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抛丸喷砂机在汽车起重机结构件底漆涂装工艺研究

文章出处:www.sdpaowanji.com人气:1323发表时间:2017-12-13
摘要:汽车起重机结构件的底漆涂装非常关键,直接影响到汽车起重机的防腐效果。本研究通过测试经抛丸表面处理结构件的不同漆膜厚度的耐盐雾性能,确定符合防腐要求的底漆漆膜厚度。通过优化涂料喷涂黏度和无气喷枪的喷嘴口径、喷涂压力、喷涂距离、喷枪移动速度等参数,确保汽车起重机结构件的底漆漆膜厚度,满足汽车起重机的防腐和涂装效率的要求。
 
  汽车起重机的发展,对整车的涂装提出了越来越高的要求。由于汽车起重机的作业环境较为恶劣,容易出现局部生锈现象,特别是结构件的腐蚀,对汽车起重机的使用寿命和安全性影响很大。
 
    目前汽车起重机结构件采用抛丸除锈的表面处理,达到 Sa2. 5 级[1],然后喷涂底漆和面漆。对于汽车起重机结构件的防腐涂装,除了做好适当的表面处理外,底漆的涂装也非常关键,底漆的性能以及漆膜厚度会直接影响到实际使用过程中防腐年限。另外,汽车起重机已实现量产化,为了满足产量要求,在确保底漆漆膜厚度要求的基础上,对涂装效率也提出了较高的要求。
 
  本研究以双组分环氧底漆为涂装材料,研究了不同漆膜厚度的底漆耐盐雾性能,获得汽车起重机结构件底漆的漆膜厚度要求,采用无气喷涂工艺,确定涂料喷涂黏度和无气喷枪的喷嘴口径、喷涂压力、喷涂距离、喷枪移动速度等涂装工艺参数,实现了底漆的防腐和喷涂效率的统一。
 
1、实验部分:
1. 1、原材料:
  双组分环氧底漆、固化剂、稀释剂,140 mm × 70 mm × 3 mm钢板,300 mm × 200 mm × 3 mm 钢板。
 
1. 2、实验设备:
高压无气喷枪; 气动柱塞泵; 空气喷枪; 涂层测厚仪; 涂 -4 杯; 秒表; 流挂测试仪; 盐雾试验箱; 表面粗糙度测试仪; 滚动履带式抛丸机。
 
1. 3、实 验:
 
1. 3. 1、耐中性盐雾实验:
  为了确定耐盐雾性能达标的底漆漆膜厚度,进行耐中性盐雾实验。将规格为 140 mm × 70 mm × 3 mm 的钢板用滚动履带式抛丸机进行抛丸,表面粗糙度 60 μm( Rz) [2],其他实验用需要抛丸的钢板也采用该方法并达到同等的表面粗糙度。用涂料稀释剂将钢板表面油污清洗干净,压缩空气吹干后立即将调制好并熟化 15 min 的双组分环氧底漆装入空气喷枪,制备漆膜厚度为 25 μm、40 μm、55 μm、70 μm、80 μm 的试板各 3 块,室温放置 7 d 后,按 GB/T 1771—2007 进行中性盐雾实验。
 
1. 3. 2、抛丸钢板和平板钢板底漆喷涂膜厚对照实验:
  用涂料稀释剂将规格为 300 mm × 200 mm × 3 mm 的抛丸好的钢板、平板钢板表面油污洗净后再用压缩空气吹干,立即采用高压无气喷枪将调配好并熟化 15 min 的双组分环氧底漆同时喷涂至并排放置的抛丸钢板与平板钢板上,通过控制喷涂道数,制备不同漆膜厚度的抛丸钢板和平板钢板。室温放置 7 d 后,用涂层测厚仪测量漆膜厚度,分别测量相同喷涂条件下抛丸钢板和平板钢板的漆膜厚度。    
1. 3. 3、喷涂工艺参数实验: 
 通过调整稀释剂比例,并测定双组分环氧底漆在不同黏 度下的抗流挂性能( GB /T 9264—1988) ,确定喷涂时的最佳涂料黏度。调整高压无气喷枪的喷涂压力、喷嘴口径、喷涂距离 和喷枪移动速度对平板钢板进行喷涂,并测量喷涂后的干膜 厚度。其中喷涂压力的大小通过调节压缩空气进气压力控制,经压缩比 45  1柱塞泵后,出口压力在 10 MPa 以上,实验所 用高压软管长度 15 m,口径 8 mm,依照式( 1) [3]计算沿程压力 损失。    
    P = 128 μLQ    式( 1)
    πd4    
    式中: μ—涂料动力黏度,Pa·s; L—输送管长度,m; d—输涂送管内径,m; Q—涂料流量,m3 /s;    P—沿程压力损失,Pa。
    经计算涂料的沿程压力损失约 0. 1 ~ 0. 3 MPa,可以忽略。
    
装    如无特别说明,各种实验温度均为 28 ℃ ,为保证漆膜均匀,喷
    涂搭接 1 /2,喷涂均为 1 道。    
1.3. 4、现场对比实验 :
  术选取某结构件,将优化后的喷涂工艺参数应用到生产上, 对应用前后的漆膜厚度、漆膜均匀性、油漆消耗量、施工效率 等进行统计对比。

2、结果与讨论:
2.1、耐中性盐雾实验:
  对于汽车起重机的结构件,其表面处理采用抛丸的方式,待涂装的结构件表面达到 Sa2. 5 级,抛丸的表面用表面粗糙度测试仪( Elcometer123) 测量,其粗糙度为 60 μm( Rz) 左右。表1 按 GB /T 1771—2007 测试的不同底漆漆膜厚度的抛丸钢板耐盐雾性能。
表 1  不同底漆漆膜厚度的抛丸钢板耐盐雾性能
( 膜厚 ± 5) / μm
耐盐雾实验结果
 
 
25
24 h 未划线区发生点锈
 
 
40
240 h 未划线区出现点锈,336 h
 
划线处单侧锈蚀宽度 > 2 mm
 
 
 
 
55
432 h 划线处单侧锈蚀宽度 > 2 mm
 
 
 
70
576
h 起泡
80
720
h 起泡
 
 
注: 耐中性盐雾实验以未划线区出现点绣、单侧锈蚀宽度超过 2 mm 或者起泡三者中先到者作为结束时间判定标准。

图 1 是不同底漆漆膜厚度的抛丸钢板耐盐雾时间曲线。
图 1	抛丸钢板的底漆漆膜厚度对耐盐雾时间的影响
 
  从图 1 可看出,当底漆达到大于 480 h 的耐盐雾性能时,对应的底漆漆膜厚度必须在 60 μm 以上。考虑到现场喷涂膜厚存在一定的波动性,同时满足节约底漆和防腐的要求,汽车起重机结构件的底漆膜厚定为 60 ~ 70 μm。 盐雾实验照片见图 2。
图 2	不同底漆漆膜厚度的抛丸钢板盐雾实验照片
 
图 2 不同底漆漆膜厚度的抛丸钢板盐雾实验照片
从图 2 可看出,当漆膜厚度为 25 μm 时,底漆不能将抛丸 的钢板表面完全覆盖,导致 24 h 即出现大量点锈; 当漆膜厚度 达到 40 μm 时,底漆虽能基本覆盖钢板表面,但对于粗糙钢板 表面的波峰处,漆膜显得过薄,盐雾 240 h 后出现点锈; 当漆膜达到 55 μm,经过盐雾 432 h 虽未出现点锈,但划线处单侧锈蚀宽度大于2 mm,根据企业自身对工程机械底漆的耐盐雾要求,其底漆的耐盐雾必须到 480 h 以上,所以该漆膜厚度仍 不符合要求。底漆膜厚 70 μm、80 μm 时,耐盐雾时间分别为576h、720 h,均能满足要求。
 
2.2、抛丸钢板与平板钢板底漆漆膜厚度对照实验:
  对于底漆喷涂而言,抛丸后的粗糙钢板表面,其底漆的干膜厚度并不是与喷涂道数成正比,而底漆的喷涂工艺参数的优化可以通过在平板钢板上的喷涂实验确定,因此有必要获得抛丸钢板 和平板钢板在相同喷涂条件下漆膜厚度的对应关系。图 3 是通过喷涂实验获得的抛丸钢板和平板钢板的底漆漆膜厚度对照图,本实验共 5 组,图中横坐标以对照组 1、2、3、4、5 表示。
图 3抛丸钢板和平板钢板漆膜厚度对照图
 
图 3抛丸钢板和平板钢板漆膜厚度对照图
由图 3 可看出,在相应的钢板表面抛丸处理条件下( 表面粗糙度约 60 μm) 时,抛丸钢板的底漆膜厚达到 60 ~ 70 μm,对 应的平板钢板喷涂膜厚则要控制在 80 ~ 90 μm。若喷涂 2 道 能达到抛丸钢板的底漆规定的膜厚,也就是说在平板钢板上 每道漆膜厚度必须达到 40 ~ 45 μm。

2. 3、喷涂工艺参数实验 :

2. 3. 1、涂料黏度:
  通过调整双组分环氧底漆的稀释比,可以获得不同黏度 ( 涂 - 4# 杯,下同) 的待喷涂的涂料。表 2 是底漆在不同黏度下测定的流挂极限。

2 底漆在不同黏度下的流挂极限体积固体分和稀释比

 

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

黏度 /s

流挂极限 / μm

体积固体分 /%

稀释比

 

 

 

 

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,涂料黏度为 15 ~ 18 s 时其流挂极限只有 75 μm,体积固体分在 46% 左右,对应的干膜厚度约 35 μm。
  在该黏度条件下,为了保证涂装过程不流挂,需要喷涂至少 3 道才能达到规定膜厚。当涂料黏度为 24 s 时,该双组分环氧涂料流平性极差,而且容易出现干喷现象。按照实际喷涂工艺要求两道完成结构件的底漆喷涂,对应的一道喷涂在平板钢板上的底漆漆膜厚度需达到 40 ~ 45 μm。因此,涂料的最佳黏度为 19 ~ 21 s,流挂极限为 100 μm,体积固体分 48% 左右,一道喷涂最大干膜厚度可达到 48 μm,符合上述要求。

表 3 是无气喷涂的喷涂压力和涂料黏度对底漆漆膜厚度的影响。

3 喷涂压力和涂料黏度对底漆漆膜厚度的影响

 

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

 

项目

 

 

喷涂压力 /MPa

 

 

13. 5

18

20

22

 

 

 

 

 

 

 

 

黏度 19

s 时平均膜厚 / μm

40

45

51

53

 

 

 

 

 

 

黏度 21

s 时平均膜厚 / μm

41

47

53

56

 
注: 喷涂距离 30 cm,喷枪移动速度 80 cm /s,喷嘴口径 0. 48 mm,喷涂搭接 1 /2。涂料输送管长 15 m,口径 8 mm,管道沿程压损忽略。柱塞泵压缩比 45∶ 1。实验温度 28 ℃ 。
  从表 3 可知,相同喷涂压力下,底漆漆膜厚度随涂料黏度的增大略有增加。喷涂压力 13. 5 MPa 时,涂料黏度从 19 s 增 加到 21 s,平均漆膜厚度只增加 1 μm,而相同压力下,高黏度 [4], 的双组分环氧涂料雾化效果相对较差    因此选用底漆黏度 19 s,喷涂压力 13. 5 ~ 18 MPa 较为合适。
2. 3. 2、喷涂压力与喷嘴 :
  表 4 是无气喷涂的喷涂压力及喷嘴口径对底漆漆膜厚度的影响。

4 喷涂压力及喷嘴口径对底漆漆膜厚度的影响

 

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

 

项目

 

喷涂压力 /MPa

 

13. 5

18

20

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

喷嘴口径 0. 43 mm 时平均膜厚 / μm

35

40

44

 

47

 

 

 

 

 

 

喷嘴口径 0. 48 mm 时平均膜厚 / μm

40

45

51

 

53

 
  注: 喷涂距离 30 cm,喷枪移动速度 80 cm /s,涂料黏度 19 s,喷涂搭接 1 /2。涂料输送管长 15 m,口径 8 mm,管道沿程压损忽略。柱塞泵压缩比 45∶ 1。实验温度 28 ℃ 。
  从表 4 可知,当采用 0. 43 mm 口径喷嘴时,喷涂压力需控制在 18 ~ 20 MPa,才能达到每道漆膜厚度 40 ~ 45 μm。当采用0. 48 mm 口径喷嘴时,喷涂压力需在 13. 5 ~ 18 MPa,达到每道漆膜厚度 40 ~ 45 μm。但喷涂压力过大,漆膜厚度超过45 μm,会 造成涂料浪费,大大提高涂装成本。同时考虑到喷涂作业时低压力减小对于设备的损坏,特别是减少喷嘴的磨损有利,但喷涂压力过低又会降低作业效率,因此选用0. 48 mm喷嘴喷涂压 力在 13. 5 ~ 18 MPa 下进行喷涂较为合适。

2. 3. 3、喷涂距离和喷枪移动速度:
  表 5 是喷涂距离和喷枪移动速度对漆膜厚度的影响。从表 5 可知,当喷涂距离在 30 cm 时喷枪移动速度需在 70 ~ 80 cm /s,当喷涂距离在 35 cm 时喷枪移动速度需在 60 ~ 70 cm /s,其每道漆膜厚度在 40 ~ 45 μm。当喷枪移动速度为60 cm /s 时,喷涂距离需在 35 ~ 40 cm,当喷枪移动速度为 70 cm /s时,喷涂距离需在 30 ~ 35 cm,其每道漆膜厚度也在 40 ~ 45 μm。因此,较为理想的喷涂距离在 30 ~ 35 cm,并控制适当的走枪速度,一般在 70 ~ 80 cm /s 比较合适。

5 喷涂距离和喷枪移动速度对漆膜厚度的影响

 

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

 

喷涂距

 

一次喷涂平均膜厚 / μm

 

喷枪移动速 喷枪移动速 喷枪移动速 喷枪移动速

/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: 喷嘴口径 0. 48 mm,喷涂压力 13. 5 MPa,涂料黏度 19 s,喷涂搭接 1 /2。涂料输送管长 15 m,口径 8 mm,管道沿程压损忽略。柱塞泵压 缩比 45  1。实验温度 28 ℃ 。

2.4、涂装工艺参数的应用 :
  涂采用以上优化工艺参数,对汽车起重机的某结构件进行现场对比实验,对涂料消耗量、涂装耗时、平均膜厚和漆膜均 装    匀性进行了统计。表 6 是某结构件现场涂装对比实验。
表6  某结构件现场涂装对比实验

项目

工艺参数调整前 工艺参数调整后

 

 

 

平均膜厚 / μm

53

65

 

 

 

 

 

 

漆膜均匀性

不符合

符合

 

80  20 原则

80  20 原则

 

喷涂距离 /cm

40

 80

30  35

 

 

 

 

喷涂压力 /MPa

22. 5

 31. 5

13. 5

喷枪移动速度/ ( cm·s  1 )

50

 70

70  80

 

 

 

喷嘴口径 /mm

0. 48

0. 48

黏度 /s

14

 16

19

 

 

 

 

平均油漆消耗量 /kg

 

32

22

平均耗时 /min

 

23

15

 

 

 

 

喷涂道数 / 道

 

3

2

喷涂方式

高压无气喷涂

高压无气喷涂

 
注: 80 - 20 原则的意思为 80% 的测量值不低于规定干膜厚度,其余 20% 的测量值不能低于规定膜厚的 80% 。涂料输送管长 15 m,口径8 mm,管道沿程压损忽略,柱塞泵压缩比 45∶ 1,喷涂搭接 1 /2,实验温度 28 ℃ 。
  高喷涂效率,片面地提高喷涂压力和喷涂距离,甚至有时喷涂距离达到 100 cm,造成干喷现象,而通过优化喷涂工艺进行涂装,适当缩短喷涂距离,降低喷涂压力,提高喷枪移动速度,减 少喷涂道数,提高喷涂时的涂料黏度,可使平均油漆消耗量节省 31% ,平均耗时节省 35% 。

3、结语:
  通过对汽车起重机抛丸结构件的底漆涂装进行系列实验,确定了抛丸结构件的底漆膜厚,保证其防腐性能,进一步优化喷涂工艺,确保底漆膜厚达标。优化后的涂装工艺与调整前相比涂料消耗量节省了约 31% ,喷涂效率提升了 35% ,漆 膜均匀性得到提升,漆膜防腐性能符合要求。
 
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