環(huán)保噴涂技術(shù)在家具涂裝中的應(yīng)用研究

■羅德宇，劉培義 ■.溫州職業(yè)技術(shù)學院時尚設(shè)計系，浙江 溫州 3505;.溫州家具研發(fā)中心 浙江 溫州 3505

涂裝作業(yè)是木家具生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，是決定產(chǎn)品質(zhì)量和成本的重要因素。在眾多的涂裝作業(yè)方式中，噴涂作業(yè)由于其出眾的涂裝質(zhì)量、高效的生產(chǎn)率和良好的適應(yīng)性，仍是目前家具生產(chǎn)中最主要的涂裝方式。

然而，相對輥涂、淋涂、浸涂以及手工涂裝等其它涂裝方式，噴涂作業(yè)最大的缺點在于對涂料的浪費和環(huán)境的污染。由于噴涂作業(yè)是通過將涂料霧化成漆霧后，再噴射到被涂飾物表面來形成漆膜的，這一過程會有部分漆霧反彈或飛散到空氣中，造成涂料利用率下降;同時飛散的漆霧和溶劑會對環(huán)境造成不同程度的污染，導致作業(yè)環(huán)境和工廠周邊環(huán)境的惡化。

家具涂裝環(huán)節(jié)的有機物排放(漆霧飛散和溶劑揮發(fā))會對環(huán)境造成污染，造成作業(yè)人員的傷害。美國加州政府于1996 年頒布了《大氣凈化法則》(National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants，簡稱NESHAP)，其中特別針對家具涂裝作業(yè)做了相應(yīng)的規(guī)定，要求使用傳遞效率高(＞50%)的噴涂作業(yè)方式，提倡使用環(huán)保型涂料，以降低空氣中有害污染物的含量［1］。我國也于2014 年4 月通過了新修訂的《環(huán)境保護法》，并將于2015 年1 月1 日正式實施，新法律對環(huán)境污染的監(jiān)測、信息公開和監(jiān)管責任方面有明確的規(guī)定，加大對環(huán)境違法的懲處力度［2］。這對家具產(chǎn)業(yè)，特別在家具噴漆生產(chǎn)環(huán)節(jié)的環(huán)境控制及廢棄物排放提出現(xiàn)更高的要求，按照新的環(huán)保要求選用傳遞效率較高的噴涂設(shè)備，并進行相應(yīng)的噴涂環(huán)境改造是家具企業(yè)必須面臨的問題。

事實上，不同的噴涂霧化方式，在涂料的霧化質(zhì)量、傳遞效率、生產(chǎn)效率及對涂料和產(chǎn)品的適應(yīng)性等方面各不相同，因而如何在保證涂裝質(zhì)量和產(chǎn)量的條件下，盡可能減少涂料浪費、控制涂裝成本，這是家具噴涂系統(tǒng)設(shè)計的重要原則。

本人走訪多家中小型家具生產(chǎn)企業(yè)了解到，很多企業(yè)對最新的噴涂技術(shù)了解不多，多數(shù)企業(yè)習慣采用傳統(tǒng)的空氣噴涂方式，一把噴槍從頭做到尾，新噴槍噴面漆，用舊后霧化效果不理想時改噴底漆，很少考慮涂料的傳遞效率和環(huán)保方面的問題，因而有必要對噴涂作業(yè)的相關(guān)技術(shù)進行系統(tǒng)梳理和說明。

1 噴涂作業(yè)的霧化方式介紹

根據(jù)噴涂作業(yè)涂料的霧化方式，可分為空氣噴涂、無氣噴涂、混氣噴涂及靜電噴涂等幾類典型作業(yè)方式，各種噴涂方式對涂料的霧化原理可理解為圖1 所示，它們各有相應(yīng)的特色。

圖1 涂料的霧化方式原理圖

1.1 空氣噴涂技術(shù)

空氣噴涂是利用壓縮空氣通過噴槍的空氣噴嘴噴出時，使噴嘴前形成圓錐形的真空負壓區(qū)，在氣流的作用下將涂料抽吸出來并霧化，噴射到被涂物表面形成連續(xù)完整涂層的一種涂飾方法，所以又稱氣壓噴涂［3］?？諝鈬娡渴菤v史最悠久，是使用最廣泛的作業(yè)方式，已發(fā)展多種不同技術(shù)特性的霧化方式。

(1)傳統(tǒng)空氣噴涂技術(shù)(conventional air spray):傳統(tǒng)的空氣噴涂供氣壓力通常為0.3～0.6Mpa，霧化壓力為0.25Mpa，這種較高的霧化壓力對涂料的霧化效果好，涂膜質(zhì)量好，設(shè)備簡單投資低，操作調(diào)節(jié)方便，對涂料及涂裝對象的適應(yīng)范圍廣。但較高的霧化壓力會使霧化后的涂料流速很快，當涂料快速地噴射在工件表面時，就會產(chǎn)生一定的反彈形成過噴，降低了涂料的傳遞效率(通常只有20%～35%)，既造成涂料的浪費，又產(chǎn)生不必要的環(huán)境污染。

(2)HVLP 噴涂技術(shù):20 世紀90 年代發(fā)明的大流量低壓力噴涂技術(shù)(即High Volume Low Pressure)可通過降低噴槍的霧化壓力來達到減少涂料的反彈及過噴的目標，改善了普通空氣噴涂傳遞效率低的缺點。HVLP 噴槍霧化涂料的動力不是靠壓縮空氣的壓力而是流量，進氣壓力只要0.2MPa，風帽處的霧化壓力不到0.07Mpa，因而，作業(yè)時涂料的噴射速度大大降低，減少了漆霧的反彈和浪費，涂料的傳遞效率可達65%以上。但同時須增加空氣流量來補償壓力損失達到霧化所需的能量，空氣耗用量大，能耗增加;且由于HVLP 的霧化壓力低，通常只適合低黏度的涂料(小于18’)，否則便無法將油漆完全霧化，且生產(chǎn)效率相對較低，從而限制了HVLP 的應(yīng)用范圍。

(3)LVMP 噴涂技術(shù):結(jié)合傳統(tǒng)噴槍及HVLP 的優(yōu)缺點，美國DEVILBISS 公司于2000 年發(fā)明了中壓低流量空氣噴涂技術(shù)(即Low Volume Medium Pressure)，通過獨特的空氣帽及槍體結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得涂料的霧化效果優(yōu)于HVLP，LVMP 噴槍的進氣壓力為0.25Mpa，風帽處的霧化壓力約為0.12MPa，耗氣量比傳統(tǒng)空氣噴槍還要少，且涂料霧化后的漆霧均勻穩(wěn)定，速度更低，涂料的傳遞效率可高達72%。LVMP 噴槍在操作上與傳統(tǒng)空氣噴涂非常接近，而且對涂料黏度的適應(yīng)性也很好。

1.2 高壓無氣噴涂技術(shù)

高壓無氣噴涂技術(shù)［4］(AL，Airless)是利用高壓泵對涂料施加7.5～30Mpa(常用10～25Mpa)的高壓，使其高速通過特制的橄欖形噴嘴噴出，這種高壓的漆流沖出噴嘴進入大氣時，立即劇裂膨脹并碎裂為極細的漆霧，同時涂料速度降到1.2/s 左右，通過壓力差使涂料霧化成微細的粒子再噴射到制品表面，形成均勻的涂膜。高壓無氣噴涂由于壓力大，因而特別適合黏度大或高固體份的涂料，且涂料流量大，生產(chǎn)效率高。由于噴涂時不含壓縮空氣，涂料漆霧反彈少，傳遞效率較傳統(tǒng)空氣噴涂要高，對環(huán)境污染小。但無氣噴涂對涂料的霧化效果一般，出漆量只能通過噴嘴大小控制，不能隨機調(diào)節(jié)，涂噴流量大，不適合涂裝小面積工件或薄層涂膜。

1.3 混氣噴涂技術(shù)

法國Kremlin 公司稱混氣噴涂(Airmix)，美國GRACO 公司稱空氣輔助高壓無氣噴涂(AA，Assistant Airless)，結(jié)構(gòu)有所差異，但原理基本一致，是在空氣噴涂與高壓無氣噴涂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來一種新的噴涂方式，其涂料供給系統(tǒng)與高壓無氣噴涂類似，但將涂的供給壓降低到3～10MPa，通過高壓無氣方式完成涂料的初步霧化，然后再施加0.05～0.15MPa 的少量空氣作用于霧化涂料出口兩側(cè)進行二次徹底霧化，此時的漆霧霧化效果好且非常柔和，油漆的過噴反彈很少，涂料的傳遞效率較空氣噴涂及無氣噴涂都有顯著提高，最高可達81%。而且，風帽處的空氣除改善霧化效果外，還能夠調(diào)節(jié)噴漆束的形狀以適應(yīng)不同形狀的零部件［5］。混氣噴涂技術(shù)既有無氣噴涂的高效率，又有空氣噴涂較好的表面質(zhì)量，還能提高涂料的傳遞效率，被越來越多地應(yīng)用于家具、工程機械等各種涂裝領(lǐng)域。

1.4 靜電噴涂技術(shù)

靜電噴涂的原理是利用電暈放電現(xiàn)象，將被涂飾的制品連接高壓直流電極(60～100KV)正極，而將噴具接電極負極，這樣在噴具與被涂飾的制品之間就產(chǎn)生高壓靜電場。涂料經(jīng)噴具霧化噴出后，涂料微粒被賦上負電荷，在電力場的作用下，沿電力線方向快速飛向被涂飾物體表面，并被均勻地吸附。由于涂料是在電場內(nèi)移動，與被涂飾表面之間存在引力，所以噴涂時涂料損失很少，傳遞效率顯著提高，最高可達95%以上。

靜電噴涂技術(shù)可與現(xiàn)有各類噴涂方式結(jié)合起來使用，理論上可提高30%左右的傳遞效率，是實現(xiàn)環(huán)保作業(yè)的有效手段。除此之外，靜電噴涂還有其獨特的霧化方式，常見的有旋杯和旋蝶兩種機械靜電噴具，即通過高速離心力將帶電涂料甩出進行初步霧化，再通過靜電斥力進行二次霧化，然后借助靜電場力將霧化的涂料料子吸附到工件表面。

但由于受法拉弟籠效應(yīng)的影響，涂料容易被吸引到被涂物的最外端，因而不適合帶深腔或復雜形狀的產(chǎn)品;靜電噴涂對涂料及溶劑的電阻率有相應(yīng)的要求，設(shè)備結(jié)構(gòu)相對復雜，對系統(tǒng)安裝、作業(yè)環(huán)境及施工技術(shù)要求嚴格，且設(shè)備投資大，主要適合大批量作業(yè)的自動吊裝噴涂線。

2 參數(shù)比較與噴涂方式選用

上節(jié)介紹的幾種噴涂霧化方式，在涂料的傳遞效率、能耗、生產(chǎn)效率及對涂料黏度的適應(yīng)性方面存在差異，表1 是對各噴涂作業(yè)方式的簡要比較說明。

表1 主要噴涂方式比較

在噴涂生產(chǎn)線設(shè)計或噴涂設(shè)備選用時，應(yīng)根據(jù)企業(yè)的規(guī)模、產(chǎn)品特性、涂料類別及各噴涂工序的特點，在滿足涂裝質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，盡可能選用高效、環(huán)保、方便的噴涂作業(yè)方式。主要原則可歸納如下:

(1)噴涂質(zhì)量必須符合工序要求:涂料的黏性及噴涂作業(yè)時的霧化方式會直接影響涂料的霧化效率，這是影響涂裝質(zhì)量的主要因素，根據(jù)涂料的性能選擇符合質(zhì)量要求的噴涂方式是涂裝設(shè)備選擇的前提條件。

(2)噴涂效率要與工序耗漆量相適應(yīng):在整個涂裝過程中，不同工序的耗漆量不同，對噴涂作業(yè)的效率要求也不同，應(yīng)根據(jù)需要選用相應(yīng)生產(chǎn)效率的噴涂方式和噴槍，以保證噴涂過程的產(chǎn)能平衡。

圖3 噴涂方式的霧化效果及生產(chǎn)效率比較

圖3 顯示的是各噴涂方式的霧化效果和生產(chǎn)效率的關(guān)系圖，可作為選用噴涂方式的依據(jù)之一。通常著色工序通常涂料黏度低、耗漆量較少、對噴涂質(zhì)量要求最高，且涂裝過程中還要求加入噴涂技術(shù)人員的經(jīng)驗判斷來保證最終產(chǎn)品色澤的一致性，因而應(yīng)優(yōu)先選用空氣噴涂方式;底漆通常填料成份多、黏度較高、噴漆量大，對涂料的霧化質(zhì)量要求相對較低，因而可考慮選用混氣噴涂或無氣噴涂;面漆樹脂成份多、黏度適中、噴漆量大且對涂裝質(zhì)量相求高，因而可選用混氣噴涂或LVMP噴涂等。

(3)作業(yè)環(huán)境須達到相應(yīng)的環(huán)保要求，盡可能選用傳遞效率高的噴涂方式:低傳遞效率的噴涂方式會直接影響涂料的利用率，使得VOC及廢棄物排放超標，導致噴涂現(xiàn)場的環(huán)境污染和廢棄物處理困難。因而，在人們對環(huán)保問題越來越重視的今天，選擇傳遞效率更高的噴涂作業(yè)方式已成為一種必然選擇。

(4)考慮到生產(chǎn)調(diào)節(jié)和換線的方便性:一般來說，空氣噴涂作業(yè)方式調(diào)節(jié)更為靈活，而混氣、無氣和靜電噴槍噴涂操作時的靈活性相對較差，因而，應(yīng)根據(jù)各產(chǎn)品或工序的作業(yè)特點來選用合適的噴涂方式和相關(guān)設(shè)備。例如整裝式家具由于形狀較復雜，需要采取調(diào)節(jié)更為靈活的空氣噴涂方式;而板件類產(chǎn)品(如木門、拆裝式平面部件等)相對簡單，可以考慮傳遞效率高、生產(chǎn)效率高的混氣噴涂方式。

(5)綜合考慮設(shè)備的投入成本和運行成本:不同噴涂系統(tǒng)的設(shè)備投入成本會存在較大的差異，通?？諝鈬娡客度胼^小，混氣噴涂及無氣噴涂次之，靜電噴涂則投入最高。但不同作業(yè)方式的涂料利用情況不同，設(shè)備的維護成本及能源的耗用成本也有差異，因而，企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模等因素，比較不同噴涂方式的初次投入成本和長期運行成本，尋求較經(jīng)濟的噴涂作業(yè)方式。

當然，在實際噴涂生產(chǎn)線設(shè)計時，除選用噴涂霧化方式選擇外，還應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品、產(chǎn)量、涂料、工藝特點等實際情況，確定噴涂生產(chǎn)線的自動化程度、涂料的供漆方式及具體噴槍的型號。

3 家具企業(yè)涂裝設(shè)計應(yīng)用舉例

下面以一條中等規(guī)模的美式涂裝流水線為例來簡要說明噴涂方式選用的基本方法。美式家具涂裝多采用整裝結(jié)構(gòu)地盤流水線，全過程采用人工噴涂的作業(yè)方式，其基本工藝流程為:拼色→整體著色→膠固底漆→仿古漆→頭度底漆→干刷、造影→二度底漆→頭度面漆→布印、馬尾、噴點→二度面漆→修色→三度面漆→修補。在板件油漆封邊或?qū)嵣嵫b過程中，還會用到封閉底漆等工序。

(1)封閉底漆一般填料較多，黏度大，多用于MDF 油漆封邊，或?qū)嵣垦b時的封閉打底工序，通常油漆耗用量大，需要重視涂料的利用率。油漆封邊時被涂飾物一般面積小，要求操作時噴槍調(diào)節(jié)方便，此時應(yīng)重點考慮選用LVMP 噴涂技術(shù);相應(yīng)，實色涂裝被涂物面積較大，對效率要求更高，此時應(yīng)優(yōu)先考慮選用混氣噴涂技術(shù)。

(2)拼色和著色工序一般涂料黏度低，用量少，但對涂裝質(zhì)量要求很高，且作業(yè)過程中要求發(fā)揮工人的技術(shù)水平，根據(jù)材質(zhì)特點進行靈活調(diào)節(jié)，所以該工序一般選用霧化效果好、調(diào)節(jié)方便的空氣噴涂作業(yè)方式:拼色時可選用HVLP 或LVMP，整體著色時可選用LVMP 或傳統(tǒng)空氣噴涂。

(3)膠固底漆、底漆和面漆通常黏度較低或適中，工序耗漆量多，要求噴涂均勻，此工序是實現(xiàn)環(huán)保涂裝的重點，因而應(yīng)優(yōu)先采用混氣噴涂和LVMP 等傳遞效率高的作業(yè)方式，有時為保證面漆質(zhì)量，最后一道面漆也可采用傳統(tǒng)的空氣噴涂技術(shù)。

(4)仿古漆通常黏度很高，噴涂只為提高上漆效率，主要涂裝作業(yè)是通過手工擦涂來完成的。間歇式作業(yè)時可完全手工作業(yè)，流水線作業(yè)時應(yīng)采用無氣噴涂。

(5)噴點作業(yè)通常耗漆量非常少，且對噴涂效果有特殊的要求，一般采用專用的噴點槍，屬于低端空氣噴槍。

(6)修色及補色是涂裝作業(yè)的輔助工序，通常采用有色面漆和清面漆，黏度低、耗漆量少，要求噴槍霧化效果好且操控靈活，通常選用HVLP 噴槍。

需要說明的是，家具手工噴涂作業(yè)時一般很少考慮采用靜電噴涂，但采用吊線噴涂腳柱或平面部件時，可考慮將膠固底漆、底漆及面漆等工序設(shè)置為靜電涂裝。

4 結(jié)論

隨著現(xiàn)代噴涂技術(shù)的發(fā)展，各種噴涂設(shè)備的類別越來越豐富，制造精度越來越精良，給家具企業(yè)實施環(huán)保型的噴涂作業(yè)提供了便利。當然，同一項噴涂技術(shù)，不同設(shè)備制造商制作的設(shè)備或不同型號的產(chǎn)品，具體性能參數(shù)也會有所區(qū)別;即使相同的噴涂設(shè)備和系統(tǒng)，在不同企業(yè)使時的效果也會不同。因而，企業(yè)應(yīng)從自身的實際出)發(fā)，在全面評估的基礎(chǔ)上，選用適合自的的環(huán)保噴涂作業(yè)方式和相關(guān)設(shè)備，盡可能做到環(huán)保、高效、經(jīng)濟、方便。

［1］美國環(huán)保署，Wood furniture manufacturing operations NESHAP implementation document.

［2］中國質(zhì)量新聞網(wǎng)，新環(huán)保法實施震懾家具企業(yè)環(huán)境污染，2014/05/18.

［3］張志剛，石煒.空氣噴涂技術(shù)的革新及應(yīng)用［J］.家具，2006/01.

［4］黃大江.無氣噴涂技術(shù)及其應(yīng)用［J］.涂裝與電鍍，2008/01.

［5］李暉，杜國柱.家具涂裝之環(huán)保尖兵-介紹空氣輔助式無氣噴涂［J］.室內(nèi)設(shè)計與裝飾，2000/05.