大型拖拉機底盤水性漆涂裝事故分析及對策

康惠春*，蔡安克，徐洪川，馬春慶，劉霞（.第一拖拉機股份有限公司工藝材料研究所，河南 洛陽 47004；.第一拖拉機股份有限公司第三裝配廠，河南 洛陽 47004）

?

大型拖拉機底盤水性漆涂裝事故分析及對策

康惠春1,*，蔡安克1，徐洪川2，馬春慶1，劉霞1
（1.第一拖拉機股份有限公司工藝材料研究所，河南 洛陽 471004；2.第一拖拉機股份有限公司第三裝配廠，河南 洛陽 471004）

作者聯(lián)系方式：(E-mail) hchk878@163.com。

摘要：介紹了大型拖拉機底盤水性漆涂裝線輸、調(diào)漆系統(tǒng)及水性漆的性能參數(shù)，分析了輸漆泵發(fā)生磨損的原因，提出了解決措施：輸漆泵和調(diào)漆桶應(yīng)采用具有防腐性能的304L或316不銹鋼材質(zhì)，而且其內(nèi)表面要進(jìn)行電解拋光，以防油漆結(jié)皮和未拋光的氧化皮污染油漆；噴漆前先對涂料進(jìn)行過濾，以防異物混入而損壞輸、調(diào)漆泵；采用特定的液位控制系統(tǒng)和控溫裝置，以保證涂料的穩(wěn)定供給，避免涂料干結(jié)。對水性漆的涂裝生產(chǎn)管理和維護(hù)方法給出了建議。

關(guān)鍵詞：拖拉機底盤；水性漆；涂裝；輸漆系統(tǒng)；調(diào)漆泵；磨損

First-author’s address: Technology and Materials Research Institute, YTO Group Corporation, Luoyang 71003, China

十幾年來，伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國的大氣及水土資源受到了嚴(yán)重污染，已經(jīng)危及到了人們的生存環(huán)境。近幾年中國政府相繼制定了《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》、《大氣污染防治行動計劃實施情況考核辦法(試行)實施細(xì)則》，2015年環(huán)保部頒布并實施了被稱為我國史上最嚴(yán)的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》。法規(guī)對環(huán)保要求日趨嚴(yán)苛，表明了政府治污的堅定決心。自中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T 293－2006《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 汽車制造業(yè)(涂裝)》頒布以來，我國新建乘用車涂裝生產(chǎn)線多采用水性漆涂裝工藝，目前已有20余條水性漆涂裝生產(chǎn)線。中國一拖2010年以來規(guī)劃設(shè)計的大型拖拉機底盤涂裝線等多條涂裝線也陸續(xù)采用了水性漆工藝，從生產(chǎn)源頭上控制污染物的產(chǎn)生，履行了企業(yè)應(yīng)盡的社會責(zé)任。

本文通過大型拖拉機底盤涂裝過程中水性漆輸調(diào)漆泵事故分析及解決措施進(jìn)行總結(jié)，希望對同行認(rèn)識和了解水性漆的特性及使用狀況有所幫助，避免類似的事故再次發(fā)生。

1 大型拖拉機底盤涂裝事故描述

該水性漆涂裝線原定調(diào)試一個月，試生產(chǎn)3個月后達(dá)到設(shè)計單班30 000臺的滿負(fù)荷產(chǎn)能，但在涂裝線試生產(chǎn)2個月時市場旺季到來，涂裝線超負(fù)荷運轉(zhuǎn)(單班8 h改為12 h)，生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)泵運行和噴槍出漆量異常。檢查發(fā)現(xiàn)，主泵的軸、內(nèi)壁、法蘭和活塞均出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，見圖1a?1d。泵后過濾袋中有大量黃色片狀剝落物(見圖1e)。

圖1 主泵軸、內(nèi)壁、法蘭和活塞磨損后及剝落物的照片F(xiàn)igure 1 Photos showing the worn axis of main pump, inner wall, flange and piston and the exfoliations

2 大型拖拉機底盤涂裝線輸、調(diào)漆系統(tǒng)簡介[1-2]

大型拖拉機底盤涂裝線采用FANUC機器人配以Kemulin集中供漆混氣噴涂系統(tǒng)，噴涂單組分丙烯酸底面合一水性漆，分自動噴漆和人工補漆工位。

自動噴涂區(qū)域在輸送線的兩側(cè)各設(shè)2臺機器人(見圖2a)，接收MES生產(chǎn)計劃指令自動噴涂不同機型；手動噴涂區(qū)域在輸送線的兩側(cè)各設(shè)1個手動噴涂工位，用于新產(chǎn)品試生產(chǎn)或補漆。

混氣噴涂所需的油漆采用1條主管循環(huán)的高壓(耐壓120 bar)集中供漆系統(tǒng)供給，手動空氣噴涂補漆工位所需的油漆則采用1條主管循環(huán)的低壓(耐壓60 bar)集中供漆系統(tǒng)供給。所有噴涂工位所需的清洗溶劑采用1條盲端的溶劑集中輸送系統(tǒng)輸送到相應(yīng)的工位。調(diào)漆間內(nèi)安裝輸送泵、不銹鋼料桶、油漆桶、溶劑桶、主管路的調(diào)壓閥、背壓閥等設(shè)備。

油漆經(jīng)過相應(yīng)的黏度、壓力調(diào)整后被管路輸送到相應(yīng)的噴涂工位，然后回流到不銹鋼儲漆桶；溶劑也被管路輸送到各噴涂工位。

調(diào)漆采用200 L的油漆原包裝桶，配備1臺夾桶式的攪拌器，在調(diào)漆時攪拌以提高調(diào)漆效率；調(diào)整好黏度的油漆通過1臺氣動雙隔膜泵導(dǎo)入200 L的不銹鋼儲漆桶，并通過低剪切的攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?。高?最大輸出壓力120 bar，下同)輸送泵及低壓(最大輸出壓力24 bar，下同)輸送泵的出口均設(shè)不銹鋼涂料過濾器，過濾后的涂料經(jīng)過軟管與主管路連接，輸送至噴涂工位。

清洗采用200 L的原包裝桶，輸送泵采用中壓(最大輸出壓力96 bar)輸送泵，泵的出口同樣設(shè)不銹鋼過濾器，過濾后的溶劑經(jīng)過軟管與主管路連接進(jìn)行管路的清洗。

主高壓輸送泵選用20.220F Flowmax全密封不銹鋼大流量泵，采用長時間工作而不結(jié)冰的Turbo?技術(shù)外置換向馬達(dá)，涂料的輸出平穩(wěn)、無脈沖。

低壓輸送泵選用主要用于低壓集中供漆系統(tǒng)等大流量場合的04.120F不銹鋼柱塞泵，溶劑輸送泵選用16.120F不銹鋼柱塞泵，使用0.2 bar的進(jìn)氣壓力低壓啟動，性能絕佳。

3 大型拖拉機底盤涂裝線用水性漆的特點

3. 1 主要技術(shù)參數(shù)

底盤水性丙烯酸環(huán)氧酯漆的技術(shù)參數(shù)包括：(1)施工黏度──40 ～ 50 s(涂?4杯，25 °C，下同)；(2)噴涂工件──大型拖拉機底盤，規(guī)格4 500 mm × 2 600 mm × 1 600 mm；(3)生產(chǎn)節(jié)拍──1.5 ～ 2.0 min/件；(4)膜厚要求──一遍噴涂25 ～ 35 μm(干膜)，濕膜60 ～ 80 μm(估算值)。

3. 2 低VOC(揮發(fā)性有機化合物)排放

水性漆是以水代替溶劑作為分散劑、稀釋劑，與傳統(tǒng)溶劑漆70%左右的VOC含量相比，水性漆只有10%左右的VOC含量，可以達(dá)到清潔生產(chǎn)的VOC排放要求。

3. 3 施工黏度高

水性漆的施工黏度比溶劑型漆高，水性漆的黏度一般為(40 ± 5) s，比傳統(tǒng)溶劑型油漆黏度高20 ～ 30 s。因此，它具有以下特點：(1)呈黏稠狀，流動性較差；(2)在主循環(huán)管路中的流速為0.3 m/s，約為溶劑型漆流速的一半；(3)所需的供漆壓力較高，約為60 bar。

3. 4 溫度影響大

水性漆的黏度隨溫度的變化較大。圖3是北京金匯利公司提供的含量為90%的水性丙烯酸環(huán)氧酯漆的黏度－溫度曲線(用旋轉(zhuǎn)黏度計測得)?？梢姡?dāng)溫度從15 °C升至22 °C時，黏度逐漸下降；當(dāng)溫度從25 °C升至40 °C時，黏度從6 Pa·s迅速降到3 Pa·s。

3. 5 低揮發(fā)率

水性漆表面張力大，蒸發(fā)潛熱較高，水揮發(fā)所需能量比溶劑漆高5倍以上，施工環(huán)境的溫度、濕度和空氣流動性都會影響水性漆的揮發(fā)速率，所以需要設(shè)置熱流平或閃干工藝加速水分蒸發(fā)。

3. 6 腐蝕性強

由于水性漆導(dǎo)電率高，導(dǎo)電性好，呈弱堿性，易出現(xiàn)電蝕反應(yīng)，對輸漆管路、調(diào)漆桶等系統(tǒng)的腐蝕作用強，容易造成金屬溶解，導(dǎo)致設(shè)備故障和漆膜產(chǎn)生麻點。

3. 7 觸變特性

水性漆的觸變性表現(xiàn)在其黏度隨剪切力的變化較大。圖4是PPG公司提供的剪切速率對某型號水性漆的黏度的影響?？梢?，在靜止?fàn)顟B(tài)儲存時，涂料的黏度最高，為1 000 Pa·s；隨著攪拌和泵送等剪切力的作用，可以達(dá)到較低的施工黏度，即0.1 ～ 1.0 Pa·s；噴涂到工件上后剪切力消除，黏度會逐漸恢復(fù)到施工前的水平。

圖3 某水性漆的黏度隨溫度的變化曲線Figure 3 Variation curve for viscosity of a water-based paint with temperature

圖4 剪切速率對某水性漆黏度的影響Figure 4 Influence of shear rate on viscosity of a water-based paint

3. 8 低揮發(fā)率

在設(shè)計和使用過程中應(yīng)重視水性漆與有機溶劑漆的稀釋劑揮發(fā)特性的不同，可通過在噴漆室增加除濕，烘干前增加閃干、熱流平加速水性漆水分的蒸發(fā)等措施，避免產(chǎn)生氣泡、痱子等缺陷。

4 主泵磨損原因分析及對策

4. 1 主泵磨損原因分析

(1) 調(diào)漆桶不防腐。為了降低投資成本，集中供漆系統(tǒng)調(diào)漆桶設(shè)計要求可以使用油漆原包裝桶。沒有明確安裝過程中應(yīng)使用耐腐蝕的水性漆原包裝桶。由于水性漆pH ＞8，屬于弱堿性，在底盤涂裝線生產(chǎn)過程中，油漆原包裝桶液位以上部分桶壁受堿腐蝕，使銹蝕產(chǎn)生的金屬剝落物隨水性漆進(jìn)入儲漆桶，在噴漆過程中被吸入主泵中，從而造成主循環(huán)泵磨損。

(2) 調(diào)漆桶缺少密封、液位控制功能。油漆原包裝桶沒有采取密封和液位控制措施，容易造成液面上部桶壁的水性漆結(jié)皮。

4. 2 對策[3]

將調(diào)漆桶更換為與儲漆桶同樣材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的不銹鋼桶，控制調(diào)漆桶液位和進(jìn)行密封，避免漆皮產(chǎn)生；在進(jìn)入儲漆桶前增加袋式過濾器，以免異物存在而損壞主泵；控制調(diào)漆間和輸調(diào)漆系統(tǒng)的溫度，以免水性漆黏度隨溫度變化而波動，影響使用。具體措施如下。

(1) 防腐蝕：由于水性漆對輸漆系統(tǒng)的腐蝕作用強，因此應(yīng)采用304L或316不銹鋼的輸漆泵和調(diào)漆桶，以避免涂料對循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備及管路的腐蝕，保證系統(tǒng)可靠運行。

(2) 低剪切：為防止涂料沉淀和使用時留下死角，水泵、攪拌器等均采用低剪切裝置，管道、接頭均應(yīng)光滑，以便消除水性漆因黏度大而對涂料性能造成的影響。為降低阻力，水性漆輸漆管路的管徑要比溶劑漆輸漆管路大：主管直徑16 mm，支管直徑10 mm，流速大于18 m/min。

(3) 表面拋光輸漆泵和調(diào)漆桶的內(nèi)表面要電解拋光至表面粗糙度小于0.05 μm，一方面阻止因內(nèi)表面不光滑而油漆結(jié)皮，另一方面防止未拋光的氧化皮污染油漆。

(4) 涂料過濾：空氣噴涂用180 ～ 200目濾袋過濾，混氣噴涂用220目濾袋過濾，防止異物進(jìn)入輸、調(diào)漆泵。

(5) 液位控制：水性漆液位下降后，附著在容器壁上的涂料，由于水分揮發(fā)，容易產(chǎn)生結(jié)皮或粉末剝落，并且不能通過添加新涂料消除，從而影響涂裝質(zhì)量。因此應(yīng)采用特殊的液位控制系統(tǒng)，以保證涂料的穩(wěn)定供給，避免干結(jié)。

(6) 溫度控制：高品質(zhì)的涂料輸送必須保證恒定的涂料溫度，高裝飾涂裝的輸調(diào)漆系統(tǒng)最好用管中管來精確控制溫度，一般涂裝可采用夾套式溫控裝置。調(diào)漆間也需要具備恒溫、恒濕的條件，以防止涂料結(jié)冰或過熱，調(diào)漆間的溫度應(yīng)低于調(diào)漆桶內(nèi)涂料的溫度，避免調(diào)漆因水分蒸發(fā)而干結(jié)，造成涂料結(jié)皮。

(7) 清洗系統(tǒng)：一般涂裝的水性漆清洗系統(tǒng)采用純水清洗或水性漆專用清洗劑系統(tǒng)清洗；高裝飾涂裝的清洗液由純水和親水溶劑組成，純水和親水溶劑各自用一套氣動隔膜泵打到清洗溶劑混合罐中，經(jīng)攪拌后再由液壓泵將混合溶劑打到各使用點。與溶劑漆清洗系統(tǒng)相比，清洗系統(tǒng)增加了純水泵(含水罐)、溶劑泵(含溶劑罐)和溶劑液壓泵(含溶劑罐、攪拌器等)各1套。

(8) 管路設(shè)計與維護(hù)：最好采用兩線循環(huán)或三線循環(huán)，其主管、支管均參與循環(huán)，不易沉淀。

4. 3 注意事項

(1) 水性漆儲存：水性漆要在5 ～ 30 °C下儲存，調(diào)漆間需要具備恒溫、恒濕的條件，以防止涂料結(jié)冰或過熱，保證涂料的穩(wěn)定性。

(2) pH控制：由于水性涂料只有在一定的pH范圍內(nèi)才比較穩(wěn)定，因此水性漆要求控制pH，需增加pH監(jiān)控設(shè)備。

(3) 班清洗：每班工作結(jié)束，用清水沖洗泵和管道，直至沖走所有未干涂料，然后用能與水混溶的溶劑把水沖出系統(tǒng)。千萬不要在設(shè)備管道中還有水性涂料的時候用溶劑沖洗設(shè)備，因溶劑會使水性涂料凝結(jié)在設(shè)備管道和泵中而無法用水或溶劑沖走。

(4) 周點檢：應(yīng)每周對泵頻進(jìn)行點檢。一旦泵頻超過規(guī)定次數(shù)(一般不超過15次/min)，就需檢查泵的密封是否存在問題(如更換密封)。若泵頻放慢，則應(yīng)檢查過濾是否堵塞或泵是否磨損。

(5) 設(shè)備投入使用之前：應(yīng)先啟動攪拌器，對漆液攪拌約10 min后，再啟動漆液循環(huán)泵．使漆液在管內(nèi)循環(huán)30 min后，再用噴槍噴涂。

(6) 正常生產(chǎn)期間：下班后應(yīng)讓泵浦處于循環(huán)工作狀態(tài)，泵頻調(diào)低一半；第二天工作時，將泵頻緩慢調(diào)至正常工作狀態(tài)，并讓油漆在管道內(nèi)循環(huán)15 ～ 20 min，方可開始工作。這樣可以減少能耗，同時減輕對油漆的剪切作用。

(7) 節(jié)假日：放假時間較長(＞3 d)時，必須保證泵浦3 d內(nèi)循環(huán)一次，時間在20 min左右，以防止油漆在管道內(nèi)沉淀。

(8) 噴槍、主管維護(hù)：每天工作完畢，各噴手應(yīng)將噴槍保險打開，并將噴嘴及空氣帽取下，用牙刷蘸溶劑仔細(xì)清洗，防止堵塞，以免影響噴槍的霧化效果。建議每6個月使用水性漆專用清洗劑全面清洗主管一次，以免涂料粘于結(jié)管壁，引起輸送壓力波動，使涂料霧化效果變差。

5 結(jié)語

隨著我國環(huán)保形勢的日益嚴(yán)峻，我國政府針對VOC限排出臺了一系列法規(guī)和政策，促使企業(yè)不斷采用低VOC環(huán)保涂料。水性漆因其綠色環(huán)保的特性，逐漸被我國涂裝企業(yè)認(rèn)可和推廣。由于我國對水性漆特性的基礎(chǔ)研究及其施工應(yīng)用研究還處在摸索階段，針對水性漆特性及應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)尚待建立和完善，因此應(yīng)用水性漆的企業(yè)及時分享使用經(jīng)驗，有助于推動我國水性漆技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙意華, 姚銘. 涂裝線集中輸、調(diào)漆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和循環(huán)方式[J]. 汽車工藝與材料, 2011 (2): 57-62.

[2] 康惠春, 王建軍, 馬春慶, 等. 大型拖拉機底盤機器人自動噴涂集成系統(tǒng)[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2012, 15 (7): 59-62, 64.

[3] 康惠春, 谷書偉, 徐洪川, 等. 綠色高效的大輪拖底盤涂裝工藝[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2014, 17 (10): 34-38.

[ 編輯：周新莉 ]

美國《劍橋科學(xué)文摘》中17個數(shù)據(jù)庫收錄《電鍍與涂飾》雜志

根據(jù)2015年公布的最新數(shù)據(jù)，《電鍍與涂飾》雜志被美國《劍橋科學(xué)文摘》（CSA）中17個數(shù)據(jù)庫收錄，

這些數(shù)據(jù)庫分別為：

(1) 先進(jìn)宇航宇航技術(shù)數(shù)據(jù)庫

（Advanced Technologies Database with Aerospace）

(2) 宇航數(shù)據(jù)庫（Aerospace Database）

(3) 鋁工業(yè)文摘（Aluminum Industry Abstracts）

(4) 新技術(shù)及工程文摘

（ANTE: Abstracts in New Technology & Engineering）

(5) 土木工程文摘（Civil Engineering Abstracts）

(6) 計算機與信息系統(tǒng)文摘

（Computer and Information Systems Abstracts）

(7) 銅技術(shù)參考文庫

（Copper Technical Reference Library）

(8) 腐蝕文摘（Corrosion Abstracts）

(9) 工程技術(shù)研究數(shù)據(jù)庫（Engineering Research Database）

(10) 電子與通訊文摘

（Electronics and Communications Abstracts）

(11) 工程材料文摘（Engineered Materials Abstracts）

(12) 材料研究數(shù)據(jù)庫（Materials Research Database）

(13) 材料商行文件（Materials Business File）

(14) 金屬文摘（METADEX）

(15) 機械與運輸工程文摘

（Mechanical & Transportation Engineering Abstracts）

(16) 固態(tài)與超導(dǎo)文摘

（Solid State and Superconductivity Abstracts）

(17) 技術(shù)研究文摘（Technology Research Database）

Analysis and countermeasures of coating accident of water-based paint for large tractor chassis

KANG Hui-chun*, CAI An-ke, XU Hong-chuan, MA Chun-qing, LIU Xia

Abstract:The fluid delivery and blending systems of water-based painting line for large tractors chassis and the properties of water-based paint were introduced. The causes for wearing of paint fluid delivery pump were analyzed and some corresponding solutions were presented as follows: the paint fluid delivery pump and paint blender should be made of corrosion resistant 304L or 316 stainless steel and their inner surface should be polished to prevent the paint from crusting and being contaminated by unpolished oxide film; the paint should be filtered before spraying to prevent extraneous substances from getting in and damaging the paint fluid delivery and blending pumps; using specific level control system and temperature control device to ensure a stable paint supply and avoid paint drying and caking. Some advises on production management and maintenance for water-based paint coating were given.

Keywords:tractor chassis; water-based paint; coating; fluid delivery system; blender; wear

中圖分類號：TQ639

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1004 － 227X (2016) 02－ 0088－ 05

作者簡介：康惠春（1963－），女，河南洛陽人，工程碩士，高級工程師，主要負(fù)責(zé)新工藝裝備的研究、開發(fā)工作，擅長涂裝工藝裝備的設(shè)計和工程項目管理。

收稿日期：2015－07－08 修回日期：2015－08－31