固化粉末按照產(chǎn)品TDS提供的固化條件烘烤，可以達(dá)到完全固化，而且低溫固化粉末涂層的光澤、附著力、鉛筆硬度、耐沖擊性都與常溫固化粉末涂層相當(dāng)。與ACT標(biāo)準(zhǔn)橘皮板目視對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，常溫固化粉末測(cè)試板的橘皮可達(dá)5級(jí)，而低溫固化粉末測(cè)試板的橘皮略差。這是由于低溫固化粉末用樹脂的熔融溫度與粉末涂料開始反應(yīng)溫度之間的差異較小，粉末處于黏流態(tài)的時(shí)間短，還沒有充分流平就開始固化，造成涂層表面平整性差[2]。低溫固化粉末涂層的耐酸性、耐堿性均能達(dá)到常溫固化粉末涂層的水平。

表1 常溫固化粉末涂層與低溫固化粉末涂層的性能測(cè)試結(jié)果 Table 1 Property test results of room-temperature-curable and low-temperature-curable powder coatings

圖1和圖2顯示常溫固化粉末與低溫固化粉末的涂層在厚度達(dá)到60 ～ 80 μm的情況下，耐中性鹽霧測(cè)試800 h后劃線處的單邊銹蝕寬度小于2 mm，測(cè)試板表面無銹點(diǎn)或起泡。另外，常溫固化粉末涂層與低溫固化粉末涂層的耐氙燈老化性能相當(dāng)。

圖1 常溫固化粉末涂層耐中性鹽霧測(cè)試結(jié)果 Figure 1 Test results of neutral salt spray resistance of room-temperature-curable powder coating

圖2 低溫固化粉末涂層耐中性鹽霧測(cè)試結(jié)果 Figure 2 Test results of neutral salt spray resistance of low-temperature-curable powder coating

1.4 過烘烤測(cè)試

考慮到在應(yīng)用過程中噴粉線設(shè)備故障、班中休息等特殊情況會(huì)造成零部件在烘房停留時(shí)間過長(zhǎng)，易導(dǎo)致涂層出現(xiàn)過烘烤(黃變)現(xiàn)象，有必要對(duì)低溫固化粉末進(jìn)行過烘烤測(cè)試。從圖3和表2所示的測(cè)試結(jié)果可知：在涂層已完全固化的情況下，提高烘烤溫度以及延長(zhǎng)烘烤時(shí)間，低溫固化粉末涂層未出現(xiàn)過烘烤現(xiàn)象。

表2 低溫固化粉末涂層的耐烘烤測(cè)試數(shù)據(jù) Table 2 Baking resistance test data of low-temperature-curable powder coating

圖3 低溫固化粉末涂層的耐烘烤測(cè)試樣板 Figure 3 Baking resistance test samples of low-temperature-curable powder coating

2 低溫固化粉末涂料的試線應(yīng)用

2.1 噴粉線的基本情況

攪拌車零部件噴粉的大致工藝流程為：上線→拋丸→前處理→水分烘干→噴粉→粉末固化→強(qiáng)冷→下線。

試線工件為攪拌筒、副車架、進(jìn)料斗、出料斗等攪拌車零部件，工件的最大尺寸為8 000 mm(長(zhǎng))× 2 500 mm(寬)× 2 500 mm(高)，最重2.5 t，板厚范圍為3.5 ～ 20 mm。采用瑞士金馬靜電噴涂系統(tǒng)，固化方式為燃?xì)饧t外預(yù)熱加熱風(fēng)循環(huán)保溫。

2.2 試線過程跟蹤

以副車架為例，試線時(shí)室溫0 ～ 5 °C，相對(duì)濕度30% ～ 50%，噴粉前工件表面溫度為30 ～ 40 °C。確認(rèn)經(jīng)拋丸處理后的副車架外表面無明顯銹蝕，拋丸處理達(dá)Sa2.5級(jí)(見圖4)。經(jīng)前處理、水分烘干后的副車架表面也無明顯銹蝕，覆有一層均勻的黃褐色陶化膜(見圖5)。

圖4 經(jīng)拋丸后的副車架 Figure 4 Shot-blasted a vehicle subframe

圖5 經(jīng)前處理后的副車架 Figure 5 Pretreated vehicle subframe

副車架噴粉以自動(dòng)往復(fù)機(jī)為主，內(nèi)腔、夾角處通過人工手動(dòng)找補(bǔ)完成。燃?xì)饧t外預(yù)熱時(shí)間為300 s，粉末固化溫度和時(shí)間分別設(shè)置為190 °C和2 100 s，副車架進(jìn)預(yù)熱室前表面溫度為15 ～ 20 °C。粉末固化后，工件經(jīng)強(qiáng)冷區(qū)、緩存區(qū)后下線，見圖6。

圖6 副車架下線后轉(zhuǎn)運(yùn) Figure 6 Transferring of a vehicle subframe after being unloaded from the production line

2.3 試線結(jié)果與討論

試線噴涂的攪拌車結(jié)構(gòu)件整體外觀達(dá)到要求，無流掛、露青、顆粒等漆膜缺陷。

(1) 涂層膜厚：平均膜厚約85 μm，最低膜厚68.1 μm，最高膜厚98.7 μm。按照常溫粉噴涂工藝參數(shù)和生產(chǎn)節(jié)拍噴涂，膜厚符合80 ～ 100 μm的產(chǎn)品質(zhì)量要求。

(2) 涂層光澤(60°)：平均光澤90.29，最低光澤84.9，最高光澤94.7，滿足光澤大于85的產(chǎn)品質(zhì)量要求。測(cè)量數(shù)據(jù)表明，低溫固化粉末涂層的鮮映性(DOI)低至4.0，主要是因?yàn)橥繉娱倨ぽ^差，對(duì)比ACT標(biāo)準(zhǔn)橘皮板為2級(jí)。由于攪拌車結(jié)構(gòu)件需經(jīng)拋丸處理，板材粗糙度較大，因此涂層橘皮較重?？紤]到攪拌車使用工況及整機(jī)涂層外觀目視一致，這對(duì)整體產(chǎn)品質(zhì)量無影響。

(3) 涂層附著力：分別對(duì)攪拌筒、副車架、進(jìn)料斗及出料斗的涂層附著力進(jìn)行劃格法測(cè)試，均為0級(jí)，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

(4) 涂層固化：對(duì)副車架板厚最大(20 mm)處進(jìn)行丙酮擦拭測(cè)試，涂層無被破壞的痕跡。

(5) 爐溫曲線對(duì)比：從圖7可以看出低溫固化粉末的固化溫度比常溫固化粉末的固化溫度低30 °C。

圖7 副車架不同部位的爐溫曲線 Figure 7 Temperature curves at different parts of vehicle subframe

(6) 固化過程的天然氣消耗：統(tǒng)計(jì)粉末紅外預(yù)熱段和固化段的天然氣耗量(見表3)可知，使用低溫固化粉末時(shí)單臺(tái)攪拌車天然氣消耗費(fèi)用降低74.96元，降幅為21.2%，大大降低了噴粉線的運(yùn)行成本。

表3 粉末涂料固化的天然氣耗量統(tǒng)計(jì) Table 3 Statistics of natural gas consumption for curing of powder coatings

3 結(jié)語

本文主要對(duì)低溫固化粉末在攪拌車結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，總結(jié)如下：

(1) 與目前使用的常溫固化粉末相比，低溫固化粉末的各項(xiàng)性能無明顯劣勢(shì)。

(2) 攪拌車結(jié)構(gòu)件上低溫固化粉末涂層的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。

(3) 在維持噴粉線生產(chǎn)節(jié)拍和噴涂工藝參數(shù)不變的前提下，低溫固化粉末的固化溫度較常溫固化粉末降低30 °C，天然氣耗量降幅超過20%。