大面积硅橡胶防热涂层自动刮涂工艺研究.pdf

自动刮涂工艺与当前应用的自动喷涂工艺相比，具有涂装效率高、有机溶剂使用量极低的优点。基于此，通过自动刮涂工艺参数优化，提高产品涂装工艺水平，大幅减少涂装作业过程中产生的废气排放，同时进行了典型样件刮涂及工艺稳定性验证，进一步表明工艺优化结果的可靠性，为相关研究提供参考。关键词：硅橡胶防热涂层；自动刮涂工艺；工艺参数优化中图分类号：TQ6370引言当前,某产品外表面防热涂层的涂装主要采用自动喷涂为主、手工刮涂为辅的工艺进行施工,生产过程需添加大量的有机溶剂进行稀释后才能满足喷涂条件。喷涂及涂层固化过程中，伴随着大量的溶剂挥发，废气排放量很大，废气排放环保治理问题突出国家“十三五”规划已将涂料VOC纳人环保总量控制指标，高VOC涂料的使用将面临严厉的环保管制，同时,高溶剂型涂料的喷涂随时面临停产或限产。现有喷涂工艺存在较大的危害人员健康及环保治理隐患，急需开展高固含涂料的自动刮涂工艺研究，大幅减少有机溶剂的使用量。1研究技术方案1.1自动刮涂系统技术方案（见图1)研究内容技术途径！卧式夹持旋转机构大面积硅橡胶防热涂层自动刮涂工艺研究自动刮涂系统的设计刮涂姿态控制工艺自动刮涂工艺参数样件刮涂工艺验证图1 自自动刮涂系统技术方案1.2自动刮涂系统的设计自动刮涂系统工艺尤其适用于圆筒形工件自动刮涂。卧式夹持旋转机构由车体、工件驱动支撑卡爪、工件从动支撑卡爪、驱动减速电机等组成。旋转机构两端都配备有四爪调心卡盘，方便不同直径的工件进行调节，满足产品的多样性的需求。试验用自动刮涂系统样机如图2 所示。收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 6作者简介：戚鹏，男，1 9 8 0 年出生，毕业于北京工业大学，本科，高级工程师，主要从事涂料自动涂装工艺方面的研究工作。*通信作者：刘洪源，男，1 9 7 1 年出生，毕业于北京航空航天大学，硕士学位，高级工程师，主要从事安全环保监督管理工作。山西化工Shanxi Chemical Industry大面积硅橡胶防热涂层自动刮涂工艺研究戚鹏，刘洪源*（航天材料及工艺研究所，北京1 0 0 0 7 6)文献标识码：A在调节到适当位置后，由三维行走机构根据设定的程序,将涂料刮涂到工件表面。可编程控制器PLC是整个电气控制系统的主要部分，主要承担系统的信号处理、控制运算等任务。控制程序中设有相关设备的互锁及连动逻辑时序，以实现整体系统的安全可靠运行。国图2 试验用自动刮涂系统样机解决的关键问题最终成果！自动刮涂系统的刮板及三维行走机构建立电气控制系统刮板接触工件位置刮板接触工件角度刮涂用涂料溶剂比例刮涂系统工艺参数优化供料压力参数优化样件刮涂工程应用Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.025文章编号：1 0 0 4-7 0 50(2 0 2 3)0 8-0 0 6 7-0 3当开始刮涂工件时，安装在调节轴上的刮板机构1.3刮涂姿态控制工艺1.3.1刮板接触工件位置试验在工件侧方向同时进行涂覆与刮涂时，通过刮板倾角流到工件表面并同时受到刮板挤压，涂层附着力形成工艺指导资料用于生产效果最好，同时水平可操控性良好，便于控制，涂层表面无明显缺陷，如图3 所示。自动刮涂工艺参数的确定图3 侧面涂覆与刮涂同步1.3.2舌刮板接触工件角度试验为了保证涂料的流动性及留有可操作的间隙，防止涂料持续流出，外流浪费并污染涂层表面，选择60与45进行试验。如图4与图5所示,无论6 0 或45接触角，在首次刮涂时，由于刮板堆料的需要，在边缘都会产生一定留挂，但随着刮涂继续，45接触角由于倾角大，相对涂料流速较快，涂料挤压力大,适应更快的工件山西化工第43 卷式中:Q为流量,m/s;u为流量系数,与阀门或管子的形状有关，一般管路取0.6 0.6 5;A为面积,m;p为通过阀门前后的压力差,在此指涂料压力,Pa;p为流体的密度,kg/m;d为喷嘴孔径,mm从式(1)可以看出，针对特定防热涂料，在选定挤出嘴的情况下，工作压力决定了出料流量。接触角度6 0 图4刮板与工件不同接触角转速与刮板行走速度。1.4自动刮涂工艺参数优化1.4.1刮涂用涂料溶剂比例优化刮涂用涂料与喷涂用涂料相比，由于溶剂比例小,其固化速度相对较快。为了确定可用的较优的涂料黏度，分别使用不同的溶剂比例来配置防热涂料，并测量其黏度变化。根据表1 试验可知，随着涂料中溶剂比例增大，其固化时间随之变长；初始黏度中，3 0%与50%溶剂体积分数的涂料黏度过低，留挂严重，无法有效附着在产品表面；在刮涂1.5h后，1 0%溶剂比例涂料黏度达到1 50 0 0 0 mPa?s,其刮涂效果见图6,附着力下降，表面破损严重；而2 h后，1 0%溶剂体积分数涂料已经固化，无法测量其黏度。表1 不同溶剂比例下防热涂料黏度变化固化剂体积溶剂体积初始黏度1h黏度1.5h黏2h黏度序号分数/%分数1%/mPas/mPas度/mPas/mPas122232接触角度451069.000125 000152.0003032.000 58 000 75 000104 0005011 0003100043 000通过试验，最终制定适宜的供料压力为0.7 MPa，图5刮涂效果图防热涂料出料量约40 0 g/min。1.4.3刮涂系统工艺参数优化自动刮涂系统所需要设定的主要工艺参数包括工件转速、刮板行走速度、循环步退距离、循环间隔时间以及首次进人延时时间等。工件转速：工件转速需要与刮板行走速度相配合,刮涂转速3 6 r/min。刮板行走速度：刮板行走速度1.2 2.4mm/s。刮板循环步退距离：每次刮涂的循环步退距离不超过 1 mm。循环刮涂间隔时间：为了保证涂层与上一遍涂层产生一定结合力，刮涂结束后晾置1 5 3 0 min后再进行下一遍刮涂。首次刮涂起始延时：在初次进行刮涂时，为方便出料嘴供料,初次刮涂起始延时为6 1 0 s。2典型样件刮涂及工艺稳定性验证2.1简单直筒与复杂凸筒刮涂验证为了验证刮涂可行性及长时间稳定性，制作了典型样件进行初步工程应用。根据生产情况，制作了简单直筒与复杂凸筒，如图7 所示。65 000女图7 典型产品模拟样件简单直筒与复杂凸筒都用采用铝型材卷制而成，其中凸起物4块居中铆接而成。按照优化的工艺参数图6 1 0%溶剂防热涂层静置1.5h后刮涂效果因此，选择1 0%1 2%溶剂体积分数的防热涂料作为刮涂用涂料配比,涂料使用时间确定在1.5h以内。1.4.2供料压力参数优化供料泵压力是影响防热涂料挤出量的主要因素。挤出量应根据刮板规格尺寸以及行走速度等因素协同控制，避免浪费。在实际施工中，涂料挤出量与挤出嘴口径、涂料特性、供料压力差相关，如公式(1)所示：Q=A2PFu(Td4P进行刮涂，总计试验用时约3 h,其中刮涂时间约2 h，配料及其他用时约1 h。共计配料40 kg,其中使用涂料3 6 kg,有机溶剂4kg。具体生产方式为每刮涂2 次，使用2 次剩余涂料刮涂第3 次。每刮涂完3 次后，不进行步退，不送料的空刮一次,以增加涂层结合力，去除表面多余留挂。空刮结束后,清洗管路、出料嘴与料缸。后继,重复上述步骤。2p(1)涂层固化后，使用机加工方式对外表面涂层进行2023年第8 期戚鹏，等：大面积硅橡胶防热涂层自动刮涂工艺研究2502002.150上10050图8 刮涂后的直筒模拟样件524578939459852533690时间/s图1 0 试片烧蚀背温曲线3#、4#试片碳化情况明显较少，涂层表观优于自动喷涂工艺制备的1#、2#试片。3结论相对自动喷涂工艺含有体积分数为50%6 0%图9 刮涂后的直筒模拟样件的溶剂量，大面积硅橡胶防热涂层自动刮涂工艺减少切削处理。到1 0%左右，刮装工艺所需的汽油等溶剂用量大幅度加工后产品如图8 与图9 所示，涂层结合完好，未降低，提高涂料利用率和单遍涂层有效厚度，节约成出现脱粘或开裂等现象。本,提高工作效率。危废处理成本能够降低7 0%以上，2.2刮涂工艺涂层性能考核安全性、环保性大大提高，且符合国家环保部门未来2.2.1力学性能考核发展规划。通过工艺研究,取得了一系列成果。拉拔后的涂层在基材表面残存涂层，证明结合良1)操作者通过电控柜对整体刮涂系统的运行参好。涂层拉拔结合强度大于1 MPa，达到设计要求。数进行监控与更改,方便操作，利于大规模批生产。2.2.2阳隔热性能考核根据设定的热流曲线，分别对4块试片（喷涂方式2 块，刮涂方式2 块)进行石英灯烧蚀试验，测量背温,如图1 0 所示。由图1 0 可知，约6 0 s后自动刮涂工艺制备的3#、4#试片背温情况始终低于自动喷涂工艺制备的1#、2#试片,最高相差约2 5。比较烧蚀后的涂层外观，自动刮涂工艺制备的2#4#2)通过对刮板与工件间接触姿态进行分析,确定侧面45接触角的刮涂姿态。3)通过开展不同溶剂添加含量，涂料黏度变化规律以及刮涂效果的研究,确定了1 0%1 2%的溶剂体积分数，0.7 MPa的供料压力工艺参数。4)通过刮涂涂层的力学性能与隔热性能考核。5)编写工艺指导资料，指导生产。1#3#Research on Automatic Scratching Technology of Large Area Silicone Rubber Heat ResistantCoatingQi Peng,Liu Hongyuan(Aerospace Materials and Technology Research Institute,Beijing 100076,China)Abstract:Compared with the current automatic spraying process,the automatic scraping coating process has the advantages of high coatingefficiency and extremely low use of organic solvents.Based on this,by optimizing the automatic scraping process parameters,the level ofproduct coating process is improved,and the exhaust emissions generated during the coating operation are significantly reduced.At thesame time,typical sample scraping and process stability verification are carried out,further demonstrating the reliability of the processoptimization results and providing reference for related research.Key words:silicone rubber heat resistant coating;automatic scraping and coating process;process parameter optimization欢迎投欢迎订阅联系电话：[phone]电子邮箱：