新型热喷涂粉末喷涂装备
叶敏伟
电镀与涂饰
摘要：热喷涂粉末喷涂技术的不断发展，促进了各种各样的新材料和设备的产生。本文介绍了诺信近期推出的热喷涂粉末喷涂新材料和设备，包括用作粉房壁的 Apogee 材料、用于热喷涂粉末传输的密相输送技术(HDLV)、Prodigy 喷枪及其配套的喷涂换色生产线。这些新技术使得客户能够获得干净、快捷和低排放的表面处理。
关键词：热喷涂；热喷涂粉末http://www.sunspraying.com/zhuanjiadayi/suoyouxiaolei/2012-08-22/175.html；热喷涂粉末喷涂；粉房壁材；密相输送技术；喷枪；换色生产线
1 前言
随着生产技术的不断发展，人们对环保要求不断提高，传统的热喷涂粉末喷涂设备也在不断更新换代。诺信作为全球热喷涂粉末喷涂设备的顶尖制造商，始终保持对新产品、新技术研发和推广的热情，以促进热喷涂粉末喷涂技术的持续发展。本文介绍最近应用于热喷涂粉末喷涂工艺的新材料及设备。
2 热喷涂粉末喷涂新装备
2. 1 新型粉房壁材料
喷房结构需要满足以下条件：能够包裹工件实施喷涂作业，在喷涂作业时不污染环境，并能及时回收热喷涂粉末。因此，喷房往往需要一些硬性材料来搭建，如不锈钢、PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)等。传统喷房如图 1 所示。
衡量粉房壁材料性能的指标通常有 2 种──坚固性和热喷涂粉末附着率。坚固性自然是针对减少粉房壁的磨损或者其他损坏，而热喷涂粉末粘附率却是一个用来衡量工作效率、粉房清洁时间的重要指标。上述 3 种传统粉房壁材料的性能指标见表 1。
不难看出，这 3 种材料都有自己明显的优缺点。如何在这些重要的指标中寻找一个平衡点，找到一种既坚固，又容易清洗，同时抗腐蚀、抗溶解的新材料，一直成为诺信不停探索和研究的方向。经过一段时间的科学研究，诺信推出了全新的Apogee 材料。这是一种高分子聚合材料，具有以下优点：较轻的质量(与相同体积的上述 3 种传统材料对比)，材料极其坚固(无需外部支撑就可用于搭建粉房)，能够建成壁厚 1.5 英寸(约 3.81 cm)的具有三明治结构的喷房，抗静电性能极佳。诺信对这种新型材料进行了不同的实验，以验证其可靠性。
(1) 跌落试验：将20 kg重的铁锤从距离材料30 m高处自由落下，材料完好无损。
(2) 碾压试验：2 t 重的皮卡车悬停碾压板材，材料完好无损。该试验过程见图 2。
(3) 热喷涂粉末附着率试验：选择 PP、PVC 和 PC(聚碳酸酯)等材料进行同等条件下的热喷涂粉末喷涂，与 Apogee材料进行对比。所有试验体均是不良导体。由于不锈钢是优良的导体，因此不列入实验范围。喷涂完毕，发觉Apogee沾染的热喷涂粉末量最少。试验结果如图3所示。新型 Apogee 与传统粉房壁材料性能对比见表 2。可以看出，Apogee 材料有着极其坚固的物理性能，吸附热喷涂粉末最少，具有热喷涂粉末喷涂所希望的均衡性能，是粉房壁材料理想的取代品。
2. 2 最新的热喷涂粉末传输技术——HDLV 技术
传统的物料(热喷涂粉末)输送通常使用文丘里技术，文丘里粉泵就是在这样的背景下诞生的，见图 4。文丘里输送技术是利用高速气流形成真空抽吸来推动热喷涂粉末的流动，其结构简单，但是有以下的局限性：
(1) 流速过高，热喷涂粉末流较急，因此很难覆盖一些难以渗透的区域。另外，高流速使得热喷涂粉末对管路的冲击摩擦大大增加，增加了备品备件的消耗。
(2) 气流带动的热喷涂粉末密度小。
(3) 压缩空气消耗过多。因此，在热喷涂粉末喷涂生产工艺上，文丘里输送存在很难提升产品品质、使用成本上升的问题。要改善传统的输送系统，仅仅从文丘里原理着手，很难获得彻底解决。诺信在汇聚了物料输送学和空气动力学等方面的经验的基础上，推出了一种全新的热喷涂粉末输送技术──HDLV(High Density and Low Velocity)技术[1]，即密相输送技术(Dense Phase Pneumatic Conveying)。密相输送技术是指栓流气力输送，即粉料在输送管中不再散开，而是形成料栓，依靠料栓两端的静压差向前移动，具有低速、密相及低动力指数等特点。这是一种理想的输送方式，其工作原理可用图 5 表示。
传统的文丘里传输中，热喷涂粉末在气固中的比例只有40%，而且管壁材料的磨损与流速的 2 次方或者 3 次方成正比[2]。这就意味着，哪怕速度只上升 3 个百分点，磨损率就要提高 9 ~ 27 个百分点。而密相技术的低流速、高密度热喷涂粉末流作用，能够使材料的磨损率尽可能地降低[3]。采用新的 HDLV 技术，解决了热喷涂粉末输送中的瓶颈问题，大大提高了热喷涂粉末的输送效率。表 3 为传统文丘里粉泵同新型 HDLV 泵的性能比较。不难看出，使用了小口径粉管的 HDLV 泵却有着强大的输送效率。一般情况下，一把使用 HDLV 泵的喷枪效率抵得上 2 把普通喷枪。
2. 3 新的换色理念
传统的换色通常要使用大型的换色喷房，这样的喷涂方式比较适合大面积、大批量的生产，一般有以下特点：大批量，种类较为固定，需要更换的颜色较为固定、工件较为规则。
假设一家工厂一天换 5 ~ 6 次颜色，每次换色的时间大概在 10 ~ 15 min 左右，那么每天消耗在换色上的时间为 50 ~ 90 min。在这段时间内，喷房要停止工作，而所有的炉体都在白白消耗能量。由此可见，大型换色喷房只适合大生产的使用状况。如果是以下特性的工件需要喷涂，如小批量、多批次、颜色繁多(甚至一天换几十次颜色)、工件较为复杂等，那么常规的换色喷房可能就不适合其生产条件了。
如果是产品批量较小，种类却很多，同时需要用多种颜色进行表面处理，那么换色时，停机清理产生的时间和能源损失大大高于回收粉的成本。在此情况下，就需要一种全新的换色手段。而此前所述的 HDLV技术，正可运用于这样的换色手段之中。图 6 为使用了诺信全新 Prodigy 喷枪的喷涂换色生产线。新的工作方式使得所有的喷涂工作均在一条线上完成，一个或者两个喷房就可以完成多种颜色的喷涂工作。全新的换色理念要求不再回收热喷涂粉末。因此，诺信有针对性地推出 Prodigy 喷枪，以符合新的换色理念的需求。然而，热喷涂粉末不回收所带来的需求是：换色时间短(数十秒内完成)，以减少停机造成的损失；上粉率高，浪费的热喷涂粉末少(利用上粉率尽量减少热喷涂粉末的损失)。而Prodigy 喷枪具有以下特性：装备有 HDLV 粉泵，配有全自动换色系统，能在 20 s 内完成换色，最高能配备28 种颜色。因此，Prodigy 喷枪达到新的换色理念的要求。图 7 为 Prodigy 喷枪及其装配的不同颜色的粉桶。新的换色方式使得客户在面对难以喷涂的工件或者有频繁换色需求时，多了一种工艺上的选择。
3 结语
作为一个涂装行业的领军者，诺信不停探索新的产品以及技术，并将之运用到实际生产中，并希望能与各行各业合作，一起将高效、低碳的喷涂方式提供给广大的用户，一起推动整个热喷涂粉末喷涂行业的进步与发展。
图略
参考文献略
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