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摘  要

    工程機械行業是中國裝備制造業的重要組成部分。在國家鐵路、公路、機場、石化、核能基礎設施建設中發揮了不可替代的作用。它們一般都是戶外作業，長期暴露在惡劣的環境中，因此需要涂裝防護涂料在線coatingol.com。粉末涂裝技術因無揮發溶劑、一次上粉率高、易施工、回收率高等優點在國內外制造業發展迅速。工程機械粉末涂料的生產標準中，粉末施工性能和常規戶外粉末的要求并無太大的區別，但高耐中性鹽霧和耐老化性能是工程機械企業對粉末涂料產品中最為關注的兩項性能。本文從工程機械粉末在工程機械行業上的應用進行了簡要的分析研究。

關鍵詞：工程機械；粉末涂料；涂裝技術；耐老化；耐鹽霧

引言

工程機械是裝備工業的重要組成部分。概括地說，凡土石方施工工程、路面建設與養護、流動式起重裝卸作業和各種建筑工程所需的綜合性機械化施工工程所必需的機械裝備，包括鐵路線路工程機械、叉車與工業搬運車輛、裝修機械、電梯、風動工具等都稱為工程機械。涂裝是提升產品外觀裝飾性和防護性的重要環節。隨著工程機械行業競爭的日益加劇和人們環保意識的提升，產品外觀涂裝質量和耐腐蝕性的提高成為爭奪市場的強有力手段。采用低污染、高性能的涂料與涂裝工藝是實現產品外觀涂裝質量提升的重要措施。而粉末涂料作為一種綠色涂料，具有利用率達到99%，無廢水、廢渣、廢氣（三廢）排放等技術特點，具有明顯的環保和節能優勢，并極大地降低涂裝成本。為此我們開展了粉末涂料在工程機械行業的應用研究。

工程機械行業的發展近況

2021年4月28日，由全球工程機械50強峰會組委會和《中國工程機械》雜志主辦的“2021全球工程機械制造商50強榜單”新聞發布會在北京舉行。發布會推出了“2021全球工程機械制造商50強”榜單，其中中國取代美國銷售額躍居全球第一。而入選“2021全球工程機械制造商50強榜單”的50家企業中，中國有11家企業上榜，例如三一重工、中聯重科、柳工等制造商。日本有13家企業上榜，例如小松制作所、日立建機等制造商。美國7家企業入榜，例如卡特彼勒、約翰迪爾等制造商。其中中國制造商徐工集團工程機械有限公司進入全球三甲，這是中國品牌首度挺進前三。中國最大的專業化設備制造商——鐵建重工挺進全球30強，且營業利潤率位居全球第一。

受疫情等因素影響，2021年全球工程機械制造商50強銷售額與上年相比，微幅下滑2.87%，為1915.82億美元。前十大企業銷售額累計1256.81億美元，占據全球總份額超過65%。

從國別上看，11家入榜的中國工程機械制造商，銷售額為507.33億美元，比上年增長40.03%；銷售額占比升至26.48%。從銷售額上看，中國取代美國，排名由全球第三升至全球第一；與此同時，從銷售額增幅上看，中國也在13個國家中位居第一。本屆榜單中，美國企業銷售額為420.21億美元，占比21.93%，位居第二；日本企業銷售額為398.98億美元，占比為20.83%，排名第三。

工程機械粉末涂料

2.1 工程機械粉末

在《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》規中明確要求工程機械行業VOCs減排達到30%以上，其改造目標和路徑已非常明確：推廣使用粉末和高固體份涂料。其中，粉末涂料作為最環保涂料種類之一，VOCs基本為零，符合國際上流行的“4E”原則（低污染、省資源、高性能、易施工）。只有“節能減排，綠色環保”的企業才能贏得市場的真正認可。粉末涂料具有明顯的環保、投資、管理、運行能耗較低等優勢，是工程機械行業涂料中的重點發展方向。

2.2 工程機械粉末涂裝工藝

目前應用較為廣泛的是靜電粉末噴涂，其粉末噴涂工藝流程如下：前處理→（電泳）→粉末噴涂→（粉末面粉噴涂）→固化→冷卻。其中前處理常用方式有：拋丸處理、鐵系磷化和鋅系磷化處理和硅烷陶化處理。噴涂方式有：手工、手工+自動噴涂、自動噴涂、自動噴涂+人工智能。

工程機械粉末涂料配方設計

3.1 粉末涂料技術要求

工程機械粉末涂料的生產標準中，粉末施工性能和常規戶外粉末的要求并無太大的區別，但高耐鹽霧和耐老化性能是工程機械企業對粉末涂料產品中最為關注的兩項性能。其標準大致如下：（1）防腐性能：中性鹽霧500-1200h，性能劃叉單邊銹蝕寬度≦2mm，無起泡，不開裂。（2）耐老化性能（氙燈老化）500-2000h，保光率60°≧80%，色差?E≦3.0。

3.2 粉末涂料配方設計

普通單涂涂料粉末很難在兼顧耐候要求的同時要求防腐性能，所以工程機械粉末一般采用雙涂層涂料方案。設計配方思路如下：在確認固化溫度的前提下，考慮前處理方式、客戶實際各項標準性能來選擇數值品種（包括HAA體系）、樹脂含量、相關耐鹽霧助劑、顏料填料（耐候性選擇）等，同時也要考慮到配方的可行性和粉末的方案設定，包括配方組合或工藝噴涂，最終確定配方框架，底粉基礎配方見表1，面粉基礎配方見表2。

工程機械粉末涂料涂裝工藝

4.1 前處理方式

工程機械的用材多數為材質厚重的鋼材，其進行粉末噴涂前需要前處理，目前一般的前處理方式為：上掛→噴砂除銹→脫脂→水洗→硅烷/陶化→水洗→（電泳→水洗）→烘干。一般來說，經過電泳前處理的工程機械基材可直接使用底面合一的單層涂膜即可達到所需性能。

4.2 噴涂方案

根據工程機械的不同工作條件，可根據客戶需求提供不同的涂裝方案，以達到最佳的保護性能。其中常見的噴涂方案如圖1：

圖1常用的四種噴涂方案

4.3 兩涂粉末的噴涂工藝

4.3.1 兩涂兩烤（傳統涂裝）

圖2 兩涂兩烤的涂裝工藝圖

工程機械涂層需要在兼顧高耐候要求的同時還要滿足防腐性能。其中，防腐性能對工程機械行業來說尤為重要，而鋒利邊緣的邊角腐蝕是最難把握的。在此種情況下，單層涂層很難滿足其需求，所以工程機械涂裝一般采用兩涂粉末，其中傳統的涂裝工藝便是兩涂兩烤，即在噴完底粉和面粉后分別進行一次固化。常用的組合方案有：富鋅底粉+聚酯面粉；環氧底粉+聚酯面粉。它們都可以很好的包覆工件的鋒利邊角，從而顯著提高防腐性能和耐候性能。但是這種“兩涂兩烤”的涂裝工藝較為復雜，相對價格也較高。

4.3.2 兩涂一烤

圖3 兩涂一烤的涂裝工藝圖

“兩涂一烤”指的是連續噴涂底粉和面粉，中間不需要預固化過程，僅需烘烤一次即可的噴涂工藝。兩涂一烤的底粉具有優異的邊角覆蓋和抗腐蝕性能，面粉具有良好的遮蓋力、高流平和耐候性。該噴涂工藝采用的是干碰干涂料技術，使其在優異的表面外觀下還兼具卓越的邊角覆蓋和防腐性能，其附著力也是極佳。同時，它還節約了成本，包括固化周期的時間成本、熱能的消耗成本，這些都可以幫助客戶顯著降低投資成本，提高生產率并改善能源效率。

“兩涂一烤”是通過特殊的帶電方式，解決法拉第靜電屏蔽，使底粉不上浮，面粉將底粉完全蓋住，實現不同底粉顏色和各色面粉搭配。且厚涂200 μm以內不會出現針孔問題，面層光澤穩定。如圖4所示，通過1440 h耐中性鹽霧實驗可以發現：1、單層涂層單邊腐蝕2mm，雙層涂層單邊腐蝕小于1.5mm。2、單層涂層邊角腐蝕嚴重，雙層涂層邊角包邊完美。從客戶產品的實驗數據看，邊角覆蓋好，中性鹽霧1440h單邊腐蝕小于1.5mm，老化1500 h保光率85%。在此基礎上，還可以把低溫固化產品和兩涂一烤結合起來，為客戶創造更大價值。目前有200℃、180℃、160℃固化的粉末涂料產品（有高光、半光可供選擇），可滿足不同客戶的不同需求。

圖4 耐中性鹽霧結果對比

工程機械粉末不同涂裝對比

工程機械粉末涂料最難攻克的便是邊角覆蓋問題，因為往往被腐蝕的都是從鋒利的邊角開始。由圖5可以看出，單層粉末涂料在鋒利的邊角處無法提供充分的防腐保護，而兩涂粉末則可以在保證外觀流平的前提下為鋒利的邊角提供最大的防腐保護和良好的耐候性能。

圖5 單雙層涂膜所提供的邊角覆蓋性能示意圖

根據工程機械行業客戶的不同需求，可以采用不同的涂裝方案，不同的涂裝工藝會帶來不同的產品性能，其性能如表3。

從表3看出，兩涂粉末比單層粉末具有更優異的性能，但成本也較高。

結語

近幾年，我國在工程機械行業發展日漸成熟，已完成“漆改粉”的完美蛻變，且始終保持著“智能化、綠色化、高端化”高質量的發展趨勢，不斷推進粉末涂料在該行業涂裝領域的應用，持續給工程機械行業客戶創造價值。 

本文概述了粉末涂料在工程機械行業上的應用，并介紹了常見的涂裝方案。一般來說，單層涂膜的所能達到的防腐耐候性能有限。在面對較高的防腐性能要求時，雙層涂膜能更好地提供防護。其中，雙層涂膜可以使用“兩涂兩烤”或“兩涂一烤”的涂裝工藝。其中較“兩涂兩烤”來說，“兩涂一烤”具有設備投入減小、涂裝線縮短，能耗降低，底粉、面粉同時固化，生產效率高，層間附著力好等優勢。 

作者：葉賽男/黃山華佳表面科技有限公司

來源：2021/2022粉末涂料行業年會