自動(dòng)噴涂過程中涂料攪拌的問題與解決方案

丁一峰，黃海平，胡 輝 （上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

目前市場上的很多涂料都是雙組分的。雙組分涂料是指涂料分為甲組分和乙組分，且分開包裝，使用前先將兩個(gè)組分按一定的比例混合，再進(jìn)行噴涂，通過兩個(gè)組分之間的相互反應(yīng)來固化成膜。通常甲組分被稱為涂料的基料，乙組分被稱為涂料的固化劑，起到交聯(lián)固化的作用。在施工前，必須要將雙組分涂料攪拌均勻，這是因?yàn)殡p組分涂料在固化的過程中，任意組分過多或者過少，都會(huì)影響固化效果，而攪拌不均勻，就會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域組分過多或者過少，從而影響噴涂質(zhì)量。有些涂料不僅在噴涂前需要進(jìn)行攪拌，而且在噴涂過程中也要不斷進(jìn)行攪拌，尤其是富鋅底漆。富鋅底漆是鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)中非常常見的一種涂料，它主要利用鋅粉的陰極保護(hù)作用來防止基材腐蝕，其因防腐效果優(yōu)異而受到業(yè)主的青睞。在上海建工（江蘇）鋼結(jié)構(gòu)有限公司（以下簡稱“我司”）近年所涉及的項(xiàng)目中，絕大部分鋼結(jié)構(gòu)所使用的底漆為環(huán)氧富鋅底漆和水性無機(jī)富鋅底漆，其中水性無機(jī)富鋅涂料對鋼結(jié)構(gòu)表面處理的要求更高［1］。富鋅底漆防腐蝕效果雖好，但也存在一個(gè)弊端，其中的鋅粉容易沉淀，尤其是對于鋅粉含量高的富鋅底漆更是如此。

底漆中鋅含量的高低是衡量其是否具有長效防腐能力的重要指標(biāo)之一［2］，而為了保證防腐效果，就必須使用含鋅量高的底漆。根據(jù)HG/T 3668—2009《富鋅底漆》標(biāo)準(zhǔn)的要求，通常使用的富鋅底漆必須要保證干膜中的金屬鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少達(dá)到60%，最高為80%，為了防止鋅粉沉淀，就要在施工過程中不斷地進(jìn)行攪拌，確保涂層整體的防腐性能。

1 鋼結(jié)構(gòu)自動(dòng)噴涂設(shè)備使用自動(dòng)持續(xù)攪拌裝置的必要性

為了防止鋅粉在富鋅底在漆施工過程中發(fā)生沉淀，就要對其進(jìn)行中不斷地?cái)嚢琛鴥?nèi)大部分的企業(yè)在涂裝施工時(shí)主要采用手動(dòng)攪拌方式，而不是自動(dòng)攪拌（這里所指的自動(dòng)攪拌，是自動(dòng)持續(xù)攪拌或自動(dòng)定時(shí)攪拌，下同）。在噴涂過程中，涂裝作業(yè)人員每過一段時(shí)間，就要對富鋅底漆進(jìn)行一次攪拌。

涂裝作業(yè)人員對富鋅底漆攪拌時(shí)間的控制通?；谝韵聨追N方法：（1）預(yù)估時(shí)間，即工人估計(jì)到了該攪拌的時(shí)間了，就對涂料攪拌一次，這種方法很容易造成遺漏，主要原因是因?yàn)檫z忘造成的延誤［3］；（2）根據(jù)涂料桶內(nèi)的涂料容積來判斷攪拌時(shí)機(jī)，涂料施工的過程也是涂料桶內(nèi)涂料不斷消耗的過程，故有些施工人員通過涂料桶內(nèi)涂料的液位下降來判斷攪拌時(shí)間，但這種方法成立的假設(shè)是噴涂人員按照固定的噴涂速度進(jìn)行噴涂，這顯然是難以做到的。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)件復(fù)雜程度高，噴涂得就慢，復(fù)雜程度低，噴涂得就快，同時(shí)還和噴涂人員的噴涂習(xí)慣有一定的關(guān)系；（3）調(diào)鬧鐘，設(shè)置鬧鐘，比如5 min鬧一次，那就5 min攪拌一次，這種辦法的弊端在于涂裝作業(yè)人員忙碌的時(shí)候，估計(jì)連調(diào)鬧鐘都會(huì)忘，當(dāng)然如果能做到調(diào)鬧鐘，至少比前兩種方法更為有效。另外，上述幾種方法都基于一個(gè)前提，涂裝人員需要停下手中的工作，對富鋅底漆進(jìn)行攪拌操作。

涂裝行業(yè)不同于其它常規(guī)行業(yè)，其工作環(huán)境艱苦，而且對人體健康有一定損害，這是因?yàn)樵诓糠滞苛现泻泻芏鄬θ梭w有害的成分［4］。雖然現(xiàn)在涂料的發(fā)展趨勢之一是綠色涂料，但目前在我國的造船廠和鋼結(jié)構(gòu)廠，仍在大量使用溶劑型涂料，如溶劑型環(huán)氧涂料、溶劑型聚氨酯涂料。這些因素導(dǎo)致了人們不愿意從事涂裝這一行業(yè)，招聘成本提高。所以企業(yè)更樂意用機(jī)器來代替人工，尤其是涂料攪拌這種沒有技術(shù)含量的工作。

2 目前市場上常用的攪拌設(shè)備

涂料攪拌通常使用的是手持式動(dòng)力工具，包括風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)和電動(dòng)攪拌機(jī)。對于溶劑型涂料，為了防止火災(zāi)，一般使用的是風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)，電動(dòng)攪拌機(jī)可用于水性涂料的攪拌。圖1是常用的手持式風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)，它主要由攪拌槳、攪拌桿、風(fēng)動(dòng)馬達(dá)組成。其中，攪拌槳是一個(gè)類似于螺旋槳的裝置，主要作用就是將涂料攪均勻；攪拌桿負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)攪拌槳旋轉(zhuǎn)；風(fēng)動(dòng)馬達(dá)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)攪拌桿旋轉(zhuǎn)，風(fēng)動(dòng)馬達(dá)上有出風(fēng)口和送風(fēng)口，其中送風(fēng)口和風(fēng)管連接，風(fēng)管中的壓縮空氣（由空壓機(jī)產(chǎn)生）通過送風(fēng)口驅(qū)動(dòng)風(fēng)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后從出風(fēng)口出去。

圖1 手持式風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)Figure 1 Hand-held pneumatic paint mixer machine

目前已開發(fā)出一些新的攪拌設(shè)備，這種攪拌機(jī)不再需要工人手持，而是通過簡單支架固定，加上升降裝置實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)攪拌的模式。此類攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要由固定支架、升降裝置、攪拌系統(tǒng)三大部分組成，固定支架是攪拌機(jī)的骨架，豎向結(jié)構(gòu)用來固定升降裝置，下部既可以是C型開叉的，也可以是有平臺(tái)結(jié)構(gòu)的，目的都是為了便于放置油漆桶，有些設(shè)備下部設(shè)有滑輪，側(cè)面設(shè)置推桿，為了方便移動(dòng)；升降裝置既可以是手動(dòng)操作，也可以是電動(dòng)或氣動(dòng)操作，一般輔以導(dǎo)向結(jié)構(gòu)以提高豎向結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，頂部設(shè)有固定的攪拌系統(tǒng)；攪拌系統(tǒng)既可以是電動(dòng)的，也可以是風(fēng)動(dòng)的，設(shè)有控制系統(tǒng)對攪拌槳進(jìn)行定速或無級調(diào)速。使用較多的是氣動(dòng)升降式攪拌機(jī)，其升降比較方便，而且氣動(dòng)操作也比較安全，能滿足大部分企業(yè)的需求。

圖2 氣動(dòng)升降式攪拌機(jī)Figure 2 Pnenmatic lifting mixer

3 公司在油漆攪拌設(shè)備方面的探索

自建廠以來，涂裝作業(yè)人員一直使用手持式風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)對涂料進(jìn)行混合。由于工作量巨大，導(dǎo)致涂裝作業(yè)人員非常忙碌，攪拌花費(fèi)的時(shí)間占比很高。因?yàn)槭鞘殖植僮?，一旦操作不慎，很容易將涂料濺出，造成不必要的浪費(fèi)，而且在涂裝過程中也不會(huì)經(jīng)常停下來去攪拌涂料，導(dǎo)致鋅粉沉降，進(jìn)而造成質(zhì)量下降。為此公司開始研究設(shè)計(jì)涂料自動(dòng)攪拌裝置，以減少工人體力支出，降低操作難度。

最初考慮設(shè)計(jì)一個(gè)能固定手持式風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)的支架，避免涂裝人員手持?jǐn)嚢铏C(jī)進(jìn)行操作，于是就設(shè)計(jì)了一個(gè)下部帶有平臺(tái)的固定支架，立桿是大小兩根方管套在一起，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)高度，如圖3所示。

圖3 手動(dòng)調(diào)高度的固定攪拌支架Figure 3 Fixed mixing stand with manual height adjustment

經(jīng)過一段時(shí)間使用后，發(fā)現(xiàn)這種固定的支架在使用過程中有諸多問題?？紤]實(shí)際操作中的便利性，又研究了一種油漆攪拌機(jī)輔助支架（以下簡稱“支架”），也是通過支架固定手持式風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)，如圖4所示，該技術(shù)已獲得發(fā)明專利授權(quán)［5］。

圖4 油漆攪拌機(jī)輔助支架Figure 4 Auxiliary support for coatings automatic mixer

如圖4所示，支架的底部是一個(gè)輔助平臺(tái)，其主要作用是放置涂料桶，同時(shí)也是支架垂直支撐柱的基礎(chǔ)。在垂直支撐柱的頂部外側(cè)設(shè)有一個(gè)把手，配合平臺(tái)下面設(shè)置的兩個(gè)滑輪和兩個(gè)固定腳，只需將固定腳略微抬起，就可以像拉行李箱一樣移動(dòng)支架，可以將其方便地移到需要噴涂油漆的場地，放下固定腳后支架就不會(huì)輕易移動(dòng)，避免了攪拌過程中的支架晃動(dòng)。

垂直支撐柱的主要作用是為了安放上面的一系列配件，許多配件是根據(jù)市場上現(xiàn)有涂料自動(dòng)攪拌裝置存在的問題進(jìn)行改進(jìn)而另外設(shè)計(jì)的。垂直支撐柱的頂部內(nèi)側(cè)伸出一根橫桿。橫桿頂端是輔助支架卡套，卡套的作用是將手持式攪拌機(jī)安裝到卡套內(nèi)，橫桿的中部開設(shè)一小孔，用來安裝攪拌機(jī)攪拌槳的保護(hù)裝置，該裝置底部是一個(gè)圓環(huán)，而攪拌時(shí)攪拌槳正好位于圓環(huán)的中心，其作用是確保涂料邊施工邊攪拌，噴涂時(shí)噴漆泵抽取涂料的管路要伸入涂料桶內(nèi)，保護(hù)裝置可以防止攪拌過程中攪拌槳打擊到抽取涂料的管路上。垂直支撐柱的中部也設(shè)計(jì)了一根橫桿，該橫桿的末端裝有攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)桿固定栓，防止手持式攪拌機(jī)在作業(yè)過程中發(fā)生晃動(dòng)。

支架平臺(tái)有兩個(gè)斜擋板和一套油漆桶固定裝置用于固定油漆桶。

不用時(shí)，可以將攪拌槳保護(hù)圈拉起，放置在掛鉤處，松開固定裝置將油漆桶取出。使用時(shí)把攪拌轉(zhuǎn)輪保護(hù)圈放下去，使攪拌機(jī)轉(zhuǎn)輪保護(hù)圈裝置固定塊嵌入托架的擋塊內(nèi)，使保護(hù)圈的高度和方向均到達(dá)設(shè)計(jì)位置，避免在涂裝時(shí)噴漆泵的吸管碰到轉(zhuǎn)動(dòng)的攪拌機(jī)葉輪；將油漆攪拌機(jī)放置到輔助支架的卡套上，然后把攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)桿固定住，再將攪拌機(jī)聯(lián)通壓縮空氣皮管。工人只需要打開開關(guān)接通壓縮空氣，攪拌機(jī)即可不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，持續(xù)攪拌，避免鋅粉沉淀而導(dǎo)致涂層含鋅量不均勻的情況發(fā)生。

4 使用自動(dòng)噴涂機(jī)器人噴涂時(shí)的涂料自動(dòng)持續(xù)攪拌裝置的研究

隨著涂裝質(zhì)量要求的不斷提高，公司開始著手研究自動(dòng)噴涂，相應(yīng)配套的自動(dòng)噴涂設(shè)備也必須跟上需求，為此設(shè)計(jì)了一種帶清洗功能的階梯狀涂料供應(yīng)系統(tǒng)，如圖5所示，目前已經(jīng)申請了專利。

該裝置主體部分共分為4個(gè)模塊——頂層為涂料準(zhǔn)備模塊、中層由涂料混合模塊、底層的涂料供應(yīng)模塊以及涂裝清洗模塊。4個(gè)模塊由框架、樓梯、扶手等輔助設(shè)施固定，樓梯和扶手是為了方便操作人員對涂料準(zhǔn)備模塊進(jìn)行加料，模塊之間通過管路來實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)通過底板和輪子組成的小車來承載整個(gè)裝置，方便系統(tǒng)隨著施工場地的變化做整體移動(dòng)。

圖5 涂料自動(dòng)持續(xù)攪拌裝置Figure 5 Paint automatic continuous stirring device

4個(gè)模塊各有分工：涂料準(zhǔn)備模塊負(fù)責(zé)提供原料；涂料混合模塊負(fù)責(zé)對雙組分涂料進(jìn)行混合攪拌，攪拌混合均勻后將涂料送入涂料供應(yīng)模塊；涂料供應(yīng)模塊負(fù)責(zé)向涂裝和清洗模塊的噴漆泵持續(xù)提供涂料。涂料準(zhǔn)備模塊用于存放噴涂用原料，由2套原料桶、箍狀支架、原料輸出管、電磁閥和電子秤組成，其中電子秤用于反饋原料的存量；涂料混合模塊是對原料進(jìn)行充分混合攪拌的環(huán)節(jié)，由攪拌支架、混合桶、箍狀支架、涂料輸出管、電磁閥等組成，設(shè)置此模塊的作用是避免將原料直接送入涂料供應(yīng)模塊，而導(dǎo)致部分沒有充分混合的涂料被送入噴漆泵；涂料供應(yīng)模塊是涂裝施工最終的供應(yīng)模塊，由攪拌支架、最終攪拌桶和電子秤3個(gè)部分組成，其中最終攪拌桶是平底結(jié)構(gòu)，此桶下部的電子秤用于反饋油漆存量，設(shè)置參考存量電子秤可以做報(bào)警提醒?；旌贤昂蛿嚢柰熬惭b了攪拌支架，其結(jié)構(gòu)與已申請專利的油漆攪拌機(jī)輔助支架的攪拌結(jié)構(gòu)相同，固定風(fēng)動(dòng)攪拌機(jī)，并不停地?cái)嚢?，從而避免在涂裝施工過程中涂料中的一些組分發(fā)生沉淀；涂裝清洗模塊由噴漆泵、涂料吸取管、涂料電磁閥、稀釋劑桶、稀釋劑吸取管、稀釋劑電磁閥、噴涂電磁閥、廢液桶、稀釋劑輸出管、清洗總電磁閥和3個(gè)清洗分電磁閥組成。設(shè)置了能夠?qū)ν苛线M(jìn)行清洗并對廢液進(jìn)行收集的系統(tǒng)，它能夠在完成噴涂后清洗管路和各個(gè)涂料桶。

5 結(jié)語

帶清洗功能的階梯狀涂料供應(yīng)系統(tǒng)可以持續(xù)有效地?cái)嚢柰苛希绕涫菓?yīng)對消耗油漆量巨大的自動(dòng)化噴涂需要，極大地解決了自動(dòng)噴涂過程中各類施工問題，在涂裝質(zhì)量得到保障的同時(shí)，也降低了涂裝成本。

（致謝：本論文在撰寫過程中得到南通理工學(xué)院楊鋒研究員的幫助，特此致謝?。?/p>