卷材涂料工艺

PCM · 发表于 2015-5-12 13:09:27

简介
连续生产
清洗
处理
涂装
固化
结论
简介
卷材涂装工艺，和印刷每天晚报的巨型印刷机差不多。整个工序是不停机的，一直按照一个固定的速度运转，卷材金属被不断的接合起来，这样一来卷材的长度实际上是无限长的。不过和印刷报纸不一样的地方是，金属卷材还需要清洗、处理、涂装然后烘干，才能完成整个加工工序。
所有的卷材涂装生产线，不论是最古老的，还是最新最先进的，都具有一些固定的工序。例如展开卷材、清洗、处理、涂装、固化以及从新卷绕包装，以便运输到下面的卷材、剪切和装配工序。卷材涂装除了能明显地具有效率高、环保、以及节约能源等优势，卷材本身还比一部分一部分加工的产品更坚固耐用。加工的基本原则，就是卷材原料必须以稳定的速度通过各项工序，不能停止或者改变速度。所以，这种材料具有特别稳定的特性。

1. 清洗和预处理工序
2. 底漆涂装
3. 面漆涂装
4. 层压、轧花
5. 再次上卷，包装运输
A. 原材料放卷
B. 卷材接合
C. 堆叠送料
D. 金属去油、清洁、漂洗、化学处理
E. 干燥烘箱
F. 底涂，单面或者双面
G. 固化烘箱
H. 涂装单元--面涂，单面或者双面
I. 固化烘箱
J. 单面或双面粘合层压，轧花
K. 堆叠收料
L. 成品收卷

表 1：美国卷材涂装商协会提供
（Courtesy: National Coil Coaters Association）
连续生产
要实现卷材涂装的基本原则，需要在进料和出料口增加缓冲堆栈。堆叠进料机可以让操作工有时间停止进料，把两张卷材接合起来，同时加工的卷材继续在生产线上运转，不受进料处加工工序的影响。上图的点C展示了典型的垂直型堆叠料机。当进料端停止时，堆叠进料机继续向涂装生产线进料，上端和下端的缓冲器会逐步靠拢。但结合工序在点B完成后，进料端重新启动，堆叠进料机逐步离开，整个生产线再次恢复到正常的稳定状态。这种不停机持续接合卷材的能力使得卷材的长度实际上变成无限长的。这个工序持续进行，直到最后一卷卷材被加工完毕。
出口的堆叠出料机，和进料口的堆叠进料机的作用相反。当进料口停止进料时，由堆叠进料机向生产线供料，同样，堆叠出料机可以吸收生产线的卷材，使得出料口可以暂时停止，不影响整条生产线。这时，上下两个缓冲器逐步离开，以便缓冲更多的材料，直到出料口的操作工搬走已经完成的卷材，在出料口准备好卷绕另一捆卷材。
堆叠进料机可以是垂直的，也可以是水平的。可以用很长的液压气缸或者机械绞盘来驱动。有些进料机构可以容纳650英尺的材料，其他一般的堆叠进料机一般可以容纳100英尺。其长度主要是由卷材生产线的速度，以及操作工进料和接合卷材的时间来确定。
清洗
金属清洗和表面处理是每条卷材涂装生产线的第一道工序。用来清洗金属，形成无油表面的方法，现在仍然几乎和最古老的生产线一模一样。金属板依次通过一系列清洗和漂洗的容器。最老式的生产线可能使用一个或两个清洗槽，而最新的生产线可能最多有八个清洗槽。这些清洗槽一般会配备高压泵，通过一系列清洗喷头来清理金属板的两面。通常大多数生产线使用碱性溶液清洗，也可以在清洗槽内使用酸洗，蒸汽清洗，电解清洗以及机械辊刷。
清水漂洗通常紧跟在每个清洗槽之后。这些清洗槽水流的方向可以和进料的方向相反，这样最后的清洗槽就是最新和最清洁的溶液。多年以来，生产线的用水量一直在持续下降，现在即便是最缺水的地区，也可以建设卷材涂装生产线了。
尽管设计和建造清洗槽和漂洗槽的材料几乎没有任何变化，但是在电气化和控制方面仍然有了本质性的提高。现在，化学品浓度、沾染水平、温度、压力和容器水平都做到了实时控制。
处理
在1990年代前，几乎每条卷材涂装生产线，都使用一系列容器来进行化学转化处理，就像清洗槽和漂洗槽。有些容器里面是用了喷淋棒，有些则使用升降底部方式，把卷材浸入处理容器中。这些生产线需要大量的水，所以不得不建设在具有充足和廉价水源的地方。与上图不同，这些生产线需要一个很长的清洗槽，以便迅速把生产线延长600到1000英尺，达到生产线需要的有效长度。很自然，工程师又设计了多层卷材生产线，其清洗和表面处理箱，也就是湿处理工序，几乎和其余生产线一样长。
这一切随着主要的化学品供应商，开发出新型处理剂而彻底改变了，这种处理剂能够使用辊涂，并能用红外烘箱简单干燥。铝卷材涂装商首先利用的这个优势，现在几乎所有的新型生产线都设计使用了这种辊涂处理剂设备。这类处理工艺仍然在继续改进，卷材涂装厂和化学品供应商都在继续努力消除废水排放中的铬元素。
唯一的例外，就是专门针对建材市场的涂装商。他们最常用的底材，是热镀锌板和铝锌合金镀层板（Galvalume），这两种底材使用转化处理方式都能发挥优异的性能。
涂装
涂装生产线有很多大类。一类使用一个涂装工序和一个烘箱。主要针对消费品市场，一般使用冷卷材（CRS），镀锡钢板（马口铁），镀锡基板（TMBP），和无锡薄板（TFS）。这类产品可用于窗帘杆、架子、小型用品的外壳以及热水器等等。尽管用途不是很广泛，这些生产线的成本优势却很明显，要比两层或多层涂层，多个烘箱的生产线成本低。
使用两层或多层涂层的生产线，一般为双辊串联涂装流水线，每次可以涂装一层底漆和一层面漆。这种产品主要应用于建材和家电市场。在远东地区，还有三联涂装线，有三个烘箱，这种产品针对特殊建材市场，具有一层底漆、一层面漆以及一层保护漆。目的就是使得这种产品能具有高度耐候性，并能应用于高腐蚀的环境中。
还有很多涂装生产线是根据涂装需求、涂料种类和金属种类特定设计的。几乎每一种设计，都配备了一个料盘，一个钢制或者陶瓷的上料提升辊以及一个橡胶包覆的涂装辊。涂料在涂装盘里循环使用。旋转的提升辊部分浸没在涂料里面，按照反时针方向转动。这样涂料就被转移到顺时针旋转的涂辊上面。

反向辊涂
涂料被转移到移动的卷材上。大多数产品都可以使用这种设计，并且大多数涂料都能达到1.0mil的厚度（0.01英寸）。更薄的涂层可以使用类似的设计，但是使用相反方向旋转的涂辊，这样涂辊和方向和卷材的运动方向一致。这种涂装方式称为直接涂装，一般需要一些辅助设备，因为两个涂辊当中间隙很小。

直接涂装
第三种方式是涂装设备多配备一个涂辊。三辊涂装通常用于需要特别厚涂膜的场合，例如PVC涂层，或者无边条状涂装。最普遍的用途是车库门和灯架。三辊涂装，在提升涂辊的后面使用第三个涂辊，三个涂辊的方向都是顺时针。
几乎所有的设计中，湿膜厚度都是由提升涂辊的旋转速度，涂装辊的旋转速度，以及两者之间的间隙决定的。涂辊和卷材之间的距离只对湿膜厚度产生很小的影响，主要是用来调整控制外观，以及容纳不同的表面花纹。
最常见的涂装机设计就是S形涂装和水平涂装

S形涂装设备

GFG公司提供
S形涂装设备适应范围更大，并被证明可以适合更多的涂料种类和金属材料。水平涂装设备通常是典型的表面处理涂装设备，也可在涂装线的末端，涂装润滑剂和蜡。

水平涂装机（GFG公司提供）
固化
卷材涂装生产线的固化工序变化的改进可能比其他部分全加起来还多。尽管烘箱从外面看起来都差不多，但是其本质上有很大的差别，在去除溶剂和进行固化的实际工序方面影响很大。
天然气对流烘箱，仍然是工业标准设备，不过持续稳定监控溶剂浓度的能力，是最近才刚刚产生的。这种技术可以使用可变的排放率，从而大大提高能源利用效率。
高冲击气浮烘箱能量传递更好，所以可以提高生产线的速度。这在进行高温烤盘涂装的情况下更为明显，这时的需要的温度，几乎是聚酯和丙烯酸材料固化温度的两倍。
使用水性涂装设备的生产商可以利用电气和天然气红外烘箱的优势，来降低维护费用。
一度只能用于镀锌生产线的电感固化技术，现在已经用在底漆和第二层漆的固化工序，并有很好的效果。
近红外系统是在德国开发的，这种系统具有几乎目前所有系统的优点，而缺点很少。随着这种系统的成本逐步降低，我们将看到它在更多的涂装系统里面使用。