汽车涂装修复工艺分析_毕业论文.doc

西华大学毕业设计汽车涂装修复工艺分析摘 要 汽车涂装，就像是每个人的脸一样，不能失去；也是给别人的第一映像，因此，非常的重要。我国的汽车涂装工艺技术水平和涂装质量已与国际接轨 , 在环保、节能减排和资源利用率方面尚存在一定差距 , 但我国汽车涂装工艺技术产生了质的飞跃。近 20 年内新建的汽车车身塑料件涂装线 , 引进了很多先进的、现代化的涂装设备及涂装工艺技术 , 可称为世界一流 , 尤其进入 21 世纪后新建的轿车车身涂装线基本上汇集了世界各国汽车涂装领域尖端技术。流水线生产的汽车车身几乎 100% 采用喷浸结合的三元锌盐磷化处理和阴极电泳涂装工艺 , 采用摆杆式 , 旋转浸渍式或悬挂推杆输送链输送车身 ; 采用高速旋杯式自动静电喷涂往复机喷涂中涂、面漆。进入 21 世纪以来 , 又被智能化的机器人杯式自动静电喷涂机所替代 , 进一步提高了喷涂柔性和涂着效率 ; 在中途、面漆喷涂区 , 烘干室和其他手工作业区采用滑橇输送机或倒置式积放输送机等地面输送系统 , 能实现自由分流或合岔 , 横向车转移 , 上下垂直升降 , 调整输送间距和积放等功能。车身用喷漆室全部采用上供风下抽风湿式大型喷漆室 , 确保在高清洁度的空间环境下进行涂装作业。车身底板下表面喷涂车底涂料 , 所有缝隙都涂密封胶 , 以提高缝隙的耐蚀性 , 车身的舒适性和密封性。 随着汽车市场竞争的不断加剧和汽车制造、修理技术的日益更新，基础涂装工艺已经引起了汽车制造商和维修服务人员的高度重视。种类繁多、规格齐全和功能良好的涂装材料，无疑会进一步促进维修质量的提高，促进汽车使用寿命的延长。 关键词：涂装发展；涂装管理；电泳技术；注意三废第一章 涂料的应用现状与发展前景1.粉末涂料的现状与发展1.1粉末涂料的应用领域1.11粉末涂料地理区域上的差异在不同的地区使用不同类型的粉末涂料,其在地理区域上的差异是十分明显的,如粉末涂料在全球有欧洲、美国和日本3个主要市场,但由于历史原因和原材料利用方面的因素,这些地区都发展了各自不同的产品体系。基于羧酸官能团的聚酯/T G I C体系的粉末涂料在欧洲市场比较流行；以脂肪族聚异氰酸酯为交联剂的聚氨酯体系的粉末涂料在美国一直占据主导地位,现在,聚酯/T G IC/H A A/P T910体系的粉末涂料逐渐与其形成竞争格局；在日本,以二元酸为交联剂和使用含缩水甘油基的丙烯酸树脂为基料的粉末涂料一直占据市场的主导地位,而T G I C体系粉末涂料则几乎从未被使用过。在美国和欧洲,应用于户内的以羧酸聚酯和环氧树脂为基料的“混合型”粉末涂料最受欢迎的。1.1.2 粉末涂料走进各工业领域金属家具涂料工业也是粉末涂料最先进入的领域之一,其中基材主要以钢为主。混合型粉末涂料体系是应用于该用途的主要产品类型,而聚酯/T G I C(或其替代物)体系或聚氨酯体系一般主要应用于户外家具领域,如在北美,草坪和花园设施产品也是重要的市场,大约占整个粉末涂料市场份额的7,普通金属表面涂装工业是粉末涂料最大的市场,约占整个市场份额的50左右。家电工业也是粉末涂料重要的应用领域之一，在美国,家用电器方面的应用占据整个粉末涂料市场的17;自从人们接受轻微的橘皮效果以来,混合型粉末涂料体系在欧洲也被用作这种用途的主要产品。在美国,由于优先考虑光滑的涂饰效果,所以聚氨酯体系在家用设备方面的应用更为普遍。作为家电设备的保护性涂料,粉末涂料主要应用于以下典型产品：食品冷冻机、电冰箱、热水器、烤面包机、洗碗机盖、家用厨具、电和煤气加热器等。汽车工业领域是对保护和装饰性用途的涂料具有最大需求的市场之一。在20世纪80年代,日本的本田公司开始使用粉末涂料作为汽车车身的底面合一漆,意大利的菲亚特公司也紧跟其后。相比之下,美国的汽车制造商在考虑引入粉末涂料,作为汽车面漆的速度方面保持更加谨慎的态度。General Motors于1982年开始,在小型载货卡车系列中使用粉末涂料作为汽车车身的底面合一漆,积累了相关经验,并掌握了在20世纪90年代早期在乘用汽车系列中使用粉末涂料的技术。M i l l e r和K e r r时总结了作为汽车底面合一的粉末涂料的特性和优点：整体的平滑效果可改善后续涂层的外观、无V O C排放、整个车身抗碎裂和耐腐蚀、利用率100、无废弃物处理问题。从经济角度来看,特别是结合粉末涂料所具有的高利用率和可消除喷房中所聚集的涂料残渣等特性,使底面合一的粉末涂料成为一类非常实用的产品,并成为汽车工业涂料技术革新的主要驱动力之一。例如,在19911995年,General Motors和Chrysler在超过10种客车系列中使用粉末涂料作为乘用汽车车身的底面合一漆。自20世纪90年代以后,底面合一的粉末涂料在美国汽车生产中得到了进一步的巩固和发展,以下的事实也确认了这一点。2000年,仅G M和Daimler-Chrysler2家公司每天就有超过10 000辆汽车车身采用底面合一粉末涂料进行涂装。目前,欧洲的汽车工业涂料也秉承了这种发展趋势。多年以来,汽车罩光清漆一直被认为是粉末涂料难以进入的领域。但由于粉末涂料在经济性和环保装领域的成功应用以来,汽车制造商和涂料生产商性方面的优势,最近,底面合一粉末涂料在汽车涂都在此方面展开了广泛的研究。宝马公司是世界上第一家在其标准产品中使用粉末罩光清漆的汽车制造商,到2000年底为止,在宝马公司的德国工厂,粉末罩光清漆已投入商业化生产,共计生产了500 000辆汽车。丰田公司一直在选择粉末罩光清漆的供应商,并在其实验性工厂按一定的规则,使用粉末罩光清漆对汽车要进行定期的涂装和测试。随着欧洲对聚酯/T G I C体系和美国对聚氨酯体系的广泛接受,户外应用粉末涂料市场正不断扩大。在欧洲,许多建筑上的铝合金材料是采用聚酯/T G I C 体系粉末涂料进行涂装,在57 a后,保光率为6585；在10 a后保光率为565,涂膜厚度仅仅减少23m。虽然已经找到了T G C I的替代品,如羟基烷基酰氨或二缩水甘油酯体系的粉末涂料已占据了一定的市场,许多人使用这样体系的粉末涂料可获得满意的结果。51.2 .粉末涂料的其他应用市场粉末涂料的其他市场还包括应用于管道方面和用于增强螺纹钢筋的防腐粉末涂料,该类粉末涂料主要以纯环氧体系(熔结型)为主。在欧洲,螺纹钢筋市场几乎被忽视,但从技术角度来看,这个领域被认为是具有很大的增长空间。由于在不同地区统计分类方法的不同,对不同领域粉末涂料的消耗量进行评估将是十分困难的。当用粉末涂料与一些符合选择原则的V O C(挥发性有机化合物)涂料进行经济对比时,必须重视包括涂装成本在内的总成本。相对于其它一些环保涂料,在实际涂装过程中,使用粉末涂料的优势是原材料利用率从95%提高到99%；能量损耗则降低30%(与传统低固含量的碳漆相比)；劳动力花费将降低4050；由于表面缺陷而丢弃的物料大约减少46倍,因此几乎减少90的废料。1.3粉末涂料在各领域的最新进展在涂装设备方面的最新发展是制造了更容易被清洗、换色更快的涂装生产线；开发低温固化和高反应活性粉末涂料的趋势能提高生产线速度、节省能量，使粉末涂料在经济方面的优势更具吸引力。M D F采用粉末静电喷涂具有涂膜性能优良、施工效率高、能耗低等优点,固体分100%的粉末涂膜将木制品包封后可防止木材内部有害物质的挥发,使其成为名副其实的绿色产品。当然,这仍需要改善的,如粉末的化学贮存稳定性：潜催化剂或能阻止基料在贮存温度时反应而不影响固化条件的助剂；物理贮存稳定性：提高体系的玻璃温度,但不影响体系反应速度和体系黏度。卷钢涂装是一种预涂装,与传统的“后涂装”节省投资和运转费用、符合环保法规要求、涂膜能优于传统方法等一系列优势,卷钢涂料成为当今涂料行业的发展方向之一。彩板生产技术1927年首创于美国,我国从20世纪80年代开始引进卷材涂料和涂装技术。20世纪90年代末,在中国开始兴起彩板的消费和生产,其增长势头异常迅猛,到2003年底,124家企业建成涂层机组169 d,产能达874万t。粉涂装置处在一个强大的静电场下,粉末旋转刷产生涂料粉末云,粉末云的固体涂料颗粒带有很高的电荷,其飞向高速运行的基板,产生足够大的边界穿透力,粉末颗粒便均匀地沉积在带钢表面。目前,全世界有5条粉末涂料彩涂线,其涂装带钢宽度达1 300 mm,机组工艺速度达100 m/min。国内还没有真正意义上的粉末卷材涂装线,随着国家对环保要求的严格以及性价比考虑,卷材涂装粉末化将逐渐为人们所认识,并成为卷材涂装的发展趋势。2.工业防腐涂料的现状与发展2.1石油化工行业石油化工行业由于腐蚀环境比较恶劣，因此，防腐涂料在石油化工行业的用量与其他行业相比相对较大。包括油田设施、输油管线、贮油罐、海洋平台、换热器、冷却塔等。2.1.1 贮油罐防腐油罐防腐涂料是石化行业用量最大的一类涂料，根据油罐内壁和外壁接触的介质及环境不同，对所使用的防腐涂料的要求也不相同，我国新造油罐大多要求涂层防腐年限在 710 年。油罐内壁涂料应满足耐油、耐化学介质、抗腐蚀和导静电要求。根据油罐内部不同腐蚀环境，采用不同的防护涂层。油罐内表面通常为罐底至罐底以上 1.5米）是石油储罐内腐蚀最严重的区域，通常使用加强的涂层防护，目前使用较多的是环氧煤沥青涂料作为石油储罐内壁涂料。2.1.2输油管线防腐管道外壁涂料分为地上和地下两种。地上管道外壁防腐用涂料与油罐外壁用涂料大致相同，同样要求涂层具有优异的防腐性能及耐老化性能。对于地下管道防腐涂料，由于管道处于土壤溶液环境下，要求外壁所用涂料耐水、耐酸、耐碱、耐微生物、耐腐烂动植物和耐植物根系穿且要求且有长效防腐性。目前地下管道外壁防腐采用外涂防护层和阴极保护相结合，防护层有金属涂层，如镍层、锌层等还有磷化层等，但迄今仍以有机涂层最为经济有效，应用最普遍。在输油管线防腐中，我国最早采用原苏联的石油沥青层技术，对第一条管道即克拉马依至独子山输油管道进防护处理，至今该涂层仍在安全运行。到70年代末，石油沥青是国内主要的管道外涂层防护技术。20世纪80年代中期，国内相继研制开发了挤压聚乙烯防护层（2PE）、熔结环氧粉末涂料（FBE）、焦油沥青“瓷漆”等技术。上世纪90年代起，国内引进了国际先进的3 P E 、3 P P 、双层熔结环氧粉末DPS）等技术。目前国内重大的长输油管道工程项目主要以 2 P E，3PE、3PP、FBE和 DPS等涂层的应用为主。近年来，无溶剂环氧防腐涂料、环氧玻璃鳞片类涂料及低温固化环氧粉末涂料在石油管道防腐方面均有应用，无论是测试数据，还是在国内许多火力发电厂、石油化工厂等厂区埋地管道上的实际应用，均取得了良好的应用效果8。如天津科瑞达涂料化工有限公司生产的环氧呋喃玻璃鳞片胶泥产品，具有优异的耐酸、耐碱性能较好，具有较高抗渗透性，耐煤气中各种腐蚀介质能力强。在首钢搬迁工程煤气管道防腐中应用效果良好2.1.3 换热器防腐 换热器占石油化工厂设备总量的 1 / 3 以上，占整个设备投资的19%40%。换热器的运行状态关系到整个装置能否平稳运行，其中腐蚀与结垢是影响换热器安全运行的两大因素。在油气加工过程中，由于高温条件下，环烷酸、硫化物、及其他盐类对钢铁表面具有很强的腐蚀性；另外循环水中的溶解氧、浓缩盐、微生物等对钢铁造成的腐蚀也相当严重。目前国内外使用的换热器防腐涂料大多为改性环氧树脂，如环氧氨基、环氧酚醛等。需要在120条件下烘干，并需要多道涂装，在大型装置上无法使用。因此，开发一种可常温固化，施工简单，耐热性好、导热率高及耐腐蚀性强的涂料品种是市场急需解决的问题。2.2 集装箱制造业2006年以来，随着中国经济的迅速发展和海运业持续繁荣，集装箱制造业也呈迅速发展态势，我国已连续 13 年成为世界第一制箱大国。根据数据统计：2005年我国集装箱生产量为 232万 TEU，2006年为 279.4 万 TEU，增长 20%；2007关西、Hempel、KCC金刚化工四家，由于受到金融危机和钢铁价格持续上涨的影响，2008年集装箱产量出现下滑，基本与 2006年持平，使用涂料约28万吨13。集装箱涂料生产厂家目前主要集中在中涂化工、中远年为 350 万 TEU，增长 25.4%。国际集装箱者协会在1992年2月召开了专业会议，提出开发、生产和应用水性集装箱涂料的建议。在集装箱涂料水性化研究方面， 用Hempel、Mega、Chugoku、Kansai等涂料公司起步较早。如Hempel涂料公司已研制成功水性环氧富锌底制的的水性集装箱涂料如Megamar面漆等。意大利 Mega 涂料公司研用于集装箱涂装中。目前，阻碍集装箱涂料水性化的原因主要有两个方面：一方面是箱厂没有与水性集装箱涂料工艺相适应的喷涂设备和加热烘干设备，要使国内大部分集装箱生产线进行水性化改造，尚需较长时间；另一方面是由于目前集装箱生产效率较高，单线每天产量最高达到 3 0 0TEU以上，而水性涂料的干燥速度难以适应快速生产节奏。涂料是否能在集装箱行业得到大范围推广用，尚需较长时间的研究。在集装箱涂装工艺方面，各集装箱制造商纷纷探讨多元化的涂料方式，中集集团于2007年研制并投入使用车间底漆辊涂生产线和全自动涂装生产线13。底漆辊涂生产线原理和PCM的涂装方式类似，减少了涂装中溶剂的加入量，并大大减少了涂装时的涂料损耗。全自动喷涂生产线则打破过去手工喷涂工艺，采用机械手自动喷涂，大大节省了喷涂时间，提高涂装效率。2.3 桥梁建设在桥梁钢结构防腐保护中，金属喷涂（锌、铝或锌铝合金）、水性富锌底漆、无机富锌底漆及环氧富锌底漆是经常采用的防腐底涂层。采用金属热喷涂对钢结构进行防腐保护的措施，在国内外已经有几十年的成功应用经验。美国联邦公路管理局 FHWA-RD-96-058 报告中指出，热喷涂至少可以保证30年的有效使用期。英国标准 BS5493 中规定无论何种环境，防腐年限在15年以上主张采用金属喷涂防腐（如喷锌、喷铝）。在英国新建的桥梁中90%以上采用热喷涂金属镀层和防腐蚀涂料结合的保护方案。14富锌底漆包括水性无机富锌底漆和溶剂型富锌底漆两类，其中溶剂型富锌底漆又分为醇溶型无机富锌底漆和环氧富锌底漆两种。水性无机富锌不含有机溶剂，属于绿色环保型涂料。据美国国家航空航天总署（NASA）报告，在各类富锌涂料中，耐腐蚀性最佳的为水性无机富锌涂料，它在海洋大气条件下使用的寿命至少为25年。热浸镀锌也是钢构桥梁重要的防腐处理工艺，主要针对桥梁的较小部件，比如钢护栏、灯杆等。然后再以环氧云铁和聚氨酯面漆进行双重系统的保护处理。在桥梁上使用热镀锌工艺最多的悬索、吊索和斜拉钢丝。3.工业防腐涂料行业发展现状改革开放30年来，我国工业防腐涂料的水平有了长足的进步。不断开发出高性能的涂料品种，并陆续在国家大型工程中得到应用。但整体水平与国外相比，仍有较大的差距，主要表现在以下几个方面。一是生产企业多、规模小、分布广、效益低，无法与国外大公司竞争。一些小的涂料企业应考虑如何提高产品的竞争力和盈利能力。国家的相关扶持政策并不等于小企业的“保护伞”，涂料企业也应及时调整生产结构，提高生产效率，规范管理模式，提高产品品质。二是涂料生产企业自主创新能力相对不足，缺少核心竞争力。国内涂料企业要想在重防腐领域有更大的作为，当务之急是提高技术创新能力，开发出更多符合时代要求的环保、节能、性价比高的个性化新产品，从而提高企业自身的核心竞争力。三是涂料生产企业专业化程度不高，配套不全。大多数涂料生产厂生产的涂料品种很多，但针对防腐的某一特定市场往往不能提出合理科学的配套。另外，部分国内涂料生产企业对涂料施工环节、施工现场的技术指导和技术服务重视程度不够。因此，企业还应在这些方面加大力度，走产品专业化，服务专业化的道路。四是涂料生产企业往往比较重视对产品性能的研究，而对涂料配套体系和施工工艺研究不足。因此，企业应在涂料施工性能和涂装工艺研究方面大下工夫，要从涂料涂装一体化的理念出发，重视对涂料施工阶段的研究，不断优化和提升产品的综合性能，提高涂料配套体系的科学性和合理性，适应不同腐蚀环境的要求。4工业防腐涂料未来发展方向 根据报道，到 2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005 年下降 40%45%，在国家减排总体目标下，污染排放严重的传统溶剂型涂料在工业领域的比例势必会逐年降低。如何降低涂料行业VOC排放，发展循环经济，寻找一条适合中国涂料产业的“低碳”经济发展路线，将成为 2010年，乃至国家“十二五”规划中对于涂料产业健康、持续发展尤为关键的措施。工业防腐作为涂料产业一个重要组成部分，应积极推动节能减排目标的实现。因此，高性能、低能耗和低污染的新型涂料品种仍然是工业防腐行业的重要发展方向。4.1 水性工业防腐涂料水性防腐涂料近年来被越来越多地关注，作为一种低污染的绿色环保涂料，将成为未来世界涂料市场主角。据不完统计，我国工业防腐涂料年需求量在 170万t左右，其中可由水性工业防腐涂料替代的达100 万 t。可广泛应用于石油化工、汽车、铁路、船舶、集装箱等各个领域。而这些领域以前全部使用溶剂型涂料，每年的有机溶剂挥发量达 80 万 t，资源浪费达 30 多亿元，不仅带来巨大的环境危害，也浪费了大量的资源。因此，在“绿色环保、节能减排”的大背景下，采用水性工业防腐涂料势在必行。我国水性工业防腐涂料研究起步较晚，在应用中仍存在一些问题，主要表现在：水性防腐涂料由于干燥速度较慢，不能满足生产线快速流水作业；水性防腐涂料在桥梁、铁路、户外钢结构防腐等方面均有应用要求，目前国产水性防腐涂料某些性能达不到同类溶剂型防腐涂料水平；水性防腐底漆及配套性研究欠缺。与国外相比，也存在一定差距。在汽车涂装方面，欧洲和北美国家在中涂和金属底色漆方面均已水性化，水性罩光清漆已部分被使用，但国内此方面报道较少。4.2 粉末涂料粉末涂料是一种省能源、省资源、低污染的环保型涂料。由于世界各国对能源的需求越来越大，降低能源消耗，保护环境成为主要的发展方向。因此，开发可低温固化高耐候性、装饰性强及可薄涂的粉末涂料将是今后的主要发展方向。另外，聚酯粉末涂料目前主要用固化剂为 TGIC（三缩水甘油基异氰脲酸酯）。由于其具有一定毒性，欧美等国家近年来已逐渐取消对其使用，羟烷基酰胺（HAA）、四甲氧基甘脲及低环氧化合物等。还出现了近红外及紫外光固化粉末涂料，其优点是降低固化温度、提高固化速度。而在我国这些方面相关报道较少，将成为今后粉末涂料的主要研究方向。4.3高固体份涂料高固体份涂料（HSC）通常指的是体积固含量（V%）60%或重量固含量在80%的涂料。随着环保要求的日益增高。高固体份涂料市场需求量越来越多。高固体份涂料是目前发展最快，应用量最广的涂料品种之一。近年来，聚有机硅氧烷、聚天门冬氨酸酯及无溶剂环氧涂料等高固体份涂料均在重防腐领域得到应用，将是未来主要的防腐涂料品种。高固体份涂料由于其施工性能及所需的施工条件与现有溶剂型涂料基本相同，将在今后工业防腐领域应用中占重要比例。因此，今后的主要研究方向是如何提高这些产品的固体含量到 70%以上，这样可以有效减少溶剂挥发量的1/4左右。4.4低表面处理涂料在钢结构防腐涂装中，为了保证涂层防腐质量，需要对钢结构进行喷砂前处理，通常要到 Sa2.5级。使整个工程造价大幅提高（喷砂前处理占整个工程 30%40%），同时也会造成强烈的粉尘和噪声污染。另外，近年来，国内外大量海上工程建筑、桥梁、电力铁塔等进入维修期，需要对旧有涂层进行重新涂装。而在这些已建钢结构的基础上进行喷砂处理难度太大，通常使用人工除锈进行表面处理，很难达到 Sa2.5 级。3因此开发对涂装前钢结构表面前处理要求等级较低的低表面处理涂料具有十分重要的意义。第二章 防腐涂料的工业生产研究第一节：水性工业防腐涂料的制备研究1.实 验1.1原材料和主要仪器设备1.1.1 原材料主要原材料、规格和生产厂家见表 1。表 1 主要原材料9名称规格用途来源水性环氧固化剂锌粉钛白粉 R-930沉淀硫酸钡云母粉三聚磷酸铝SN-5029T-4505乙二醇丁醚901WPUR-40PU40BYK-190BYK-346蒸馏水AB-EP-20AB-HGF800 目工业级400 目工业级工业级工业级工业级工业级工业级工业级工业级工业级工业级-成膜物质成膜物质颜填料颜填料颜填料颜填料防锈颜料分散剂消泡剂成膜助剂消泡剂增稠流平剂增稠剂分散剂基材润湿剂浙江安邦浙江安邦市售日本石原山西南风滁州格锐广西科晶圣诺普科美国亚士兰扬州华伦德固萨公隆化学临安福盛毕克化学毕克化学市售1.1.2 主要仪器设备JB90-D 型强力电动搅拌机，SK2 砂磨机，无气喷涂设备等。1.2 配方（1）水性环氧富锌底漆 A 组分的参考配方见表 2，B 组分为水性环氧固化剂，C 组分为锌粉（500 目以上），施工比例为：m（A）m（B）m（C）=4117。表2；水性环氧富锌底漆 A 组分的参考配方10原材料质量比水性环氧树脂乳液分散剂 SN-5029乙二醇丁醚消泡剂 901W增稠流平剂 PUR-40去离子水基材润湿剂 BYK-34685.001.5010.000.500.502.200.30注：添加时需控制转速为 200 r/min，下同。（2）水性环氧工业防腐面漆配方见表 3，B 组分采用水性环氧固化剂，m（A）m（B）=61。表3水性环氧工业防腐面漆 A 组分的参考配方10原材料质量比水性环氧树脂乳液分散剂 SN-5029分散剂 BYK-190钛白粉沉淀硫酸钡云母粉T-4505 消泡剂PUR-40PU40消泡剂 901W基材润湿剂 BYK-3466004.52.021060302.764221.3 制备工艺按配方投入相应量的水，开启分散机低速搅拌电机，再加入部分定量的分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、流平剂等助剂，搅拌 5 min 后，投入相应数量的颜填料，开启分散机高速搅拌电机，高速分散 2030 min。依序关闭分散机的高速、低过滤包装加入定量的水性环氧树脂乳液和部分消泡剂等开启中、低速电机搅拌 1020 min，用增稠剂调节黏度至 90100 KU，进行速搅拌电机，开启砂磨机进行研磨，当细度达到 1030 m 后。1.4 性能测试方法因此类产品目前尚无相应的国家和行业标准，现按本公司的企业标准 Q/DLF 0072008水性环氧富锌底漆和Q/DLF 00102008水性环氧面漆的要求进行测试。2.结果和讨论2.1水性环氧树脂乳液和固化剂对防腐涂料性能的影响水性环氧树脂乳液和固化剂对防腐涂料性能的影响很大，通常采用双酚 A 环氧树脂进行水性化的乳液作为防料用的成膜物质1-5。本项目采用的 AB-EP 系列水性环氧树脂乳液和 AB-H 系列水性环氧固化剂，在水中有极好的分散性，可经高速搅拌、研磨而不破乳，所制得的涂膜除具有环氧树脂本身的优异性能外，还改进了环氧树脂的柔韧性、耐磨性等，具有良好的机械性能及耐化学品性能。2.2水性环氧树脂乳液与固化剂当量比对防腐涂料性能的影响水性环氧树脂与水性环氧固化剂的当量比因水性环氧树脂涂料的类型不同而有较大差异5-6，对于型水性环氧树脂体系，由于是用水性环氧固化剂直接乳化低分子量的液体环氧树脂，体系中具有表面活性作用的链段较高，适当提高两者的当量比，可明显改善涂膜的耐水性和硬度。但环氧与胺固化剂的当量比不宜过高，否则易造成乳化效果不好而影响成膜。一般控制在比理论值高 5%10%的范围内。适当增加环氧树脂的用量，有助于提高涂膜的耐水性和耐腐蚀性，这是因为环氧树脂是亲油的，而水性环氧固化剂的亲水性较强，适量减少水性环氧固化剂就可提高该体系亲油性。在某些情况下，若采用环氧固化剂过量，则有助于提高涂膜的固化速度和交联密度，从而有利于提高涂膜的耐溶剂性、耐污染性、附着力及干燥速度等。本试验调整水性环氧树脂与水性环氧固化剂的当量比，测试相关涂料性能，结果见表 4。表4氧基/胺氢当量比对涂料性能的影响11项目表干时间/h实干时间/h柔韧性/mm耐冲击性/cm耐碱性（10%NaOH，7 d适用期/h耐水性（去离子水，7 d环氧基/胺氢当量比6 241505 整板起泡失光微泡由表 4 可见，环氧基/胺氢当量比为 0.8 时，涂料的性能最好，因为此时反应最完全，交联密度最大，再加上合适的颜填料，使得此时的机械性能和耐化学性能优良。2.3 颜填料的选择及体积浓度（PVC）对防腐涂料性能的影响防锈颜填料分为物理防锈和化学防锈 2 类。考虑到水性环氧树脂乳液涂料为经改性胺呈弱碱性，应当避免使用酸性和吸水性高的颜填料。物理防锈颜填料可选择云母氧化铁和超细云母粉，这些片状结构物料的加入能增加涂膜的致密性，降低腐蚀性介质的渗透率，对腐蚀性介质起着屏蔽作用。化学防锈颜料主要有铅系颜料及铬酸盐、磷酸盐、钼酸盐等颜料，由于环保要求，现在一般不选用前 2 种。水性环氧涂料中主要选用磷酸锌和三聚磷酸铝作为防锈颜料，用量占整个颜填料的 20左右。磷酸盐离解产生的磷酸根可使金属表面钝化，引起阳极极化；而锌离子和铝离子则在阴极反应生成难溶物引起阴极极化，大大提高了涂膜的耐盐雾腐蚀性能2-4，7-9。本试验采用锌粉、云母氧化铁灰、云母粉、三聚磷酸铝作为防锈颜填料，取得良好的效果。颜填料体积浓度（PVC 值）对涂膜性能的影响见表 5。表 5 PVC 值对涂膜性能的影响11项目颜填料体积浓度（PVC值）2328323640柔韧性mm11122耐冲击性cm5050505040耐盐雾360h起跑432h起泡600h起泡418h起泡312h起泡从表 5 可见，随着 PVC 值的增大，涂膜的耐盐雾性逐渐降低，而锈蚀性却逐渐增大，且柔韧性、耐冲击性均逐渐降低。这是因为在正常情况下，涂层中聚合物树脂基料的数量可足以包覆涂层中的颜填料颗粒，此时涂层为连续致密的膜，而当涂膜中的颜填料体积浓度大于某一定值（临界体积浓度）而使树脂基料不足以包覆这些颜填料颗粒时，涂膜的各项性质均会发生突变。本项目涂料体系的最佳 PVC 值为 32.2.4 助剂对防腐涂料性能的影响水的表面张力较高（72.5 mN/m），是一般有机溶剂的 2 倍多。高的表面张力不利于水性涂料的消泡，也减小了水性涂料对底材的润湿能力、渗透能力和铺展能力。对底材的润湿不良将会导致严重的缩孔等表面缺陷的产生，影响涂料对底材的附着力，从而导致防腐涂料的耐腐性能降低。这时应加入流变助剂，通过降低涂料体系的表面张力来提高防腐涂料的湿润性能和流平性能。研究中通过选用一系列的水性流变助剂，最终确定选用 BYK-346 助剂，该助剂能大大降低水性涂料的表面张力，提高涂料体系对底材的湿润性能，不仅防止了缩孔现象的发生，还大大提高了水性防腐涂料对底材的渗透性能，通过提高涂料体系对底材的附着力来改善涂料的耐盐雾性能。第二节：管道防腐环氧粉末涂料的研制1.涂料配方研究1.1配方设计的基本要求环氧树脂的结构和性能是决定涂料和涂膜性能的主要因素，选择环氧树脂时应考虑熔融温度和分解温度、熔融黏度、电性能、树脂稳定性、附着力等因素。从工业化生产的角度，需考虑环氧树脂的合成工艺、原料来源、价格、毒性等重要因素。管道防腐环氧粉末涂料一般采用室温下为固态的双酚A 环氧树脂为基料，如601,604等可以满足要求。环氧树脂的用量应与固化剂用量结合考虑，一般来说1mol环氧基团可配合1.01.2mol活性氢的固化剂。固化剂在很大程度上支配着涂料和涂膜的性能，因此必须认真选好固化剂。一般要求：（1）在常温下是固体，即粉末状、粒状或者片状；（2）在制造粉末涂料的热熔融混合工序中，与树脂或其他成分不起化学反应；（3）制造成粉末涂料后，粉末涂料的贮存稳定性良好，在室温下贮存半年以上，与树脂及其他成分不起化学反应，也不凝聚结块；（4）从节能考虑，配制成粉末涂料后，能促使粉末涂料在低温下迅速固化，形成满意的涂膜；（5）要求固化剂的剌激性气味和毒性小，无害于身体健康和环境卫生；（6）在烘烤成膜过程中，最好不释放出有剌激性气味及有毒的化合物或者气体；（7）固化剂应为无色，不能使涂膜着色，否则影响涂膜外观和使用效果；（8）固化剂要求生产工艺简单、原料来源丰富、价格便宜，一般采用酚醛树脂、双氰胺、改性双氰胺咪唑等固化体系。颜填料应具备耐热性，管道防腐环氧粉末涂料的固化温度一般在 200240摄氏度，选用的颜填料在此温度下应充分稳定，使涂膜在固化过程中不发生变色、性能损失等问题。此外，为达到防腐性能的要求，还要求颜填料具有足够的硬度和耐磨性。总体来说，无机颜填料比有机颜填料的耐温和耐化学性好。钛白、铁红、铁黑、云母氧化铁、炭黑、酞菁蓝、酞菁绿、群青、沉淀硫酸钡、轻质碳酸钙、滑石粉、高岭土、沉淀二氧化硅、云母粉和石英粉等可以满足要求。4助剂的作用是调整涂料的特定功能。流平剂可用丙烯酸树脂类流平剂，用量为树脂用量的 0.2%2%。涂膜边角遮盖力改进剂可用微细粉状二氧化硅。消光剂可用超细二氧化硅、滑石粉、硬脂酸铝、硬脂酸钙等。2.涂料配方根据上述要求设计初始配方后，采用了独特的复合固化剂，经过反复的配方调试和筛选，得到管道防腐环氧粉末涂料的最佳配方 。（见表1）表 1 管道防腐环氧粉末涂料的配方5原料名称质量分604环氧树脂800复合固化剂24.4颜填料40.0助剂0.63.涂料制备工艺在试验过程中采用的试制工艺如下：环氧树脂、固化剂、颜填料、助剂-混合-挤出-压片-粉碎-样品。4.涂料性能对筛选出的最佳配方，进行了系列性能测试。4.1涂料性能涂料性能见表2表2管道防腐环氧粉末涂料的性能6项目测试结果测试方法外观粉状，色泽均匀，无结块目测粒度（140目筛余物）%0.5实测不挥发物含量%95.5磁性物含量%未测出胶化时间（180）s63GB/T6554固化时间(180)min2.8SY/T0315密度gcm1.4GBT4472贮存期a1实测4涂膜机械性能涂抹机械性能见表表管道防腐环氧粉末涂膜的机械性能6项目测试结果测试方法附着力/级1硬度3H冲击强度/j5GB/T1732柔韧性/mm1GB/T17314.3涂膜化学性能涂膜化学性能见表46表4管道防腐环氧粉末涂膜的化学稳定性项目检测结果耐热性（100.120h）涂层无变化耐寒性（-30。，120h）涂层无变化冷热交替（-30=100）10次循环，涂层无变化耐污水（室温，1a）涂层无变化耐10%hcl(室温，1a)涂层无变化耐10%硫酸（室温，1a）涂层无变化耐10%NaOH(室温，1a)涂层无变化耐10%NaCl(室温，1a )涂层无变化耐70%汽油（室温，1a）涂层无变化耐盐雾（1000h）/级4.4 涂料固化的曲线采用差示扫描量热仪 （） 对涂料样品进行测试，试验中温度每分钟升高摄氏度，重点测试摄氏度的热流变化，结果见图 7可见 摄氏度左右涂料开始交联固化，度左右放热量达到峰值，度 左右固化反应结束，在线性升温状态下固化时间不到 第三节：锌铝基重防腐涂料的开发与应用开发与试验 对船舶、海上平台、桥梁、高层建筑等钢结构应用调查，发现焊接、栓接等连接部位是钢结构防腐的一个难点。根据以前各类重防腐涂料应用的经验和教训，分析现有环氧富锌涂料和国外 ZINGA 涂料的优缺点及应用问题，选择优质纳米锌铝粉为基本填料，开发高性价比、适应钢结构特殊部位防腐的涂料。经过不同材料、不同比例的多次对比试验分析，选定 HD5002 锌铝基涂料配方和施工工艺。.1涂料组成 HD5002 锌铝基涂料为双组分，其中 A 组分由改性树脂、超细片状锌铝粉构成，B 组分为固化剂。涂料选择质量优良的片状锌粉和铝粉，平均厚度为 100nm，平均直径小于 10 m，涂料涂装后干膜金属含量大于 70%，等效锌含量大于 90%（等体积锌粉替换铝粉计算）。1. 试样制备 HD5002 锌铝基涂料施工方法为：涂料 A 组分与B 组分比例为 6 1，加入固化剂搅拌均匀后，要在 8 h内施工完；涂覆工件需经喷砂（或磷化）前处理；涂装方式可采用刷涂或喷涂；施工温度需大于 5 ；常温干燥条件：表干 2 h，实干 24 h；120 烘干 30 min；试板涂层厚度为 30 m。1.测试方法 用电化学测试方法测定极化曲线、EIS。测定工作采用 EG&G 公司的 M273 恒电位仪，测试采用三电极体系，参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为铂片，以涂层体系为研究电极，电极工作面积为 13 cm2。腐蚀介质为 3.5%的 NaCl 水溶液。所用化学试剂为分析纯试剂，NaCl 溶液用一次蒸馏水配制，所有电化学测试均在室温下进行，溶液未经除氧处理。 用盐雾测试方法测定耐腐蚀性能。盐雾试验采用上海简户仪器设备有限公司的 JST-120 型盐雾试验箱，参照国标 GB/T 101251997、GB/T 17711991 进行。1.实验结果与讨论涂料的基本性能见表表涂料的基本性能7性能测试数据备注相对密度度测粘度度测添加固化剂后的相对密度度测添加固化剂后粘度度测稀释比:的粘度度测稀释比:的粘度度测理论涂覆面积闪点燃点涂层硬度铅笔硬度法附着力划格法弯曲马口铁耐冲击性落锤 试验结果表明，HD5002 锌铝基涂料成膜后，其附着力、弯曲以及耐冲击性能均达到实际应用指标，尤其附着力达到 0 级，说明涂层与基体具有良好的附着力。HD5002 锌铝基涂料涂层的动电位极化曲线的测试结果见表 2 和图 1。 涂层的自腐蚀电位为-965 mV，远高于普通环氧富锌涂层的800 mV，表明锌铝基涂料对钢基体牺牲阳极保护要优于环氧富锌涂料。表平行样品 A、B 的电化学参数8电化参数A平均极化电阻自腐蚀电位。自腐蚀电流注：涂层对 HD5002 锌铝基涂料样品进行中性盐雾试验，结果见表表 3 平行样品 A、B 耐中性盐雾试验结果8样品出现锈点的时间平均 HD5002 锌铝基涂料表现出优异的防护性能，与涂层的组成结构直接相关，充分应用了腐蚀防护功能。其防腐原理如下：牺牲阳极作用：HD5002 锌铝基涂料的干膜涂层电极电位为-980 mV，对钢材等金属构成了阴极保护。由于片状锌铝粉处于树脂包覆状态，其阳极牺牲作用缓慢、连续、可控，可长期牺牲其本身而对金属表面形成电化学保护。物理屏蔽作用：由于采用了超薄超细片状锌铝粉，HD5002 锌铝基涂料的涂层形成了良好的“迷宫效应”，明显优于常规的球形锌粉防腐涂料，显著降低了涂层的透水率，更好地屏蔽了环境的腐蚀因素（水、氧等）。HD5002 锌铝基涂料的应用观察和检验 HD5002 锌铝基涂料的实用效果，针对钢结构（焊接和栓接）连接、钢丝（钢筋）的腐蚀防护，应用 HD5002 锌铝基涂料进行了试样试验和试用对比观察。.1钢结构连接部位钢结构焊接和栓接部位一般是结构重点，也是防腐的重点，锌铝基涂料已在钢结构螺栓连接部位和焊接部位腐蚀防护中试用。对螺栓连接表面防护处理是采用湿态安装来实现的，按应用工艺规程，先对螺栓表面进行清洁处理，浸入涂料中，安装前将螺栓直接连接拧紧。焊接区域先打磨处理表面，然后将涂料作为底漆涂装，通过层间交叉和补涂与周边整体涂装一致。2.2热镀锌钢丝（钢筋） 钢丝和钢筋在建筑和桥梁结构应用较多，对光面或热镀锌钢丝和钢筋可应用 HD5002 锌铝基涂料涂装，提高和增强防腐功能。加涂 HD5002 锌铝基涂料涂覆时先将热镀锌层打磨处理干净，然后均匀涂上HD5002 锌铝基涂料。3.应用经济成本分析HD5002 锌铝基涂料是一种新型涂料，在替代传统的热镀锌和环氧富锌涂料时，具有较高的腐蚀防护效果和性价比。根据目前掌握的热镀锌、环氧富锌涂料、HD5002 铝基涂料的价格，在相同应用涂层厚度和盐雾试验寿命条件及原材料和施工成本方面进行综合对比分析，HD5002 锌铝基涂料应用价格最低，经济技术优势比较突出（见表 4）。表 4 HD5002 锌铝基涂料与热镀锌和环氧富锌涂料的应用比较15表面处理涂层厚度盐雾试验价格热镀锌环氧富锌涂料铝锌基涂料 比利时 Zingamatell 公司的 ZINGA 等金属防腐涂料在国内外金属结构重防腐领域应用较广，HD5002锌铝基涂料是一种原材料开发的、性能优良的防护涂料，具有较高的性价比，根据现有试板试验观察用优质情况，防护性能、防护效果可以与 ZINGA 等金属防腐涂料比较，同样条件下应用 HD5002 锌铝基涂镀涂料成本可大大降低。HD5002 锌铝基涂料适应较薄的防护涂层，在涂层厚度较薄时可得到较好的防腐效果，应用成本极具竞争优势。第三章：粉末涂料生产设备及其产品检测3.1 粉末涂料生产设备概述3.1.1预混合 图1描述了现代化工厂连续生产粉末涂料的设能和产品的类型不同而不同。在热熔混合前、将粉末涂料的各种组分进行预混合是决不可忽视的重要过程,对粉末涂料的性能起着决定性的作用。特别是那些用量很少的助剂和着色颜料,如果预混合不充分,是不能够在第二阶段的热熔挤出过程中得到补偿的。热熔挤出是一个连续的过程,在整个挤出过程中保证均一的喂料速度是保证产品质量的先决条件。如果第一步骤中的预混合不充分将导致涂膜组成不均一,从而造成涂层表面的流平不好、机械性能差涂层表面颜色不均一、光泽度低、表面有缺陷等。 一般来说,粉末涂料的原料都是固体状的,只有当所需要混合的各种成分都具有同样的大小才能在预混合阶段获最好的效果,但这显然是不可能的。因为树脂和颜料两者的粒度差了几个数量级,少量的助剂,如流平剂或催化剂的加入,通过使用制作母料技术加以克服。为了防止基料被过分粉碎,采取适当的混合时间是非常重要的。预混合后基料的理想粒度应该在2 4 m m,如果颗粒太小,在挤出工序的喂料期间将倾向于流化；如果颗粒太大则需要增加功率才能使预混合料在混合机中流动。混合机的选择依据是混合强度、换色频率以及操作工艺是连续生产还是间歇生产,因为更换品种的清洁时间对整个生产操作至关重要。因此,粉末涂料工厂生产的配方品种也会影响混合机的选择。对于要经常换色的生产线,应首选高速预混合机或容器预混合机,其优点是容易清洗且混合时间较短,只需2 3 min；对于不经常换色的生产线,螺条混合机只要很低的投资,且每批产量大。除操作工艺以外,为了制造一致性能的涂膜或对混合设备本身的损耗考虑,要特别关注混合机的结构,混合机需要适当的构造设计。尤其在混合机工作期间,它可能会被突然的原因停止或者有意地停下来,检查运转过程。对于这种情况下驱动装置必须能承受满负荷反复起动这个最基本的要求。比较好的装配是直流电动机,它能比一般的正常起动提供23倍的附加扭矩。当这种驱动装置还不能满足要求时,可以使用带有不同直流的驱动装置(如滑动环、液力联轴器和离心式离合器或者使用V形带传送的间接装置)。与缓慢运动的搅拌机相比,高速混合机有几个优点而成为粉末涂料制造中较好的混合设备。这种机器的一个显著特征是用非常短的混合时间便可达到极高的混合效果,甚至是少量的着色颜料亦可很容易地被预混合,并能被均匀地分散。因为快速混合作用有利于充分展色,为获得淡雅优美的色彩,可以降低所使用的颜料用量,从而达到节约的目的。少量的液体也能被均匀分散,对于液体助剂来说就不需要再花昂贵的经费去制作母料。总之,可快速清洗、加上几个混合容器可公用一个混合头的优点,以及短的混合时间至少在预混合阶段消除了频繁换色所产生的问题。3.1.2 熔融挤出粉末涂料的混合包括几个步骤,并分别在独立的设备中完成。在其步骤生产中,基料和固化剂(不一定有)被熔融并进行分子级的混合,颜料团被破碎成原始粒子并和添加剂一起被均匀地分散在熔融的基料/固化剂混合物中；同时颜料粒子的表面被熔融的基料所润湿。原则上有3种机器可用于热熔挤出。尽管也能使用像Z型叶片捏合机和能加热的双辊研磨机,但最主要的设备还是挤出机。常用于生产制作粉末涂料的机械设备：单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、行星螺杆挤出机。3种挤出机都可以在无压力情况下进行操作,在其螺筒的壁上有一些可供加料的开口。可通过螺杆设计的变化表征体系的特性,在双螺杆挤出机中应用传输、空档和反向传输的捏合块,在