談談涂料與涂裝工藝、涂裝生產線

文/楊柳

涂料與涂裝工藝是一個相互促進的過程，涂裝工藝的需求促使涂料的改進，涂料的進步又促進新的涂裝工藝出現。

通常將涂料開發和制備技術稱為涂料工藝，屬于精細化工領域;涂料施工應用和涂裝稱為涂裝工藝，屬于工程領域。從提供高質量涂層，服務用戶的現代涂料涂裝整體觀出發，涂料工藝與涂裝工藝的發展緊密相關。涂料必須具備必要的施工性能以滿足施工工藝的要求，尤其是 OEM 流水線涂裝，涂裝性能某種意義上甚至比技術性能更重要。工業和特種涂料涂裝行業歷來高度重視涂裝工藝的研發。

涂裝工藝的革新和發展極大地驅動涂料工藝的技術進步。卷材涂裝線的速度由每分鐘幾十米提高至 100m/min 以上，要求卷材涂料具有更快的干燥速率。涂裝工藝調整和對高質量涂層的要求促進了厚膜型漆的發展。涂裝工藝的革新拓展了紫外光固化涂料的應用范圍。涂裝工藝整體改革促使涂裝在生產總成本和制造周期所占比重大幅度上升，對低處理表面涂料的需求迫切。還有高壓水除銹工藝的推廣催生了配套的防閃蝕涂料的開發應用等。正在研發的新型涂裝工藝需要同步開發配套涂料。

相應的環境友好型水性工業涂料、紫外光固化涂料、粉末涂料、無溶劑涂料以及聚脲噴涂彈性體等的應用與相應的涂裝設備開發、涂裝工藝和涂裝線設計緊密結合，相互促進。

涂裝線作為實現涂層成膜的環境，可謂說千人千面。雖然看到眾多的線體，能夠說得上完美的線體是不存在的。其中最重要的是由于各個公司涂裝人員的良莠不齊，很多涂裝設備公司更是良莠不齊。從來都不怕把項目做壞了影響名聲，只是一味的迎合客戶。從沒見過一個涂裝設備公司能夠在線體方案的時候派駐一兩個技術人員在客戶公司研究個半個月，方案也都是抄抄抄。更多時候沒有和客戶技術碰撞的勇氣，都是客戶說什么就是什么，這還是缺少調研，沒有發言權。

這么多的失敗案例一部分來源于國內的市場環境，很多老板都沒有辦法保證某一客戶的產品長期生產，為預防客戶隨時不給訂單而把本來效率高的專線硬生生建成效率低的通用線。再者很多公司建立涂裝線的時候沒有考慮到一個問題，也是很多人沒有注意的涂裝的本質質量成本。

涂裝配套設計及涂裝工藝的制定

無論是哪一種涂料，在某種意義上說都還只是一種半成品，它們或者是含有大量溶劑的液狀物，或者是尚未發生交聯反應的分離組分。這些半成品只有通過適當的工藝過程涂布在被涂物表面后，經歷溶劑揮發、漆基交聯等過程，形成網狀涂膜后才能真正發揮涂料的保護、裝飾、特殊功能等作用，這個把涂料變成涂膜的過程就是涂裝。涂層質量的好壞不僅與涂料本身的質量相關，而且很大程度上取決千涂裝的質量水平。

長期以來我國的涂料領域存在著涂料和涂裝分離、重涂料開發輕涂裝研究的問題。建國以來，我國的各大國營涂料公司在涂料研發方面一直比較重視，研究體系也還是比較完善的。但是我們涂料行業對涂裝技術的研究一直不是很系統，涂裝技術的研究往往游離于涂料行業之外。當時國內一些大型的船舶、汽車制造企業擁有涂裝工藝研究機構，但其研究通常也只是停留在涂料使用技能的研究階段，而涂料制造商一般也很少進行涂料施工方面的研究。改革開放以來，隨著國際知名企業進入我國，在汽車、集裝箱、船舶等領域也將涂料涂裝一體化的先進概念帶入我國。所謂涂料涂裝一體化的概念，就是涂料商不僅僅負責涂料的研發和生產銷售，同時還負責為客戶設計涂料涂裝配套方案，設計涂裝施工工藝，甚至派工程師在涂裝現場指導施工。按照現代的管理理念，這些涂料實體產品以外的服務和活動，是整體產品的一部分，因此在跨國涂料公司，為客戶進行的涂裝設計、現場管理和指導等工作都是免費的，或者說是包含在整體產品價格之內的。近年來在家裝行業更出現了內墻乳膠漆免費涂裝的產品銷售方式，事實上實現了以涂膜代替涂料作為最終產品銷售的革命。

一、涂裝配套設計

像建筑樓房要有藍圖一樣，在對被涂物進行涂裝之前，首先要完成涂裝配套的設計。涂裝設計是涂料涂裝一體化體系中首要也是最重要的一環，如果涂裝配套設計不合理，即使是采用了很高性能的涂料，也有可能因為不適應使用環境或者各層涂料間不匹配而造成整個涂裝配套的性能降低，甚至在施工期間出現附著不良、脫落等施工問題，或在涂膜使用早期出現起泡、銹蝕等涂膜劣化問題。由千專業分工的要求，涂料工程師往往需要為客戶提供涂裝配套設計方案。我們這里所說的涂裝配套通常主要包括選定涂料品種、確定底材處理的方法和制定涂裝工藝要求三個部分。

對于汽車、集裝箱、船舶等大量工業化生產的產品，其行業內一般都有現成的與涂裝配套相關的規范，這些規范有的是行業內公認的做法，有的則是行業或者國家的標準或法規的規定，進行涂裝配套設計時一定要遵循這些要求。對千一些單獨的涂裝項目，如廠房、橋梁等的涂裝配套設計，需要根據項目在技術和經濟等方面的要求，參考相關的涂裝規范和標準制定涂裝配套。本節將結合相應的標準規定，對涂裝配套設計的一般程序和作法做一介紹，供大家參考。

設計涂裝配套時往往要考慮涂膜的使用環境、使用涂料的特性、底材處理方式、涂膜使用年限、涂裝方法選擇等因素，另外還要考慮經濟和安全條件的限制。涂裝設計時要考慮的各種因素間的關系見圖1。

圖1?涂裝設計參考因素間的關系

1、涂膜的使用環境分析

需要進行涂裝配套設計的被涂物往往處于不同的使用環境中，按照涂裝配套施工后形成的涂膜也會暴露在各種環境之中，接受各種腐蝕介質的考驗。例如，汽車通常會在戶外使用，陽光中紫外線的能量會對漆膜的顏色、光澤等裝飾效果產生不利的影響，而雨水侵蝕、砂石沖擊、空氣中的腐蝕性氣體等對也會破壞涂膜的防護性能；再如，鋼結構一般會暴露在不同的環境中，可能包括室內環境、一般的戶外環境、嚴重腐蝕的環境等，涂膜的防護性能會受到室內的結露、陽光中的紫外線、空氣中鹽霧等的影響。在充分了解了這些可能對被涂物造成腐蝕或破壞以及可能導致涂膜早期劣化的因素后，方可設計出符合被涂物使用要求的涂裝配套。目前，很多行業都對其被涂物所處的環境作了分類總結并形成了標準。例如，ISO 12944-2 就對鋼結構所處的腐蝕環境系統進行了詳細的分類。一般情況下，導致鋼結構產生腐蝕的環境因素主要有大氣、水和土壤等。

2、經濟性分析

和設計任何產品一樣，涂裝配套的設計也要考慮各方面因素的平衡。通常，設計質量好的涂裝配套和設計價格低廉的涂裝配套都不是很難的事，但是設計一個既好又經濟的涂裝配套就需要平衡各種因素。一般來說，滿足最基本的保護功能是設計涂裝配套時要考慮的首要因素，在這個前提的基礎上，才可以考慮如何降低成本。涂裝配套的成本包括很多方面，設計時既要考慮涂料自身的成本，同時也要考慮底材處理、涂裝方法甚至工期等各方面的成本。例如，對于在工廠內流水線上大批量生產的集裝箱，采用噴射底材處理、標準的環氧富鋅＋環氧底漆＋丙烯酸面漆涂層組合以及自動化無空氣噴涂的施工方法可能是最經濟的，但是對于處于類似腐蝕環境的在沿海地區使用的小型儲罐，如果在沒有動力源的野外進行涂裝，可能采用簡單的手工打磨方法處理底材，使用對底材處理要求較低的帶銹環氧底漆＋丙烯酸面漆涂層組合，采用刷涂方法反而是比較經濟的。

3、表面處理的類型和方法的選擇

只有在涂裝設計時必須選定適當的表面處理方法，才能發揮涂膜的各種防護性能。在使用涂料被覆的材料中，應用最多的底材是鋼材，如汽車、船舶、船舶等都會使用各種規格的鋼材，鋼材的表面處理方式有酸洗、磷化等化學處理法和噴射、打磨等物理方法，還有火焰處理、高壓水處理等其他方法，各種處理方法都有各自的特點和使用對象，很難說哪一種表面處理方法是最好的。在設計涂裝配套時要針對被涂物的種類、使用環境及使用的涂料品種等因素綜合考慮來選擇合適的底材處理方法，如汽車上的薄板部件通常要采用用磷化等方法進行處理。而船舶、集裝箱等大部分采用比較厚的鋼板，要采用噴砂或拋丸處理。

4、涂料的選擇

涂料是涂裝配套的主體，可以說是涂裝配套中最主要的部分，根據不同的使用環境，涂料可以分為防腐涂料、裝飾涂料和功能涂料等，但是這種分類不是絕對的，有些涂裝配套系統往往兼具防腐和裝飾的功能。

為了發揮防腐和裝飾等功能，涂裝配套系統一般都由多道涂膜組合在一起，形成一個整體體系，這也就是所謂的＂配套系統(coating system)" 的意義所在。各道涂層在整個體系中發揮著不同的作用，一般的涂層配套系統通常包含底漆、膩子、中間漆、面漆等，有的配套系統還包括連接漆、霧噴層等。

5、涂膜期待使用壽命分析

在選擇涂料時，涂膜的使用年限是非常重要的參考因素，由于被涂物建造條件的限制，有的可以隨時進行涂膜維護，有的則永遠不可能進行維護，因此對涂膜系統的使用年限要求是不同的。涂膜使用壽命的設計主要依據采用涂料的種類、涂膜在使用環境下的年消耗速度（微米／年）以及防護等級要求來確定。例如， ISO 12944 標準中將鋼結構的涂膜使用壽命分為L 、M 、H （低、中、高）三個級別，分別為5 年、10 年和15 年，但是我們要注意，這里所說的涂膜使用壽命只是一個技術參數，是設計涂裝配套和對涂膜進行維修和換涂的依據，而往往并非涂膜的擔保使用年限。對于不同的使用年限，在選定涂料時不僅要考慮涂料的品種，還要考慮其膜厚以及不同種涂料的搭配。因此常常會出現同一個建筑物的不同部位采用不同的涂膜系統的情況，例如海上鉆井平臺，其甲板平臺和生活區部位由于維修方便可以使用相對比較廉價而涂膜使用壽命不是很長的涂層組合，在飛濺區和水下部位，由于防腐要求苛刻且維修困難，就要使用涂膜使用年限較長的重防腐涂層組合，而對于鋼管樁等尤法維護的埋地部位，則往往采用永久或半永久的涂層組合，很多時候還需要同時采用涂料以外的其他防腐措施。

6、涂裝配套的選定

在決定選用哪種涂裝配套之前，應充分分析被涂物的使用環境、期待使用壽命、各種涂料的選用原則以及被涂物的使用特點和成本因素后。針對不同的設計要求，可供選擇的涂裝配套往往可能有很多種，這些配套通常都會各自在某些方面有些側重，有的防腐效果相對好一些，有的裝飾效果好一些，有的則成本低一些。選定涂裝配套時首先要考慮使用方的要求，在此前提下設計者也會體現自己的風格。

現在對于大多數的被涂物和使用條件，相關的標準或設計手冊中都有對應的涂裝配套方案，進行設計時可以在參考這些方案的基礎上，再結合項目的具體情況，制定出更加合理的配套方案。

二、涂裝工藝的制定

施工工藝是對涂裝施工過程進．行規范化要求的技術性文件，它是在涂裝配套基礎之上對施工過程的要求和注意事項的詳細描述。通常以施工工藝指導書的形式下發給涂料使用部門。施工工藝指導書一般由涂料供應商制定，有時也會由涂料供應商和使用單位雙方共同制定。它對充分發揮涂料和整個涂層系統的性能，保證涂料的正確使用具有重要的意義。制定涂裝工藝是涂料設計工程師和涂料技術服務工程師的一項基本技能。涂裝工藝指導書通常包括以下部分。

1、表面處理要求及注意事項

表面處理的方式通常在涂裝配套中巳經有明確的要求和描述，在涂裝工藝指導書中，除了要規定涂裝配套中要求的底材處理的等級以外，通常還會根據需要規定一些更詳細的技術指標，如噴射處理的粗糙度，各種磨料的比例、洗液的pH 值、磷化膜的重星等。

很多情況下經過處理后的底材在涂裝之前還要經過焊接、成型等加工工序，焊道和變形部位由千異種金屬接觸和應力集中，是最容易發生銹蝕的部位，要通過適當的方法去除氧化物和釋放應力，因此施工工藝中還需對焊道等加工部位規定二次底材處理的方法和控制指標。

2、涂裝方法的選擇

在制定涂裝工藝要求時一般要規定整體的涂裝方法和局部的涂裝方法，例如船舶的大部分部位要求使用無空氣噴涂，預涂和一些復雜的難以涂裝的部位則允許采用刷涂和棍涂等方法進行施工。

3、涂料的準備

涂料是涂裝工作的核心，為了保證正確使用涂料，在施工工藝中應明確涂裝開始前對涂料的準備工作。主要包括確認涂料的組分數、確認多組分涂料的配比、開罐容器中狀態的確認、混合攪拌方法、稀釋添加比例等。

4、涂裝過程的要求

涂裝過程中首先必須要明確對環境條件的要求，對千金屬底材上噴涂通用涂料時，一般規定環境溫度應該高于露點溫度3°C 以上，環境濕度應低千85% 。對于在室內涂裝的，應規定施工時的溫度、濕度、照明、通風等控制參數；對于室外涂裝的，還應該規定風速、灰塵等的控制指標；同時要明確禁止進行涂裝作業的天氣條件，如下雨、風速過大、濕度過高，溫度過高或過低等。

一般還要對涂裝過程中的其他注意事項加以說明，如涂裝間隔的管理、涂料混合使用期的控制，涂裝流水線的速度，強制干燥的條件等。

5、涂膜檢驗

涂裝完成后，涂膜的檢查和驗收是一項非常重要的工作，它是判斷整個涂裝工作是否符合要求以及可否進入下一道工序的依據。

1）涂膜厚度檢驗

涂膜厚度是涂膜檢驗中最重要的工作，在涂裝工藝中要規定涂膜厚度的檢驗方法和使用的儀器。通常要求在涂裝施工過程中應經常檢測濕膜厚度，雖然濕膜厚度不是判斷漆膜合格的依據，但它是控制干膜厚度的重要方法。待涂層干燥后，應再次檢測干膜厚度，以保證膜厚符合規定要求。目前金屬底材的干膜厚度檢測主要采用電磁式測厚儀，非金屬底材可以采用千分尺等測厚儀。對于多道涂層的配套，由于通常都不會在涂層完全干燥后涂裝下一道涂層，因此一般不單獨檢測個涂層的膜厚，而是在完工后檢測全部涂層的總厚度。當有特殊要求時，可以用特殊的檢測設備分別檢測完工后各層涂膜的厚度。

2）合格判定標準

涂裝工藝中必須規定涂膜厚度是否合格的判定標準。被涂物本身的構造、涂噴工作的管理情況、涂裝操作人員的素質等等都可能造成涂層厚薄不均，因此，如果要百分之百地保證全部涂層都超過規定厚度以上，不但會大大增加涂料的用量，實際上也不易辦到，唯有按干燥涂層厚度測定值的分布狀態來判斷整個涂層是否合乎標準。例如，某些行業接受雙90 原則，即所有測定的膜厚值不得低于規定厚度的90 ％以下，達到規定厚度的測量點數目應超過測量點總數的90 ％以上。

3）涂膜質量檢驗

涂膜質量的檢驗主要是判別漆膜是否有嚴重影響涂膜使用功能的漆病。涂裝工藝中一般要規定哪些漆病是不允許的，并規定出現這些漆病的處理原則。例如，對于汽車漆膜來說，表面輕微的橘皮也是不允許的，必須要修補或返工，但是這種漆病對集裝箱和船舶的涂膜來說則往往是無足輕重的。

6、安全注意事項

涂料的施工過程存在各種安全隱患，溶劑型涂料都是易燃易爆的，有的涂裝工作是高空作業，涂料本身對人的身體也會產生傷害，因此要求在涂料施工工藝中必須根據所使用涂料和施工方法的特點明確安全注意事項。這些安全注意事項通常要包括腳手架的要求、防火要求、安全衛生要求以及意外事故的應急處理措施等。