工程机械之静电粉末喷涂应用与发展

广义上凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备均可称之为工程机械。

近年来，受国家政策导向、下游基建需求拉动、存量设备更新等因素驱动，工程机械行业龙头2019年年度业绩普遍超预期，三一重工归母净利润为112.07亿元，同比增长88.23%；2019年中联重科归母净利润为43.71亿元，同比增长116.42%；2019年徐工机械归母净利润为36.21亿元，同比增长76.89%。尤其是2020年新冠疫情影响下工程机械旺季后移，3月份开始释放旺季需求，单月挖掘机销量更是创下历史新高，实现超预期复苏涂料在线coatingol.com。随后4月份，三一重工、徐工机械等龙头公司陆续发布提价通知，挖机、混凝土机、起重机等各机型供不应求，迎来涨价潮。

中长期来看，基础建设仍然蓬勃，中国的工业化和城镇化尚未完成，仍处在一个加速发展的过程之中，加之铁路、公路、机场、城市轨道交通、水利、地下管廊等基础设施投资增加。另外“一带一路”带来的国际化机会，将为国内工程机械行业注入新动力。

从行业发展趋势看，有两类工程机械细分产品值得关注：小型挖掘机和高空作业平台。从日本等发达国家的发展经验来看，小型挖掘机适用场景更广，替代人工性更高，其未来市场渗透率可能进一步提升。高空作业平台在中国仍处于导入期，其施工效率远高于脚手架，随着施工场景中维系占比的增加，高空作业平台有望快速发展。

下文就以挖掘机为例来详细阐述。展望未来，预计2020年挖机需求中新增需求的仍会持续增长，而2020~2022年行业的主要驱动力依然为更替需求，预计2020~2022年国内挖机销量有望达到22.97万台、23.49万台、24.20万台，同比增速分别为增长10%、2%、3%。

1.1 静电粉末喷涂的发展历史

出于简单满足外观审美和低成本需求，工程机械制造商最初采用单层液体涂装方式，但实际应用中，各地气候千差万别，工程机械需暴露于各种温度和湿度环境中，光照强度和盐度也各不相同。作为保护层，单层液体涂料无法兼具长期UV耐久性和耐腐性，于是为了将基材防护与外观审美要求相结合，产生了多层涂料工艺。尽管多层液体涂料工艺提升了工程机械的环境适应性，但是涂层工艺复杂程度增加，效益降低，企业成本明显上升，更严重的问题是，涂装过程中VOCs成倍增加。在《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》中，工程机械制造行业被列为重点整治对象之一，其改造目标和路径非常明确：推广使用粉末等高固体分涂料；积极采用机器人喷涂、静电喷涂等先进涂装技术；有机废气收集率不低于80%；在2020年底前，全国1300家工程机械制造企业完成低挥发性涂料替代，低VOCs排放涂装工艺改造及末端治理工程建设。

1.2 粉末的优异性能

为了响应国家政策号召及满足市场对涂层性能的需求，粉末涂装技术在这样的大环境下快速发展，使得粉末喷涂在各个方面的表现均能优于油漆喷涂。

（1）粉末完好的边角覆盖：经过对不同工艺喷涂的工件外观进行检测对比，我们发现，在膜厚和光泽度方面，粉末具备明显优势。

表1 粉末与其他涂料膜厚和光泽度对比

（2）粉末杰出的防腐性和耐候性：基于复杂苛刻的作业环境，防腐性和耐候性对工程机械涂层至关重要：

表2 各类粉末盐雾、耐光、耐候性试验值

（3）对三种涂料进行了对比，粉末涂料更环保

表3 粉末与各类涂料环保性对比

1.2 静电粉末喷涂工艺技术的更新发展

工程机械行业对零部件的边角、孔洞、焊缝部位耐腐蚀性要求较高，因此粉末涂装工艺最初在该领域应用较少。但是工程机械液压钢管的粉末涂装是一个特例，钢管是圆柱状体，边角孔洞缝部位少，应用也较为成功。对于工程机械这类耐腐蚀要求较高的产品，别说要求较高的零部件A级面的涂装，就连要求较低的零部件的B、C级面的涂装，在边角孔洞缝的耐腐蚀性都不能达到腐蚀防护要求，实际使用时存在很大的问题。

现有的一般粉末涂料喷涂时，涂覆到工件外边角表面的粉末颗粒不会少，但由于粉末涂料的熔融黏度太低或者熔融流动性太大，固化后常常造成边角部位的粉末涂层较薄；工件内边角会因为法拉第屏蔽效应导致粉末很难覆盖这些位置。

在一定条件下，涂料的边角覆盖率和流平性是相互矛盾的。对于大面积涂层的装饰性，要求涂料具有良好的流平性，以获得最佳光泽、平整度、丰满度和鲜映性等；但对于边角特殊的部位，涂料的流平性就造成了边角的覆盖不良。反之，要想减少边角覆盖不良的缺点，必须提高粉末涂料固化时的黏度，减弱固化前的流动性；但这种情况对于大面积涂层需要的流平性又有很大的影响。

为了解决现有一般粉末涂装产生的边角孔洞缝的腐蚀问题，一种新的“两涂一烤（2C1B）”粉末系统诞生。将新研制的粉末涂料分为2种类型，一种是底粉，在边角孔洞缝部位附着力好且有优良的耐腐蚀性，烘烤流平时能够保证足够的厚度，另一种是面粉，有优良的流平性和装饰性，适合于工件的大面积涂装涂层，并与底粉有很好的配套性。两层特殊配方的粉末涂层涂覆于零部件上，然后进行一次固化过程，这不需要在涂覆面层前进行底层固化，使涂装过程节省大量能源、操作成本和时间。

粉末两涂一烤工艺流程：底粉喷涂，面粉喷涂，面粉固化。为提高涂层固化速度，加快生产节拍，使用天然气触媒红外辐射加热（220 ℃），即可固化并达到粉末涂层的外观要求，同时节能40%左右。对于复杂的工件（结构复杂或厚度差别较大），后续还需要进行热风循环固化，才能达到最佳效果。

喷粉区域的设备主要包含以下部分：粉房、大旋风、后过滤、往复机、喷枪、控制系统等，为达到最佳的喷涂效果，每套设备都有相应的标准及要求。

2.1 粉房是静电粉末涂装的重要施工场所，需要满足以下要求：

1、 粉房设计需维持内部平稳的空气流动，保证较佳的喷涂环境；

2、 粉房材质选用PVC材质（阻燃材质，符合国标要求），高电阻，不易积粉，便于换色；

3、 根据粉房开口选择合适的抽风量，保证粉房微负压，开口处风速控制在0.7m/s~0.8m/s；

4、 粉房内的粉末浓度应其低于粉末爆炸下限的50%；

5、 喷涂区域要有足够的光线，照度大于800lux，便于检查和手补。

2.1．1 粉房抽风量的计算公式如下：

𝑄= 𝐴 ∗𝑣𝐾∗3600

𝑄 = 粉房抽风量 [m³/h]

𝐴 = 粉房总开口面积 [m²]

𝐴 = Σ 𝐴𝑖

Σ 𝐴 = 每个单独开口的总和