谈谈涂料与涂装工艺、涂装生产线

文/杨柳

涂料与涂装工艺是一个相互促进的过程，涂装工艺的需求促使涂料的改进，涂料的进步又促进新的涂装工艺出现。

通常将涂料开发和制备技术称为涂料工艺，属于精细化工领域;涂料施工应用和涂装称为涂装工艺，属于工程领域。从提供高质量涂层，服务用户的现代涂料涂装整体观出发，涂料工艺与涂装工艺的发展紧密相关。涂料必须具备必要的施工性能以满足施工工艺的要求，尤其是 OEM 流水线涂装，涂装性能某种意义上甚至比技术性能更重要。工业和特种涂料涂装行业历来高度重视涂装工艺的研发。

涂装工艺的革新和发展极大地驱动涂料工艺的技术进步。卷材涂装线的速度由每分钟几十米提高至 100m/min 以上，要求卷材涂料具有更快的干燥速率。涂装工艺调整和对高质量涂层的要求促进了厚膜型漆的发展。涂装工艺的革新拓展了紫外光固化涂料的应用范围。涂装工艺整体改革促使涂装在生产总成本和制造周期所占比重大幅度上升，对低处理表面涂料的需求迫切。还有高压水除锈工艺的推广催生了配套的防闪蚀涂料的开发应用等。正在研发的新型涂装工艺需要同步开发配套涂料。

相应的环境友好型水性工业涂料、紫外光固化涂料、粉末涂料、无溶剂涂料以及聚脲喷涂弹性体等的应用与相应的涂装设备开发、涂装工艺和涂装线设计紧密结合，相互促进。

涂装线作为实现涂层成膜的环境，可谓说千人千面。虽然看到众多的线体，能够说得上完美的线体是不存在的。其中最重要的是由于各个公司涂装人员的良莠不齐，很多涂装设备公司更是良莠不齐。从来都不怕把项目做坏了影响名声，只是一味的迎合客户。从没见过一个涂装设备公司能够在线体方案的时候派驻一两个技术人员在客户公司研究个半个月，方案也都是抄抄抄。更多时候没有和客户技术碰撞的勇气，都是客户说什么就是什么，这还是缺少调研，没有发言权。

这么多的失败案例一部分来源于国内的市场环境，很多老板都没有办法保证某一客户的产品长期生产，为预防客户随时不给订单而把本来效率高的专线硬生生建成效率低的通用线。再者很多公司建立涂装线的时候没有考虑到一个问题，也是很多人没有注意的涂装的本质质量成本。

涂装配套设计及涂装工艺的制定

无论是哪一种涂料，在某种意义上说都还只是一种半成品，它们或者是含有大量溶剂的液状物，或者是尚未发生交联反应的分离组分。这些半成品只有通过适当的工艺过程涂布在被涂物表面后，经历溶剂挥发、漆基交联等过程，形成网状涂膜后才能真正发挥涂料的保护、装饰、特殊功能等作用，这个把涂料变成涂膜的过程就是涂装。涂层质量的好坏不仅与涂料本身的质量相关，而且很大程度上取决千涂装的质量水平。

长期以来我国的涂料领域存在着涂料和涂装分离、重涂料开发轻涂装研究的问题。建国以来，我国的各大国营涂料公司在涂料研发方面一直比较重视，研究体系也还是比较完善的。但是我们涂料行业对涂装技术的研究一直不是很系统，涂装技术的研究往往游离于涂料行业之外。当时国内一些大型的船舶、汽车制造企业拥有涂装工艺研究机构，但其研究通常也只是停留在涂料使用技能的研究阶段，而涂料制造商一般也很少进行涂料施工方面的研究。改革开放以来，随着国际知名企业进入我国，在汽车、集装箱、船舶等领域也将涂料涂装一体化的先进概念带入我国。所谓涂料涂装一体化的概念，就是涂料商不仅仅负责涂料的研发和生产销售，同时还负责为客户设计涂料涂装配套方案，设计涂装施工工艺，甚至派工程师在涂装现场指导施工。按照现代的管理理念，这些涂料实体产品以外的服务和活动，是整体产品的一部分，因此在跨国涂料公司，为客户进行的涂装设计、现场管理和指导等工作都是免费的，或者说是包含在整体产品价格之内的。近年来在家装行业更出现了内墙乳胶漆免费涂装的产品销售方式，事实上实现了以涂膜代替涂料作为最终产品销售的革命。

一、涂装配套设计

像建筑楼房要有蓝图一样，在对被涂物进行涂装之前，首先要完成涂装配套的设计。涂装设计是涂料涂装一体化体系中首要也是最重要的一环，如果涂装配套设计不合理，即使是采用了很高性能的涂料，也有可能因为不适应使用环境或者各层涂料间不匹配而造成整个涂装配套的性能降低，甚至在施工期间出现附着不良、脱落等施工问题，或在涂膜使用早期出现起泡、锈蚀等涂膜劣化问题。由千专业分工的要求，涂料工程师往往需要为客户提供涂装配套设计方案。我们这里所说的涂装配套通常主要包括选定涂料品种、确定底材处理的方法和制定涂装工艺要求三个部分。

对于汽车、集装箱、船舶等大量工业化生产的产品，其行业内一般都有现成的与涂装配套相关的规范，这些规范有的是行业内公认的做法，有的则是行业或者国家的标准或法规的规定，进行涂装配套设计时一定要遵循这些要求。对千一些单独的涂装项目，如厂房、桥梁等的涂装配套设计，需要根据项目在技术和经济等方面的要求，参考相关的涂装规范和标准制定涂装配套。本节将结合相应的标准规定，对涂装配套设计的一般程序和作法做一介绍，供大家参考。

设计涂装配套时往往要考虑涂膜的使用环境、使用涂料的特性、底材处理方式、涂膜使用年限、涂装方法选择等因素，另外还要考虑经济和安全条件的限制。涂装设计时要考虑的各种因素间的关系见图1。

图1 涂装设计参考因素间的关系

1、涂膜的使用环境分析

需要进行涂装配套设计的被涂物往往处于不同的使用环境中，按照涂装配套施工后形成的涂膜也会暴露在各种环境之中，接受各种腐蚀介质的考验。例如，汽车通常会在户外使用，阳光中紫外线的能量会对漆膜的颜色、光泽等装饰效果产生不利的影响，而雨水侵蚀、砂石冲击、空气中的腐蚀性气体等对也会破坏涂膜的防护性能；再如，钢结构一般会暴露在不同的环境中，可能包括室内环境、一般的户外环境、严重腐蚀的环境等，涂膜的防护性能会受到室内的结露、阳光中的紫外线、空气中盐雾等的影响。在充分了解了这些可能对被涂物造成腐蚀或破坏以及可能导致涂膜早期劣化的因素后，方可设计出符合被涂物使用要求的涂装配套。目前，很多行业都对其被涂物所处的环境作了分类总结并形成了标准。例如，ISO 12944-2 就对钢结构所处的腐蚀环境系统进行了详细的分类。一般情况下，导致钢结构产生腐蚀的环境因素主要有大气、水和土壤等。

2、经济性分析

和设计任何产品一样，涂装配套的设计也要考虑各方面因素的平衡。通常，设计质量好的涂装配套和设计价格低廉的涂装配套都不是很难的事，但是设计一个既好又经济的涂装配套就需要平衡各种因素。一般来说，满足最基本的保护功能是设计涂装配套时要考虑的首要因素，在这个前提的基础上，才可以考虑如何降低成本。涂装配套的成本包括很多方面，设计时既要考虑涂料自身的成本，同时也要考虑底材处理、涂装方法甚至工期等各方面的成本。例如，对于在工厂内流水线上大批量生产的集装箱，采用喷射底材处理、标准的环氧富锌＋环氧底漆＋丙烯酸面漆涂层组合以及自动化无空气喷涂的施工方法可能是最经济的，但是对于处于类似腐蚀环境的在沿海地区使用的小型储罐，如果在没有动力源的野外进行涂装，可能采用简单的手工打磨方法处理底材，使用对底材处理要求较低的带锈环氧底漆＋丙烯酸面漆涂层组合，采用刷涂方法反而是比较经济的。

3、表面处理的类型和方法的选择

只有在涂装设计时必须选定适当的表面处理方法，才能发挥涂膜的各种防护性能。在使用涂料被覆的材料中，应用最多的底材是钢材，如汽车、船舶、船舶等都会使用各种规格的钢材，钢材的表面处理方式有酸洗、磷化等化学处理法和喷射、打磨等物理方法，还有火焰处理、高压水处理等其他方法，各种处理方法都有各自的特点和使用对象，很难说哪一种表面处理方法是最好的。在设计涂装配套时要针对被涂物的种类、使用环境及使用的涂料品种等因素综合考虑来选择合适的底材处理方法，如汽车上的薄板部件通常要采用用磷化等方法进行处理。而船舶、集装箱等大部分采用比较厚的钢板，要采用喷砂或抛丸处理。

4、涂料的选择

涂料是涂装配套的主体，可以说是涂装配套中最主要的部分，根据不同的使用环境，涂料可以分为防腐涂料、装饰涂料和功能涂料等，但是这种分类不是绝对的，有些涂装配套系统往往兼具防腐和装饰的功能。

为了发挥防腐和装饰等功能，涂装配套系统一般都由多道涂膜组合在一起，形成一个整体体系，这也就是所谓的＂配套系统(coating system)" 的意义所在。各道涂层在整个体系中发挥着不同的作用，一般的涂层配套系统通常包含底漆、腻子、中间漆、面漆等，有的配套系统还包括连接漆、雾喷层等。

5、涂膜期待使用寿命分析

在选择涂料时，涂膜的使用年限是非常重要的参考因素，由于被涂物建造条件的限制，有的可以随时进行涂膜维护，有的则永远不可能进行维护，因此对涂膜系统的使用年限要求是不同的。涂膜使用寿命的设计主要依据采用涂料的种类、涂膜在使用环境下的年消耗速度（微米／年）以及防护等级要求来确定。例如， ISO 12944 标准中将钢结构的涂膜使用寿命分为L 、M 、H （低、中、高）三个级别，分别为5 年、10 年和15 年，但是我们要注意，这里所说的涂膜使用寿命只是一个技术参数，是设计涂装配套和对涂膜进行维修和换涂的依据，而往往并非涂膜的担保使用年限。对于不同的使用年限，在选定涂料时不仅要考虑涂料的品种，还要考虑其膜厚以及不同种涂料的搭配。因此常常会出现同一个建筑物的不同部位采用不同的涂膜系统的情况，例如海上钻井平台，其甲板平台和生活区部位由于维修方便可以使用相对比较廉价而涂膜使用寿命不是很长的涂层组合，在飞溅区和水下部位，由于防腐要求苛刻且维修困难，就要使用涂膜使用年限较长的重防腐涂层组合，而对于钢管桩等尤法维护的埋地部位，则往往采用永久或半永久的涂层组合，很多时候还需要同时采用涂料以外的其他防腐措施。

6、涂装配套的选定

在决定选用哪种涂装配套之前，应充分分析被涂物的使用环境、期待使用寿命、各种涂料的选用原则以及被涂物的使用特点和成本因素后。针对不同的设计要求，可供选择的涂装配套往往可能有很多种，这些配套通常都会各自在某些方面有些侧重，有的防腐效果相对好一些，有的装饰效果好一些，有的则成本低一些。选定涂装配套时首先要考虑使用方的要求，在此前提下设计者也会体现自己的风格。

现在对于大多数的被涂物和使用条件，相关的标准或设计手册中都有对应的涂装配套方案，进行设计时可以在参考这些方案的基础上，再结合项目的具体情况，制定出更加合理的配套方案。

二、涂装工艺的制定

施工工艺是对涂装施工过程进．行规范化要求的技术性文件，它是在涂装配套基础之上对施工过程的要求和注意事项的详细描述。通常以施工工艺指导书的形式下发给涂料使用部门。施工工艺指导书一般由涂料供应商制定，有时也会由涂料供应商和使用单位双方共同制定。它对充分发挥涂料和整个涂层系统的性能，保证涂料的正确使用具有重要的意义。制定涂装工艺是涂料设计工程师和涂料技术服务工程师的一项基本技能。涂装工艺指导书通常包括以下部分。

1、表面处理要求及注意事项

表面处理的方式通常在涂装配套中巳经有明确的要求和描述，在涂装工艺指导书中，除了要规定涂装配套中要求的底材处理的等级以外，通常还会根据需要规定一些更详细的技术指标，如喷射处理的粗糙度，各种磨料的比例、洗液的pH 值、磷化膜的重星等。

很多情况下经过处理后的底材在涂装之前还要经过焊接、成型等加工工序，焊道和变形部位由千异种金属接触和应力集中，是最容易发生锈蚀的部位，要通过适当的方法去除氧化物和释放应力，因此施工工艺中还需对焊道等加工部位规定二次底材处理的方法和控制指标。

2、涂装方法的选择

在制定涂装工艺要求时一般要规定整体的涂装方法和局部的涂装方法，例如船舶的大部分部位要求使用无空气喷涂，预涂和一些复杂的难以涂装的部位则允许采用刷涂和棍涂等方法进行施工。

3、涂料的准备

涂料是涂装工作的核心，为了保证正确使用涂料，在施工工艺中应明确涂装开始前对涂料的准备工作。主要包括确认涂料的组分数、确认多组分涂料的配比、开罐容器中状态的确认、混合搅拌方法、稀释添加比例等。

4、涂装过程的要求

涂装过程中首先必须要明确对环境条件的要求，对千金属底材上喷涂通用涂料时，一般规定环境温度应该高于露点温度3°C 以上，环境湿度应低千85% 。对于在室内涂装的，应规定施工时的温度、湿度、照明、通风等控制参数；对于室外涂装的，还应该规定风速、灰尘等的控制指标；同时要明确禁止进行涂装作业的天气条件，如下雨、风速过大、湿度过高，温度过高或过低等。

一般还要对涂装过程中的其他注意事项加以说明，如涂装间隔的管理、涂料混合使用期的控制，涂装流水线的速度，强制干燥的条件等。

5、涂膜检验

涂装完成后，涂膜的检查和验收是一项非常重要的工作，它是判断整个涂装工作是否符合要求以及可否进入下一道工序的依据。

1）涂膜厚度检验

涂膜厚度是涂膜检验中最重要的工作，在涂装工艺中要规定涂膜厚度的检验方法和使用的仪器。通常要求在涂装施工过程中应经常检测湿膜厚度，虽然湿膜厚度不是判断漆膜合格的依据，但它是控制干膜厚度的重要方法。待涂层干燥后，应再次检测干膜厚度，以保证膜厚符合规定要求。目前金属底材的干膜厚度检测主要采用电磁式测厚仪，非金属底材可以采用千分尺等测厚仪。对于多道涂层的配套，由于通常都不会在涂层完全干燥后涂装下一道涂层，因此一般不单独检测个涂层的膜厚，而是在完工后检测全部涂层的总厚度。当有特殊要求时，可以用特殊的检测设备分别检测完工后各层涂膜的厚度。

2）合格判定标准

涂装工艺中必须规定涂膜厚度是否合格的判定标准。被涂物本身的构造、涂喷工作的管理情况、涂装操作人员的素质等等都可能造成涂层厚薄不均，因此，如果要百分之百地保证全部涂层都超过规定厚度以上，不但会大大增加涂料的用量，实际上也不易办到，唯有按干燥涂层厚度测定值的分布状态来判断整个涂层是否合乎标准。例如，某些行业接受双90 原则，即所有测定的膜厚值不得低于规定厚度的90 ％以下，达到规定厚度的测量点数目应超过测量点总数的90 ％以上。

3）涂膜质量检验

涂膜质量的检验主要是判别漆膜是否有严重影响涂膜使用功能的漆病。涂装工艺中一般要规定哪些漆病是不允许的，并规定出现这些漆病的处理原则。例如，对于汽车漆膜来说，表面轻微的橘皮也是不允许的，必须要修补或返工，但是这种漆病对集装箱和船舶的涂膜来说则往往是无足轻重的。

6、安全注意事项

涂料的施工过程存在各种安全隐患，溶剂型涂料都是易燃易爆的，有的涂装工作是高空作业，涂料本身对人的身体也会产生伤害，因此要求在涂料施工工艺中必须根据所使用涂料和施工方法的特点明确安全注意事项。这些安全注意事项通常要包括脚手架的要求、防火要求、安全卫生要求以及意外事故的应急处理措施等。