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家电粉末涂装技术现状及展望
发布时间:2019-8-30
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摘要

概述了家电粉末涂装特点及家电产品涂装系统;介绍了家电基材的要求、热镀锌板与冷轧板基材的涂装工艺流程,以及涂装设备与质量管控;阐述了低能耗、环保性、高质量将成为电家电粉末涂装的必然发展趋势。

引言

早期家电产品(如洗衣机、电冰箱、电饭煲等)表面涂装大部分采用的是喷漆工艺, 通常是“一层一烘”、“两层一烘”和“两层两烘”这3种型式,一般底漆采用环氧底漆或水性电泳漆,面漆使用溶剂型丙烯酸烘烤面漆或氨基醇酸烤漆。
20世纪90年代以后, 由于人们对环境保护认识的提高和降低涂料挥发物的排放,作为无公害、利用率高、无溶剂挥发的粉末涂料开始广泛使用。
针对家电产品所处的使用环境可分成室内产品和室(户)外产品两种。一般室内产品使用环氧或环氧聚酯混合型粉末涂料;而对于室外产品采用耐候性的纯聚酯粉末涂料或丙烯酸粉末涂料。
因此, 家电产品粉末涂装不仅要掌握涂装材料、涂装技术(设备和工艺)、涂装管理等关键因素,更要关注家电产品涂装过程中所带来的环境污染问题,这就要求今后家电涂装必须是“安全、绿色、环保”型的自动化生产过程。
1、家电粉末涂装特点及“三要素”
家电产品主要是与人们日常生活息息相关的电器产品,如家用空调、冰箱、洗衣机(图1a)、电饭煲、抽油烟机(图1b)、消毒柜、热水器(图1c)、电风扇等。这些家电产品的表面涂装有下列特点:
 
①家电产品大部分是室内使用,因此,要求这些产品外观优美;
②因家电产品是人们生活必需品, 故产量大,适于流水线生产方式;
③有些家电产品所处环境恶劣(如室外、油烟等),所以涂装质量要求高;
④随着家电产品的普及, 市场价格竞争激烈,因此,要求降低涂装成本。
家电涂装是指家电产品涂装系统,它们包括涂装材料、涂装技术和涂装管理这3个方面,简称“三要素”。
涂料的质量和配套性是获得优质涂层的基本条件。涂料选用不当,例如在湿热气候条件下选用耐水性、耐潮湿不好的涂料,即使施工得再精心,所得到的涂层也不可能耐久,涂层会早期起泡;
又如把耐候性不佳的室内用涂料,错用作户外的面漆涂层,同样容易产生失光、变色和粉化等漆膜弊病。从经济上来看,延长涂层的使用寿命意味着最大的节约。
涂装技术(设备及环境)的正确与否是充分发挥涂料性能的必要条件。涂装管理是确保所制定工艺的正确实施、达到涂装目的和涂膜质量的必要条件。
上述涂料、涂装技术和涂装管理这三要素是互相依存的关系,制漆(粉)技术人员、涂装工艺人员和涂装作业人员对这三要素,虽各有侧重,但都应有所了解。
涂装工艺人员不仅要熟知涂装技术及有关的基础理论,也要熟悉和研究各种涂料的性能、规格型号、施工要求、价格和国内外应用实例等。
涂装作业人员要了解所用涂料的性能、涂装工艺及涂装设备等方面的技术知识, 提高严格执行工艺文件的自觉性和责任性。
如果一个操作工人只知其然,而不知其所以然,盲目操作,就极易产生安全或质量事故,造成材料的浪费。
2、家电粉末涂装现状
2.1 家电产品的基材
一般情况下,家电产品的基材大部分都是小于1.5 mm厚度,基本上是冷轧板和镀锌板;对于≥1.5 mm 的板材,适用于户外产品或特种环境下的机组底座类零件。详细要求如下:
①厚度t≤1.5 mm (如0.5、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5 mm等)的钣金喷塑件,通常情况下应选用锌板(电镀锌或热镀锌),其表面状态为涂油;所有底盘组件或接水盘组件, 在条件允许的情况下, 优先选用热镀锌板。
特殊环境下(如盐矿地区、沿海区域等),应选用耐蚀较好的热镀锌板(锌层厚度≥275 g/m2 双面)或合金化板(铝锌/锌铁/锌铝等)加表面喷塑处理,且其表面状态只涂油。
不需涂装的内部结构件选用钝化+涂油的热镀锌板(锌层厚度≥220 g/m2 双面);
②厚度在1.5 mm<t≤2.5 mm 范围时, 原则上要求使用镀锌板。若无此规格的镀锌板时,允许用相同规格的冷轧板,但必须要进行电泳后再喷塑(即电泳+喷塑)。
 </t≤2.5 mm 范围时, 原则上要求使用镀锌板。若无此规格的镀锌板时,允许用相同规格的冷轧板,但必须要进行电泳后再喷塑(即电泳+喷塑)。
2.2 家电粉末涂装技术 
根据家电产品(如冰箱、电饭煲、抽油烟机、消毒柜等)基材不同,选取的表面涂装工艺也不同。
目前典型的家电产品表面涂装工艺采用无磷脱脂、环保型转化剂和静电粉末喷涂。
2.2.1 热镀锌板基材涂装工艺
基材为热镀锌板时的工艺流程
工件上线→热水洗(温度50 ℃/喷淋1 min)→脱脂(二次,水性无磷脂剂,温度50 ℃/喷淋2 min)→水洗(二次,常温/喷淋1 min)→转化(环保型混合转化剂)→水洗(二次, 常温/喷淋1 min)→纯水洗→水份烘干→冷却→表面喷塑→粉末固化→冷却终检→工件下线。
2.2.2 冷轧板基材涂装工艺
基材为冷轧板时工艺流程:
工件上线→热水洗(温度50 ℃/喷淋1 min)→脱脂(二次,水性无磷脂剂,温度50 ℃/喷淋2min)→水洗(二次,常温/喷淋1 min)→转化(环保型混合转化剂)→水洗(二次, 常温/喷淋1min)→纯水洗→阴极电泳(浸泡2min/30±2 ℃),→超滤水洗(二道超滤水+纯水)→电泳烘干→冷却→表面喷塑→粉末固化→冷却终检→工件下线。
2.3 家电粉末涂装设备
“工欲善其事,必先利其器”。在家电市场竞争中越来越重视产品表面质量的情况下, 涂装设备及其涂层质量的影响,引起了各企业的高度重视。
通过对涂装设备进行较大幅度的投入, 提高了家电产品的外观质量,降低了原材料和能源的消耗,改善了劳动条件,减少了环境污染,取得了良好的经济效益和社会效益。
涂装设备是指涂装生产过程中使用的设备及工具。家电涂装设备目前一般包括:前处理(脱脂、清洗、转化等)、涂料施工设备(电镀、电泳、喷漆、喷粉等)、烘干和固化设备、涂装吊挂具等。
从涂料转换成具有特殊功能的涂层,涂装设备起到了“桥梁”作用。它是涂装的“硬件部分”,也标志着涂装的工艺水平。
涂装设备为涂装系统五因素(即涂料、设备、环境、工艺和管理,简称“三硬二软”)中重要的一个环节。图2为静电粉末喷涂的进口喷粉主机设备系统示意图。
2.4 家电粉末涂装质量
要将家电产品的质量问题消灭在涂装实施的过程之中,消灭在萌芽状态,是提高涂层体系质量最重要环节。
因此,要重点做好专业涂装施工单位的质量检验与管理。操作者自检、班组长督检、质检员专检,控制好出厂质量关,可以减少涂装需求、涂装供给、涂装监理以及涂料供应商各方的纠纷和处理质量问题的工作量。
家电涂装质量的好坏与涂料、设备和涂装工艺均有关系,它直接影响家用产品的使用寿命、销售量等。
一般认为,家电产品涂装质量的好坏最终体现在涂层质量的优劣上,所以比较重视对涂层性能的检测。家电产品涂装质量主要有:涂层外观、色差、光泽、附着力、硬度和厚度等。
3、家电粉末涂装展望
近几年来,国家在发展经济建设的同时,大力提倡企业清洁生产、创建环境友好企业,注重污染防治。
家电行业又提出了“低碳减排、绿色生产”的口号,要求家电行业的涂装更关注环境保护和资源的节约, 为了达到家电行业涂装全过程的“绿色生产”,下列前瞻性技术的应用将是家电行业涂装未来发展的趋势。
3.1“绿色环保”纳米技术
纳米陶瓷硅烷复合膜技术是借鉴并复合了硅烷技术(见图3)和纳米陶瓷技术的优点而形成的。
它在一定程度上消除了纳米陶瓷体系中因处理而不断累积的氟离子(极易造成钢铁等基体锈蚀, 诱发涂层附着力下降)。
纳米陶瓷与硅烷在金属表面协同处理可得到无定形的复合膜(一般膜厚为20~200 μm,如图4所示),其涂层附着力与耐蚀性能等理化指标也可得到较大程度的改善。
该项技术替代了传统的磷化工艺,不仅减少了磷和重金属的污染,同时也节省能源,是典型的“环境友好”前处理工艺。
 
3.2“低温固化”和“超细粉”技术
家电产品的涂装要真正实现“绿色家电生产”,采用“低温固化”粉末涂料技术是关键核心所在,它不仅能够节省能源,减少有机废气(VOC)的排放,同时又能提高产量,满足大批量生产的需求。
而“超细粉”技术可以解决粉末涂料不能实现薄涂的缺点, 达到油漆同样的外观质量。
“超细粉”技术使粉末涂料平均粒径从常规的30~50 μm降低到20 μm 左右, 普通粉末产品在固化后涂层表面会出现凹凸不平, 而超细粉末涂料产品可以得到液体涂料(油漆)那样薄而平整的涂层。
表1为超细粉末涂料喷涂的产品与普通粉末涂料对比。
由表1可知,超细粉的平均厚度比普通粉末的厚度要低,但其均匀性好,因此单位面积消耗少,喷涂成本低;同时,涂层的外观质量也比普通粉末的要好(表面光滑,无明显的桔皮现象)。
3.3 机器人上下件技术
家电产品表面涂装,目前已基本实现自动喷涂,但上、下工位还没有完全实现自动化,主要原因是家电产品喷涂零件尺寸相差大和形状复杂。现在只能对批量大、且平板类的零件实现自动上下料(见图5和图6)。
随着机器人的开发应用, 相信不久的将来家电产品的表面涂装全过程实现自动操作是完全可能的。
3.4 光催化降解技术
家电产品涂装过程中会产生少量的VOC等有害物质,需对其进行处理后排放。现可采用较为先进的光催化降解技术,它采用纳米氧化钛作为催化剂(机理见图7)。该技术与目前使用的废气处理技术相比有以下特点。
(1)高效除恶臭。能高效去除挥发性有机物、无机物、硫化氢、氨气、硫醇类等主要污染物,以及各种恶臭气味。
(2)净化设备适应性强。可适应高浓度、大气量环境,可不间断连续工作,运行稳定可靠,设备成本低,占地面积小。
(3)运行成本低。该净化设备无任何机械动作,低能耗,无噪声,日常维护简便,只需作定期检查。
(4)无需预处理。涂装废气无需进行特殊的预处理,如加温、加湿等。该项技术不仅可以降解VOC,还可以达到杀菌消毒的目的,可以净化办公场所、家庭、医院、宾馆等场所的空气。
据权威专家预计,光催化在中国每年有100 亿元的市场容量,其经济效益在环境产业中将占10%。
4、结语
家电产品的涂装材料已从传统的油漆,发展到污染少、安全可靠的水性涂料和环保型、利用率高的粉末涂料,实现了家电产品的每一次涂装都将延长地球生命的“友好涂装”。
由“循环利用率高、低温固化、超细粉技术”所代表的“低能耗”,“无磷和重金属污染、纳米陶瓷硅烷、光催化降解技术”所表示的“环保性”,以及“高防腐、优异外观质量、自动化涂装”所代表的“高质量”必将成为家电行业涂装的发展趋势。
来源:珠海格力电器股份有限公司



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