城轨车辆涂装流水线静电喷涂系统介绍

城轨车辆涂装流水线静电喷涂系统介绍

毛加锋,袁辉 ,单俊豪

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东省  青岛市 266111

摘要：城轨车辆涂装喷涂目前多使用的是高压无气喷涂模式，现场喷涂的状态是漆雾较大、污染严重、涂料浪费严重。涂料中的有机溶剂(VOC挥发到空气中，会对生产和施工人员健康造成伤害，同时造成环境污染。随着国家各级环保部门对环境评价的要求不断提高，《“两减六治三提升”专项行动方案》（苏发[2016]47号)明确提出：“要求到2020年，全省挥发性有机物(V0C)排放总量消减20%”。涂料涂装行业将面临新的挑战，同时也将是环保提升的大好机遇。

关键词：城轨车辆；静电喷涂；环保

城轨车辆涂装施工需要降低VOC排放总量，首先会想到水性化产品，但是水性漆施工受环境影响较大，涂装如果改用水性漆需要投入改造的成本较大，且水性漆材料成本较高，对于城轨车辆来说是巨大的成本挑战。本文基于满足城轨车辆防腐性能前提下，采用静电喷涂工艺以减少涂料使用量，从而降低城轨车辆涂装VOC的排放，满足VOC排放总量消减20%的环保要求，对于降低成本、提高效率、保护环境都具有十分重要的意义。

1静电喷涂系统改造背景分析

1.1静电喷涂案例

某主机厂从2020年2月开始使用静电喷涂系统用于转向架底漆、面漆生产，取得了比较好的效果；于2020年5月开始在轨道车辆车体底漆、面漆喷涂上全面使用静电喷涂系统，效果良好，提高了油漆的利用率，原材料定额降低约30%，降低了生产成本，减少了VOC的排放，降低了对工人的伤害，提高职业健康水平。

1.2城轨车辆涂装现有技术参数

城轨车辆涂装涂层分为环氧底漆、聚酯腻子、聚氨酯中涂漆和聚氨酯面漆，车辆主体面漆颜色有3种，目前所有的材料类型基本是溶剂型。

涂装施工时均采用固瑞克Merkur30:1高压无气喷涂模式，现场喷涂漆雾较大，涂料浪费严重，喷房维护间隔较短，材料损耗较大。

1.3静电喷涂原理

以接地的轨道车辆车体为阳极，涂料雾化器为阴极，在两极间接负高压形成高压静电场，阴极产生电晕放电，使喷出的涂料粒子带电，并进一步雾化，按照同性相斥、异性相吸的原理，使带电的涂料粒子在静电场的作用下沿电力线的方向吸往轨道车辆车体表面，放电后黏附在车体上

使用的静电喷涂系统由静电发生器和静电喷枪组成，如图1所示；首先静电发生器将电压从220V降至12V,然后将此12V振荡式电流（波形）放大至约80kV负电压，对涂料粒子充负电。

2城轨车辆静电喷涂系统的改造目标和优势

2.1静电喷涂系统改造的目标

将城轨车辆涂装流水线喷涂工艺由高压无气喷涂工艺（金属漆采用混气喷涂工艺岁改为静电喷涂工艺。

1)底漆采用35：1高压静电喷涂机；

2)中涂漆和面漆采用28：1高压静电喷涂机及空气辅助静电喷枪。

2.2静电喷涂系统实施的优势

2.2.1喷涂工作环境明显改善

使用静电喷枪后漆雾附着率增加，车间内飞散的漆雾明显减少，喷涂操作环境得到明显改善，同时减少VOC排放，满足日益严格的环保要求。

2.2.2涂料利用率升高，涂装成本下降

采用静电喷涂后，电极与接地车体产生静电场，提高了传导效率，涂料消耗量约下降30%。

2.2.3静电喷涂后涂膜外观质量明显改善

采用静电喷涂后，因为静电场的平行排列，涂膜厚度非常均匀，保证了边缘与中心喷涂的一致性，涂膜更加均匀，不易造成漏喷，涂膜易于流平，橘皮明显减轻，涂膜更加平整，鲜映性和光泽度明显提高。

3静电喷涂系统改造实施内容

3.1静电喷涂系统改造依据标准

城轨车辆涂装流水线静电喷涂系统改造依据标准见表1所列。

表1 参考标准

3.2高压静电喷涂机的配置

3.2.1设备概况

高压静电喷涂是利用高压电场的作用，使漆雾带电，并在电场力的作用下，吸附在带异性电荷的工件上的一种喷涂方法。它先将负高压加到有锐边或尖端的金属上，工件接地，使负电极与工件之间形成一个高压静电场，依靠电晕放电，在负电极附近激发大量电子，使通过高压力雾化的涂料进入电场，涂料微粒获得电子成为带负电荷的微粒，在电场力的作用下，迅速移动，最后均匀地吸附在工件的表面上，形成涂膜。

3.2.2设备组成及主要技术要求

设备由高压喷涂机、小车支架及空气辅助静电喷枪组成。静电喷枪包含空气帽、喷嘴、漆管、空气管、电缆线、静电发生器、过滤器、软吸管等。吸口过滤网50目、高压过滤网100目、喷枪过滤网100目。

3.3高压静电喷涂机安装

对于城轨车辆，因为喷房比较长（长度30），设备应放在喷烘漆房外部的中间位置，从喷房下侧穿过，喷烘漆房内穿过升降机地轨，2把枪各20，从车体中间往两头喷。安装过程还需注意：喷涂泵、控制器、油漆桶的接地点在黄色柱子靠下部位，接地线一头接在升降机的导轨上，另一头接在车体的接地点上，两边各接1根接地线，施工的时候连接，施工完成后将其后收起来放置好。

3.4接地

静电喷涂的原理就是让涂料充分带电，吸附到车体上后要马上把电荷导走，这种过程越顺利，静电效果越好，需要保证工件接地电阻不高于1M2。

3.4.1工件接地

静电枪的原理是正负电相吸，喷枪带80kV的负电，工件是接地的，接地电阻不高于1M2,带电的涂料粒子喷到工件上，电荷要迅速排掉，这样效果才会好，如果工件接地不良，工件上就会有负电荷积聚，静电效果就较差，还会往人身上吸。

3.4.2人员接地

电荷吸到人身上，如果不把静电导走，碰到门把手就会放电，产生麻手的感觉，这种麻手是安全的，因为电流非常小，但会产生感觉上的不适，而去除静电的方法有3种：1)操作人员喷漆时不戴手套，操作人员的静电通过静电枪的扳机导到电缆线传到控制器上接地；2)通过操作人员的导电鞋传到喷房的金属格栅把静电导走；3)通过操作人员佩戴的静电手环与控制器的接地点相连，导涂静电。

4静电喷涂施工注意事项

4.1静电喷涂涂装材料的影响

一般来说，漆雾微粒的带电性能受涂装材料本身的电阻率控制。如果电阻率太低，漆雾微粒就不会从电离空气中带上充足的电荷，影响涂装效果。涂料的黏度也是影响喷涂效果的一个重要因素，黏度越高，喷涂效果越差。因此在施工时，首先确定合适的涂装材料施工参数，从而增加涂膜的光泽和丰满度，提高外观水平。

4.2静电喷涂电压强度

静电喷涂电压的强弱直接影响静电喷涂的静电效应、涂着效率和涂膜的均匀性等。在适合的范围内，电压越强，静电雾化和吸引的效果就越好，涂装效率也就越高。但若电压过高，超过极限电场强度，空气绝缘层将被彻底破坏，形成很强的电子流，产生火花放电，对涂装作业造成火灾事故。反之，电压小到一定程度，电晕放电变弱，涂料粒子的电量变小，静电雾化和涂着效率就会变差，使之无法进行正常的喷涂作业，因此在施工时，应提前验证合适的静电喷涂电压强度。

4.3喷枪与工件距离

静电喷涂施工时，静电喷枪与车体间的距离过短，就会产生火花放电。如果距离太远，漆雾附着力会降低，因此静电喷涂距离直接影响涂膜的喷涂效果，一般情况，喷枪与工件距离为300~400mm。

4.4出漆量

静电喷涂施工时，若喷涂的出漆量过大，有可能导致喷枪口的涂料不能完全带电荷，静电效果得不到充分发挥；如果出漆量过小，就会降低生产效率。因此在施工时，应在保证静电喷涂效果的前提下，根据涂层厚度要求调节出漆量。

结语

使用静电喷涂工艺后，漆雾附着率增加，车间内飞散的漆雾明显减少，喷涂操作环境得到明显改善，同时减少VOC排放，满足日益严格的环保要求。涂料电极与接地车体产生静电场，提高了传导效率，涂料消耗量约下降30%。因为静电场的平行排列，涂膜厚度非常均匀，保证了边缘与中心喷涂的一致性，涂膜更加均匀，不易于造成漏喷，涂膜易于流平，橘皮明显减少，涂膜更加平整，鲜映性和光泽度明显提高。

参考文献

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