自動噴涂過程中涂料攪拌的問題與解決方案

丁一峰，黃海平，胡 輝 （上海建工（江蘇）鋼結構有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

目前市場上的很多涂料都是雙組分的。雙組分涂料是指涂料分為甲組分和乙組分，且分開包裝，使用前先將兩個組分按一定的比例混合，再進行噴涂，通過兩個組分之間的相互反應來固化成膜。通常甲組分被稱為涂料的基料，乙組分被稱為涂料的固化劑，起到交聯(lián)固化的作用。在施工前，必須要將雙組分涂料攪拌均勻，這是因為雙組分涂料在固化的過程中，任意組分過多或者過少，都會影響固化效果，而攪拌不均勻，就會導致局部區(qū)域組分過多或者過少，從而影響噴涂質量。有些涂料不僅在噴涂前需要進行攪拌，而且在噴涂過程中也要不斷進行攪拌，尤其是富鋅底漆。富鋅底漆是鋼結構產業(yè)中非常常見的一種涂料，它主要利用鋅粉的陰極保護作用來防止基材腐蝕，其因防腐效果優(yōu)異而受到業(yè)主的青睞。在上海建工（江蘇）鋼結構有限公司（以下簡稱“我司”）近年所涉及的項目中，絕大部分鋼結構所使用的底漆為環(huán)氧富鋅底漆和水性無機富鋅底漆，其中水性無機富鋅涂料對鋼結構表面處理的要求更高［1］。富鋅底漆防腐蝕效果雖好，但也存在一個弊端，其中的鋅粉容易沉淀，尤其是對于鋅粉含量高的富鋅底漆更是如此。

底漆中鋅含量的高低是衡量其是否具有長效防腐能力的重要指標之一［2］，而為了保證防腐效果，就必須使用含鋅量高的底漆。根據HG/T 3668—2009《富鋅底漆》標準的要求，通常使用的富鋅底漆必須要保證干膜中的金屬鋅的質量分數(shù)至少達到60%，最高為80%，為了防止鋅粉沉淀，就要在施工過程中不斷地進行攪拌，確保涂層整體的防腐性能。

1 鋼結構自動噴涂設備使用自動持續(xù)攪拌裝置的必要性

為了防止鋅粉在富鋅底在漆施工過程中發(fā)生沉淀，就要對其進行中不斷地攪拌。國內大部分的企業(yè)在涂裝施工時主要采用手動攪拌方式，而不是自動攪拌（這里所指的自動攪拌，是自動持續(xù)攪拌或自動定時攪拌，下同）。在噴涂過程中，涂裝作業(yè)人員每過一段時間，就要對富鋅底漆進行一次攪拌。

涂裝作業(yè)人員對富鋅底漆攪拌時間的控制通常基于以下幾種方法：（1）預估時間，即工人估計到了該攪拌的時間了，就對涂料攪拌一次，這種方法很容易造成遺漏，主要原因是因為遺忘造成的延誤［3］；（2）根據涂料桶內的涂料容積來判斷攪拌時機，涂料施工的過程也是涂料桶內涂料不斷消耗的過程，故有些施工人員通過涂料桶內涂料的液位下降來判斷攪拌時間，但這種方法成立的假設是噴涂人員按照固定的噴涂速度進行噴涂，這顯然是難以做到的。因為鋼結構件復雜程度高，噴涂得就慢，復雜程度低，噴涂得就快，同時還和噴涂人員的噴涂習慣有一定的關系；（3）調鬧鐘，設置鬧鐘，比如5 min鬧一次，那就5 min攪拌一次，這種辦法的弊端在于涂裝作業(yè)人員忙碌的時候，估計連調鬧鐘都會忘，當然如果能做到調鬧鐘，至少比前兩種方法更為有效。另外，上述幾種方法都基于一個前提，涂裝人員需要停下手中的工作，對富鋅底漆進行攪拌操作。

涂裝行業(yè)不同于其它常規(guī)行業(yè)，其工作環(huán)境艱苦，而且對人體健康有一定損害，這是因為在部分涂料中含有很多對人體有害的成分［4］。雖然現(xiàn)在涂料的發(fā)展趨勢之一是綠色涂料，但目前在我國的造船廠和鋼結構廠，仍在大量使用溶劑型涂料，如溶劑型環(huán)氧涂料、溶劑型聚氨酯涂料。這些因素導致了人們不愿意從事涂裝這一行業(yè)，招聘成本提高。所以企業(yè)更樂意用機器來代替人工，尤其是涂料攪拌這種沒有技術含量的工作。

2 目前市場上常用的攪拌設備

涂料攪拌通常使用的是手持式動力工具，包括風動攪拌機和電動攪拌機。對于溶劑型涂料，為了防止火災，一般使用的是風動攪拌機，電動攪拌機可用于水性涂料的攪拌。圖1是常用的手持式風動攪拌機，它主要由攪拌槳、攪拌桿、風動馬達組成。其中，攪拌槳是一個類似于螺旋槳的裝置，主要作用就是將涂料攪均勻；攪拌桿負責驅動攪拌槳旋轉；風動馬達負責驅動攪拌桿旋轉，風動馬達上有出風口和送風口，其中送風口和風管連接，風管中的壓縮空氣（由空壓機產生）通過送風口驅動風動馬達轉動，然后從出風口出去。

圖1 手持式風動攪拌機Figure 1 Hand-held pneumatic paint mixer machine

目前已開發(fā)出一些新的攪拌設備，這種攪拌機不再需要工人手持，而是通過簡單支架固定，加上升降裝置實現(xiàn)半自動攪拌的模式。此類攪拌機結構如圖2所示，其主要由固定支架、升降裝置、攪拌系統(tǒng)三大部分組成，固定支架是攪拌機的骨架，豎向結構用來固定升降裝置，下部既可以是C型開叉的，也可以是有平臺結構的，目的都是為了便于放置油漆桶，有些設備下部設有滑輪，側面設置推桿，為了方便移動；升降裝置既可以是手動操作，也可以是電動或氣動操作，一般輔以導向結構以提高豎向結構的強度，頂部設有固定的攪拌系統(tǒng)；攪拌系統(tǒng)既可以是電動的，也可以是風動的，設有控制系統(tǒng)對攪拌槳進行定速或無級調速。使用較多的是氣動升降式攪拌機，其升降比較方便，而且氣動操作也比較安全，能滿足大部分企業(yè)的需求。

圖2 氣動升降式攪拌機Figure 2 Pnenmatic lifting mixer

3 公司在油漆攪拌設備方面的探索

自建廠以來，涂裝作業(yè)人員一直使用手持式風動攪拌機對涂料進行混合。由于工作量巨大，導致涂裝作業(yè)人員非常忙碌，攪拌花費的時間占比很高。因為是手持操作，一旦操作不慎，很容易將涂料濺出，造成不必要的浪費，而且在涂裝過程中也不會經常停下來去攪拌涂料，導致鋅粉沉降，進而造成質量下降。為此公司開始研究設計涂料自動攪拌裝置，以減少工人體力支出，降低操作難度。

最初考慮設計一個能固定手持式風動攪拌機的支架，避免涂裝人員手持攪拌機進行操作，于是就設計了一個下部帶有平臺的固定支架，立桿是大小兩根方管套在一起，可以手動調節(jié)高度，如圖3所示。

圖3 手動調高度的固定攪拌支架Figure 3 Fixed mixing stand with manual height adjustment

經過一段時間使用后，發(fā)現(xiàn)這種固定的支架在使用過程中有諸多問題。考慮實際操作中的便利性，又研究了一種油漆攪拌機輔助支架（以下簡稱“支架”），也是通過支架固定手持式風動攪拌機，如圖4所示，該技術已獲得發(fā)明專利授權［5］。

圖4 油漆攪拌機輔助支架Figure 4 Auxiliary support for coatings automatic mixer

如圖4所示，支架的底部是一個輔助平臺，其主要作用是放置涂料桶，同時也是支架垂直支撐柱的基礎。在垂直支撐柱的頂部外側設有一個把手，配合平臺下面設置的兩個滑輪和兩個固定腳，只需將固定腳略微抬起，就可以像拉行李箱一樣移動支架，可以將其方便地移到需要噴涂油漆的場地，放下固定腳后支架就不會輕易移動，避免了攪拌過程中的支架晃動。

垂直支撐柱的主要作用是為了安放上面的一系列配件，許多配件是根據市場上現(xiàn)有涂料自動攪拌裝置存在的問題進行改進而另外設計的。垂直支撐柱的頂部內側伸出一根橫桿。橫桿頂端是輔助支架卡套，卡套的作用是將手持式攪拌機安裝到卡套內，橫桿的中部開設一小孔，用來安裝攪拌機攪拌槳的保護裝置，該裝置底部是一個圓環(huán)，而攪拌時攪拌槳正好位于圓環(huán)的中心，其作用是確保涂料邊施工邊攪拌，噴涂時噴漆泵抽取涂料的管路要伸入涂料桶內，保護裝置可以防止攪拌過程中攪拌槳打擊到抽取涂料的管路上。垂直支撐柱的中部也設計了一根橫桿，該橫桿的末端裝有攪拌機旋轉桿固定栓，防止手持式攪拌機在作業(yè)過程中發(fā)生晃動。

支架平臺有兩個斜擋板和一套油漆桶固定裝置用于固定油漆桶。

不用時，可以將攪拌槳保護圈拉起，放置在掛鉤處，松開固定裝置將油漆桶取出。使用時把攪拌轉輪保護圈放下去，使攪拌機轉輪保護圈裝置固定塊嵌入托架的擋塊內，使保護圈的高度和方向均到達設計位置，避免在涂裝時噴漆泵的吸管碰到轉動的攪拌機葉輪；將油漆攪拌機放置到輔助支架的卡套上，然后把攪拌機旋轉桿固定住，再將攪拌機聯(lián)通壓縮空氣皮管。工人只需要打開開關接通壓縮空氣，攪拌機即可不停地轉動，持續(xù)攪拌，避免鋅粉沉淀而導致涂層含鋅量不均勻的情況發(fā)生。

4 使用自動噴涂機器人噴涂時的涂料自動持續(xù)攪拌裝置的研究

隨著涂裝質量要求的不斷提高，公司開始著手研究自動噴涂，相應配套的自動噴涂設備也必須跟上需求，為此設計了一種帶清洗功能的階梯狀涂料供應系統(tǒng)，如圖5所示，目前已經申請了專利。

該裝置主體部分共分為4個模塊——頂層為涂料準備模塊、中層由涂料混合模塊、底層的涂料供應模塊以及涂裝清洗模塊。4個模塊由框架、樓梯、扶手等輔助設施固定，樓梯和扶手是為了方便操作人員對涂料準備模塊進行加料，模塊之間通過管路來實現(xiàn)連接，同時通過底板和輪子組成的小車來承載整個裝置，方便系統(tǒng)隨著施工場地的變化做整體移動。

圖5 涂料自動持續(xù)攪拌裝置Figure 5 Paint automatic continuous stirring device

4個模塊各有分工：涂料準備模塊負責提供原料；涂料混合模塊負責對雙組分涂料進行混合攪拌，攪拌混合均勻后將涂料送入涂料供應模塊；涂料供應模塊負責向涂裝和清洗模塊的噴漆泵持續(xù)提供涂料。涂料準備模塊用于存放噴涂用原料，由2套原料桶、箍狀支架、原料輸出管、電磁閥和電子秤組成，其中電子秤用于反饋原料的存量；涂料混合模塊是對原料進行充分混合攪拌的環(huán)節(jié)，由攪拌支架、混合桶、箍狀支架、涂料輸出管、電磁閥等組成，設置此模塊的作用是避免將原料直接送入涂料供應模塊，而導致部分沒有充分混合的涂料被送入噴漆泵；涂料供應模塊是涂裝施工最終的供應模塊，由攪拌支架、最終攪拌桶和電子秤3個部分組成，其中最終攪拌桶是平底結構，此桶下部的電子秤用于反饋油漆存量，設置參考存量電子秤可以做報警提醒。混合桶和攪拌桶均安裝了攪拌支架，其結構與已申請專利的油漆攪拌機輔助支架的攪拌結構相同，固定風動攪拌機，并不停地攪拌，從而避免在涂裝施工過程中涂料中的一些組分發(fā)生沉淀；涂裝清洗模塊由噴漆泵、涂料吸取管、涂料電磁閥、稀釋劑桶、稀釋劑吸取管、稀釋劑電磁閥、噴涂電磁閥、廢液桶、稀釋劑輸出管、清洗總電磁閥和3個清洗分電磁閥組成。設置了能夠對涂料進行清洗并對廢液進行收集的系統(tǒng)，它能夠在完成噴涂后清洗管路和各個涂料桶。

5 結語

帶清洗功能的階梯狀涂料供應系統(tǒng)可以持續(xù)有效地攪拌涂料，尤其是應對消耗油漆量巨大的自動化噴涂需要，極大地解決了自動噴涂過程中各類施工問題，在涂裝質量得到保障的同時，也降低了涂裝成本。

（致謝：本論文在撰寫過程中得到南通理工學院楊鋒研究員的幫助，特此致謝！）