涂装生产涂料利用率提升的技术现状与发展

文/杨柳

摘要：液体喷涂涂料利用率的提升是涂装行业最重要的课题之一。本文对液体喷涂涂料利用率提升的路径进行探讨，并分析近年新发展的几种利用率提升技术，尤其是静电场喷涂和印刷喷涂两种最新技术，指出了液体喷涂涂料利用率提升的方向和注意事项。

关键词：氮气喷涂;静电喷涂；静电场雾化；印刷喷涂

0 引言

钢桶喷涂生产涂料多为国内品牌供应，但有些用户对内涂料要求严格，价格昂贵（比如PPG），在实际应用中有相当比例无法喷到钢桶上，且这些浪费的部分变成需要环保处理的漆渣和废气排放，所以提升涂料利用率一直是企业效益和社会责任的迫切需求，涂料利用率提升的工艺和设备技术现在也发展出了很多分支。

1 高压雾化

一般的高压喷枪的喷涂气压在0.4-0.6MPa,涂料依靠压缩空气的压力完成雾化，喷涂到产品表面,实际应用中工人为了作业方便甚至调节到更高的气压。这样的喷枪风帽雾化压力必须达到一定要求，才能让涂料的雾化满足施工条件，但较高的雾化压力必然会使得雾化后的涂料产生相应较高的飞行速度，当高速飞行的涂料喷射到产品表面，大部分涂料就会产生反弹形成过喷现象，不能附着的涂料越多，涂料的上漆率也就会越低，理论上高压喷枪的上漆率在40%左右,当 应用在外表面喷涂或工人喷涂作业不标准时，上漆率会低于30%,大量昂贵的涂料变成了增加环境负荷和企业成本的待处理污染物。

2 HVLP高流量低气压雾化

HVLP(HighVolumeLowPressure)高流量低气压的喷涂技术是当前喷枪厂家主推的先进喷涂技术。 HIVLP喷枪雾化方式与传统喷枪不尽相同，它并不是仅靠喷枪风帽处的空气压力进行涂料的雾化，而是配合风帽雾化孔喷射出的空气流来对涂料进行更好雾化。当喷涂气压为0.2MPa时，风帽的雾化压力不超过0.07MPao由于雾化气压较传统喷枪大幅降低，因此漆雾反弹及散失量减少，涂料的传递效率可达65%以上(符合欧美环保条例)，根据喷漆操作者的喷涂手法不同，省漆幅度可达20%左右。因为喷枪的移动速度不超过60cm/s,所以溶剂和涂料的散失将大幅降低,从而在起到保护环境的同时,也对喷漆作业者的身体健康有良好的保证。

HVLP最先是由美国阿波罗公司在20世纪70年代引人市场,1988年由美国的加州南海岸空气质量管理局提出并制定有关条例。

HVLP低压喷枪的特点是提高涂料利用率从而减少对环境的污染，但其4301/min的耗气量较传统喷枪略高一些，因此要求有较强而稳定的压缩空气供应系统以及与传统喷枪略有差别的喷涂作业手法。

该系列喷枪，按照不同涂料或涂层来使用，如SATAjet100BFHVLP环保省漆底漆喷枪、SATAminijet 3000BHVL.P环保省漆小修补喷枪、SATAjet4000-120环保省漆面漆喷枪等。其他喷枪公司也都有相应的HVLP产品，如岩田的LPH系列。

3 RP低流量中气压雾化

RP(Reduced:降低了的Pressur：风帽气压)省漆高效系列喷枪雾化技术，具有传统喷枪和HVLP喷枪的优点,涂料利用率理论上可以达到65%以上，但耗气量比传统喷枪更低，如SATAjet4000BRP省漆高效面漆喷枪，耗气量285I/min，进气压力0.20~0.22MPa,操作上跟传统喷枪类似。

4 氮气喷涂

传统的空气喷涂技术是以压缩空气作为涂料的载体，而加温氮气喷涂技术则是以纯度99.5%的加温氮气作为涂料的载体，利用加温氮气替代传统的压缩空气进行喷涂，可以降低喷涂压力，减少涂料的反弹，有效提高涂装效率，节省涂料和溶剂的消耗,图1是氮气喷涂在成本、效率、减排和质量上的贡献。

图1 氮气喷涂技术追求的4个20%

目前氮气喷涂已经在国外一些工厂得到实践应用,如奥迪弗吉亚工厂、现代墨西哥工厂的保险杠，也有一些家具喷涂上采用此技术。

5 静电喷涂

在流水线作业中，依靠电场传输涂料来提升涂料利用率的技术得到快速普及。一般溶剂型涂料都采用内加电技术,水性漆因为导电的因素有外加电和几种 不同的内加电方式，产品内部等狹小空间喷涂一般采用弹匣、涡轮增压传输器等内加电或隐藏式极针的外加电方式,小型工业喷涂的水性漆也有采用整体绝缘的内加电方式，见图2。自动喷涂一般采用高压发生器产生电荷，手工喷涂以固瑞克内置涡轮发电和ASAHI的静电发生器为代表。ASAHI的静电环、水性内置接地电极针等技术基本挖掘了水性漆静电手工喷涂的全部潜力。

图2 水性漆整体绝缘内加电喷涂

目前使用静电喷涂大面积的上漆率在75%以上， 但是静电喷涂要特别注意安全设计,静电针的能量、喷 涂间设施的接地、水性漆系统绝缘技术的防护等都需要严格按照规范。

6 静电场雾化

传统的空气油漆雾化器主要使用空气动力学的气压来喷涂油漆，然后用空气油漆雾化器将雾化粒子喷涂到产品上。这些技术不可避免地有相当部分油漆颗粒会被空气从产品上喷散开来，导致涂层效率较低。因此诞生了低空气流量技术、静电和旋杯辅助传输等技术,得到了很好的节约涂料效果。 喷漆利用率提升的最高境界是彻底取消空气雾化，涂料命静电场自然吸附到产品之上。新型无气式喷漆雾化器使用静电喷涂油漆（静电雾化），而这种静电带粒子涂层的方式利用重力使漆 烤附在车身上(静电喷涂）。静电雾化和静电喷涂技术大大减少了散射的雾化颗粒数量，理论上可实现超过95%的喷涂效率。预计该技术大量部署的话可将其二氧化碳排放量减少大约7%，单车油漆用量和VOC排放都将减少，喷涂烤漆产线的运行成本大量降低。

图3 涂料通过凹槽甩出后依靠静电场作用到达工件表面

如图3所示，无气漆雾化器的尖端具有旋转圆柱形头，可优化喷涂的涂料量。静电雾化技术原本是运用于美容处理装置和其他喷涂微小液体的仪器里，而现在把它运用在工业制造上。具体来说，喷漆器的尖端是圆柱形的，有大约600个特殊四槽插人尖端,该凹槽经过旋转以产生离心力，使涂料流人凹槽并通过静电产生雾化。

高精度电流控制,实现近距离喷涂的可行性。工件本身饭金件的不均匀性会导致圆柱形头和工件之间的距离波动，而使电流不稳定。然而无气喷漆雾化器会不断监测电流的变化，并自动控制电压，保持圆柱形头和工件之间的距离约为10mm。因此，静电雾化和静电喷涂在固定电流下成为可能，反过来又抑制油漆颗粒尺寸的变化，结果是带来高品质的喷涂。

现在静电场雾化已获得专利授权，并在日本两个工厂投入应用，在实际工件喷涂中涂料利用率也超过90%，接下来将会在全球其他工厂推广这一新技术。

7 印刷喷涂技术

目前己开发出来多种形式的涂料施工手段可以让涂料利用率接近100%，如电泳、粉末喷涂等，但液体喷涂的100%利用尚在初步探素和局部兴试的阶段，如图案的喷涂，杜尔、ABB、SAMES都联合涂料供应商和用户开发了类似印刷的无过喷新技术（双色喷涂技术），有的已成功应用的双色批量生产。

德国杜尔公司无需遮蔽的叠色印刷喷涂技术EcoPaintJet,采用全新的喷涂应用组件，固定在机器人手臂上，在经过目标区域时，喷嘴上约50个几乎看不见的孔在30mm远平行喷射向工件表面喷漆，油漆正好落在指定的区域，叠色分界面锋利清晰,其他地方都〝滴漆不沾”，应用实际场景见图4。

图4 BcoPaintJet无过喷印刷涂装技术

采用此技术后，工件的其余部分不再需要被遮蔽，将对比色应用于工件只需120s的时间。EcoPaintJet在测试中可以实现不≤20°曲率的平面叠色喷涂，适应叠色喷涂的更加复杂工况技术还在研发中，如可以单独关闭任意一个喷嘴的EcoPainuetPro技术，联合客户开发适用新的无过喷歪色技术的涂装工艺布局。

ABB公司印刷喷涂技术，喷嘴数量达到1000个以上,单独控制，可以实现更宽喷幅和更高灵活性，如图5中的应用案例都可以进行一定曲面的施工。ABB已计划未来将这一无过喷技术应用于整个工件的喷涂，实现涂料100%的有效利用,大幅度降低涂装成本和提高环保水平。

图5 ABB无过喷叠色涂装技术

现阶段印刷喷涂技术受应用范围、材料性能、投资成本、施工效率、外观质量等方面的制约，尚末充分发展起来，还需要工艺、设备、材料联合起来进一步研究实践。

8 结语

每一种喷涂设备的技术原理都有所不同，但是最终的目的是最大程度提高涂料利用率和喷涂效果，需要根据实际用途来选择不同的喷涂技术。90%以上涂料利用率的技术，目前尚处于初步发展阶段，需要工艺、涂料、设备结合起来研究探素。 除了工艺设备技术方面的进步，提升涂料的施工固含、提升合格率、设置合适的喷涂参数、研究涂料的 回收利用等诸多方向都对涂料利用率提升产生较大影响。