电冰箱面板的涂装工艺设计.docx

专业课程设计

题 目： 电冰箱面板的涂装工艺设计

学院：
专业： 班级： 学号：
学生姓名：
导师姓名：
完成日期：

化学化工学院课程设计评分表（Ⅰ)
专业班级 姓名 学号
评价单元
评价要素
评价内涵
满分
评分
知识水平
30%
文献查阅与
知识运用能力
能独立查阅文献资料，并能合理地运用到课程设计之中；能将所学课程（专业）知识准确地运用到课程设计之中，并归纳总结本课程设计所涉及的有关课程知识
20

课程设计方案设计能力
课程设计整体思路清晰，课程设计方案合理可行
10

说明书质量
50%
文题相符
与课程设计任务书题目相符，内容与文题相符
5

写作水平
整体思路清晰，结构合理，层次分明，语言表达流畅，综合概括能力强
30

写作规范
符合课程设计说明书的基本要求，用语、格式、图表、数据、量和单位及各种资料引用规范（符合标准）；符合课程设计规定字数
15

学习表现
20%
工作量
课程设计工作量饱满，能按时完成课程设计规定的工作量
10

学习态度
学习态度认真，遵守课程设计阶段的纪律，作风严谨，按时完成课程设计规定的任务，按时上交课程设计有关资料
10

指导教师评定成绩：
实评总分　　　　　　　　；成绩等级　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　指导教师（签名）
注：按优（90-100分）、良（80-89分）、中（70-79分）、及格（60-69分）、不及格（60分以下）五档制评定成绩。
目录
前言 3
1. 涂装工艺设计 4
1.1前处理工艺 4
1.2喷粉工艺 5
1.2.1粉末静电喷涂的基本原理 5
1.2.2粉末静电喷涂的基本原料 6
1.2.3粉末静电喷涂的施工工艺 6
1.2.4粉末静电喷涂的主要设备 6
1.3固化 7
1.3.1粉末固化的基本原理 7
1.3.2粉末固化的基本工艺 8
1.3.3粉末固化的主要设备 8
1.4检查 8
1.5成品 9
2. 工艺流程图 9
3.粉末静电喷涂工艺参数 9
4.环保工艺设计 10
4.1VOC 的产生和毒害性 10
4.2VOC 的防治措施 10
4.2.1加强宣传教育 10
4.2.2严格现场管理 11
4.2.3改进工艺设备 11
4.2.4开发新产品 11
4.3治理方法 12
4.3.1活性吸附 12
4.3.2引风高空排放 12
4.3.3燃烧处理 12
4.3.4吸收除气 12
4.3.5冷凝收集 13
4.3.6生物处理 13
4.3.7采用替代 HAP 溶剂 13
4.4结语 13
5.总结 14
6.参考文献 14

前言
由于工业发展和人类活动产生严重的大气污染而引起的臭氧层破坏、地球温暖化、酸雨等全球性的环境破坏问题，造成气候反常、各种灾害不断。近10~20年来人类的生存环境条件越来越严重恶化。全世界呼吁保护环境，多次举行国际环保会议，签订条约或协议，与此同时各国政府也制定了环保法规。而有机溶剂的大气排放是其中最大的问题之一，促使各产业界实现无溶剂化的革新，是工业涂装进入净化工程时代。
粉末涂料作为无溶剂涂料的代表与水性涂料一样在涂料涂装产业界，引起世界的注目。在最近10年里，全世界的粉末涂料的生产量增长了3倍，尤其是欧洲和美国的涂料制造厂是以环境保护为优先的产品开发作为主要目标，低VOC的涂料保持高增长率，而日本还是以品质和经济为优先，使其工业涂装在环保方面比欧洲落后些。在未来的日子中，粉末涂料将仅次于水性涂料，约占总生产量的20%，逐步取代溶剂型涂料。
本文电冰箱面板涂装工艺设计采用粉末静电喷涂的工艺方法，采用室内型环氧聚酯粉末涂料。本文将对环保化、高度自动化、高质量化和低能耗化的电冰箱面板涂装工艺进行详细设计。从前处理工艺，涂装工艺，后处理工艺到“三废”处理做一个整体的设计。

1. 涂装工艺设计
1.1前处理工艺
工件经过前处理除掉冷轧钢板表面的油污和灰尘后才能喷涂粉末，同时在工件表面形成一层锌系磷化膜以增强喷粉后的附着力。前处理后的工件必须完全烘干水分并且充分冷却到 35 ℃以下才能保证喷粉后工件的理化性能和外观质量。
表1 前处理工艺及主要控制参数
序号
工艺名称
处理方式
处理液
处理时间
加热方式
温度
1
脱脂
浸渍式
FAL：10～26pt
SD-102脱脂剂
5~15min
电加热
30~35℃
2
水洗
浸渍式
清水
5s～10min
——
常温
3
表调
浸渍式
SC-A表面调整剂
PH值8～9
0.5～2min
——
常温
4
磷化
浸渍式
FA：1.5～2.5pt
TA：25～45pt
SP922磷化液
5~10min
电加热
25~40℃
5.
水洗
浸渍式
清水
5s～1min
——
常温
注：处理液温度应以0～100℃水银或酒精温度计为准

1.2喷粉工艺
1.2.1粉末静电喷涂的基本原理
工件通过输送链进入喷粉房的喷枪位置准备喷涂作业。静电发生器通过喷枪枪口的电极针向工件方向的空间释放高压静电 ( 负极 ) ，该高压静电使从．喷枪口喷出的粉末和压缩空气的混合物以及电极周围空气电离 ( 带负电荷 ) 。工件经过挂具通过输送链接地 ( 接地极 ) ，这样就在喷枪和工件之间形成一个电场占粉末在电场力和压缩空气压力的双重推动下到达工件表面，依靠静电吸引在工件表面形成一层均匀的涂层。
1.2.2粉末静电喷涂的基本原料
用室内型环氧聚酯粉末涂料。它的主要成分是环氧树脂、聚酯树脂、固化剂、颜料、填料、各种助剂 ( 例如流平剂、防潮剂、边角改性剂等 ).
粉末加热固化后在工件表面形成所需涂层。辅助材料是压缩空气，要求清洁干燥、无油无水 [ 含水量小于 1.3g/m3 、含油量小于 1.0 × 10-5 ％ ( 质量分数 )]
1.2.3粉末静电喷涂的施工工艺
静电高压 60-90kV 。电压过高容易造成粉末反弹和边缘麻点；电压过低上粉率低。
静电电流 10 ～ 20 μ A 。电流过高容易产生放电击穿粉末涂层；电流过低上粉率低
流速压力 0.30-0.55MPa. 流速压力越高则粉末的沉积速度越快，有利于快速获得预定厚度的涂层，但过高就会增加粉末用量和喷枪的磨损速度。
雾化压力 0.30 ～ 0.45MPa 。适当增大雾化压力能够保持粉末涂层的厚度均匀，但过高会使送粉部件快速磨损。适当降低雾化压力能够提高粉末的覆盖能力，但过低容易使送粉部件堵塞。
清枪压力 0.5MPa 。清枪压力过高会加速枪头磨 损，过低容易造成枪头堵塞。
供粉桶流化压力 0.04 ～ 0.10MPa 。供粉桶流化压力过高会降低粉末密度使生产效率下降，过低容易出现供粉不足或者粉末结团。
喷枪口至工件的距离 150 ～ 300mm 。喷枪口至工件的距离过近容易产生放电击穿粉末涂层，过远会增加粉末用量和降低生产效率。
输送链速度 4.5 ～ 5.5m ／ min 。输送链速度过快会引起粉末涂层厚度不够，过慢则降低生产效率。
1.2.4粉末静电喷涂的主要设备
喷枪和静电控制器：喷枪除了传统的内藏式电极针，外部还设置了环形电晕而使静电场更加均匀以保持粉末涂层的厚度均匀。静电控制器产生需要的静电高压并维持其稳定，波动范围小于 10 ％。
供粉系统：供粉系统由新粉桶、旋转筛和供粉桶组成。粉末涂料先加入到新粉桶，压缩空气通过新粉桶底部的流化板上的微孔使粉末预流化，再经过粉泵输送到旋转筛。旋转筛分离出粒径过大的粉末粒子 (100 μ m 以上 ) ，剩余粉末下落到供粉桶。供粉桶将粉末流化到规定程度后通过粉泵和送粉管供给喷枪喷涂工件。
回收系统：喷枪喷出的粉末除一部分吸附到工件表面上 ( 一般为 50 ％～ 70 ％) 外，其余部分自然沉降。沉降过程中的粉末一部分被喷粉棚侧壁的旋风回收器收集，利用离心分离原理使粒径较大的粉末粒子 (12 μ m 以上 ) 分离出来并送回旋转筛重新利用。 12pom 以下的粉末粒子被送到滤芯回收器内，其中粉末被脉冲压缩空气振落到滤芯底部收集斗内，这部分粉末定期清理装箱等待出售。分离出粉末的洁净空气 ( 含有的粉末粒径小于 1 μ m 、浓度小于 5g/m3) 排放到喷粉室内以维持喷粉室内的微负压。负压过大容易吸入喷粉室外的灰尘和杂质，负压过小或正压容易造成粉末外溢。沉降到喷粉棚底部的粉末收集后通过粉泵进入旋转筛重新利用。回收粉末与新粉末的混合比例为 (1:3) ～ (1:1) 。使用该回收系统，总体粉末利用率平均达到 95 ％。
喷粉室体：顶板和壁板采用透光聚丙烯塑料材质，以最大限度减少粉末黏附量，防止静电荷累积干扰静电场。底板和基座采用不锈钢材质，既便于清洁又具有足够的机械强度。
辅助系统;包括空调器、除湿机。空调器的作用一是保持喷粉温度在 35 ℃以下以防止粉末结块；二是通过空气循环 ( 风速小于 0.3m/s) 保持喷粉室的微负压。除湿机的作用是保持喷粉室相对湿度为 45 ％～ 55 ％，湿度过大空气容易产生放电击穿粉末涂层，过小导电性差不易电离。
1.3固化
1.3.1粉末固化的基本原理
环氧树脂中的环氧基、聚酯树脂中的羧基与固化剂中的胺基发生缩聚、加成反应交联成大分子网状体，同时释放出小分子气体 ( 副产物 ) 。固化过程分为熔融、流平、胶化和固化 4 个阶段。温度升高到熔点后工件上的表层粉末开始融化，并逐渐与内部粉末形成漩涡直至全部融化。
粉末全部融化后开始缓慢流动，在工件表面形成薄而平整的一层，此阶段称流平。温度继续升高到达胶点后有几分短暂的胶化状态 ( 温度保持不变 ) ，之后温度继续升高粉末发生化学反应而固化。
1.3.2粉末固化的基本工艺
采用的粉末固化工艺为 180 ℃，烘 15min ，属正常固化。其中的温度和时间是指工件的实际温度和维持不低于这一温度的累积时间，而不是固化炉的设定温度和工件在炉内的行走时间。但两者之间相互关联，设备最初调试时需要使用SMT炉温跟踪仪测量最大工件的上、中、下 3 点表面温度及累积时间，并根据测量结果调整固化炉设定温度和输送链速度 ( 它决定工件在炉内的行走时间 ) ，直至符合上述固化工艺要求。这样就可以得出两者之间的对应关系，因此在一段时间内 ( 一般为 2 个月 ) 只需要控制速度即可保证固化工艺。
1.3.3粉末固化的主要设备
设备主要包括供热燃烧器、循环风机及风管、炉体 3 部分。供热燃烧器可用德国威索产品，使用 0 ～ 35# 轻柴油。具有发热效率高、省油的优点。循环风机进行热交换，送风管第一级开口在炉体底部，向上每隔 600mm 有一级开口，共三级。这样可以保证 1 200mm 工件范围内温度波动小于 5 ℃，防止工件上下色差过大。回风管在炉体顶部，这样可以保证炉体内上下温度尽可能均匀。炉体为桥式结构，既有利于保存热空气，又可以防止生产结束后炉内空气体积减小吸人外界灰尘和杂质。
1.4检查
固化后的工件，日常主要检查外观 ( 是否平整光亮、有无颗粒、缩孔等缺陷 ) 和厚度 ( 控制在 55 ～ 90 μ m) 。如果首次调试或需要更换粉末时则要求使用相应的检测仪器检测如下项目：外观、光泽、色差、涂层厚度、附着力 ( 划格法 ) 、硬度 ( 铅笔法 ) 、冲击强度、耐盐雾性 (400h) 、耐候性 ( 人工加速老化 ) 、耐湿热性 (1 000h)
1.5成品
检查后的成品分类摆放在运输车、周转箱内，相互之间用报纸等软质材料隔离，以防止划伤并做好标识待用

2. 工艺流程图

脱

脂
水

洗
表

调
磷

化
水

洗
晾

干
喷

粉
熔

融
流

平
胶

化
固

化
冷

却
检

查
成

品

3.粉末静电喷涂工艺参数
工艺名称
配方或操作条件
工艺名称
配方或操作条件
使用涂料
环氧聚酯粉末涂料
产品转动次数
3～4次
涂料电阻
5～50MΩ
链速
4.5～5.5m／min
施工粘度
15～25s
圆盘转速
负荷运行≥3000r/min
工作电压
60-90kV
喷涂次数
6次
工作电流
10～20μA
工件与圆盘间距
150～300mm
供粉桶流化压力
0.04～0.10MPa
流速压力
0.30-0.55MPa
雾化压力
0.30～0.45MPa
清枪压力
0.5MPa

4.环保工艺设计
2003 年 6 月 5 日是第 31 个世界环境日 , 国家环保总局发布了《 2002 年中国环境状况公报》 , 并指出 : 化工行业要通过清洁生产 , 达到经济效益与环境效益的良好结合 , 解决污染与环境以及经济社会协调发展的矛盾。由于我国的环保工作起步较晚 , 涂料行业的环保工作与国外的差距很大 , 特别是国内不少涂料企业仍以溶剂型产品为主 , VOC 的污染与控制是行业中不得不优先考虑的问题。
4.1VOC 的产生和毒害性
VOC 即可挥发性的碳氢化合物 , 溶剂型涂料生产中 , 稀释剂大多用二甲苯、甲苯、苯、 200 # 汽油、丁酯等。醇酸、氨基树脂生产大部分以易挥发的季戊四醇、苯酐、苯类、醇类、酯类为有机原料 , 使得生产、施工环境中不断有挥发性有毒气体散发 , 尽管生产过程是在密闭系统中进行的 , 但由于生产原料等种种不可控因素 , VOC 的污染还是在所难免。
在 GB8978 — 1997 中 , 对造成大气污染的各种挥发性有毒有害物质都作了限值规定。 VOC 排入大气中会引起光化学污染 , 即 VOC 与氮氧化物在太阳紫外线作用下反应生成臭氧 , 增加地面臭氧浓度 , 当地面臭氧浓度超过 1 . 0 μ L/L , 对人体健康造成危害 , 会引起头痛、喉咙干燥、无力等症状。现在很多城市已增加了一项大气污染指数预报措施 , 这意味着人们对居住环境有了更大关注。再者 , 涂料企业使用的溶剂、稀释剂有很强的易燃易爆性 , 夏季高温天气存在严重的火灾隐患。
4.2VOC 的防治措施
4.2.1加强宣传教育
涂料行业的员工进厂后应首先进行厂部、车间、岗位的 “ 三级环保与安全教育 ” ; 生产过程中还要定期举办安全培训班 , 及时了解并掌握新材料生产工艺、使用方法和防护措施 , 采取多种形式 , 加大宣传力度 , 提高自我保护意识 , 使员工充分认识到 VOC 污染的危害性。同时制定严格的生产与安全操作规程 , 严格做到生产过程 VOC 少排放或不排放。
4.2.2严格现场管理
现场管理是企业管理的一项关键措施 , 其中现场环境管理是不可缺少的一个环节 , 生产过程中除要严格执行生产和安全操作规程外 , 还要对作业场所进行定期的 VOC 污染测定 , 并公布检测结果 , 若有超标则及时提出整改意见和措施 , 把污染控制在源头。有条件的企业应通过 ISO14000 认证。实施 ISO14000 环境管理体系认证对涂料企业有着深远的影响 , 可以提高企业的形象、信誉及市场准入程度 , 利于消除贸易壁垒 , 提高企业管理水平及员工的环境意识 , 减少环境风险 , 对企业起着不可低估的作用。
4.2.3改进工艺设备
要降低或消除 VOC 污染 , 必须从改进工艺、配方着手。如适当降低投料温度、改变投料方式或 使用无毒低挥发性原料 ; 或采用微机自动控制系统实行无人化操作 , 减少人为失误因素 , 做到计量准确、工艺控制准确 , 避免涨釜、溢槽等责任事故。同时 , 要充分引进国外的先进设备 , 目前我国涂料化工企业的生产设备还有很多是属于淘汰设备 , 这对于有效控制 VOC 污染是很不利的。为此 , 企业应加大投入 , 彻底改造现行生产设备 , 以使生产尽可能在密闭的、无污染的系统中进行。
4.2.4开发新产品
目前世界涂料正向低 VOC 或环境友好型涂料方向发展 , 去年在布鲁塞尔召开的 “ 健康涂料 ” 专题会议已引起我国涂料专家的高度关注。当前国内无溶剂型硝基漆、环氧漆及水性涂料与发达国家在技术上还有很大差距 , 如德国 , 其水性涂料已占涂料总量的一半 , 而低气味和 VOC 含量低的亚光、有光内墙乳胶漆已成为成熟产品。粉末涂料作为零 VOC 涂料代表与水性涂料一样在涂料界引起高度重视 , 高固体分涂料品种已得到很大发展 , 涂料研发人员需要在这方面作出更多的探索。
4.3治理方法
尽管采取各种手段控制污染 , 但涂料企业溶剂型产品造成的 VOC 污染已成为继烟气污染之后又一重要的气体污染源。因此 , 企业必须加大投入 , 进行 VOC 的有效治理。目前有关 VOC 治理的技术很多 , 效果好的有以下几种。
4.3.1活性吸附
在有机废气治理工艺中 , 吸附是处理效果好、使用较广的方法之一 , 吸附剂有活性炭、硅藻土、沸石等 , 其中活性炭吸附应用最多。通过吸附系统 , 不仅可以使 VOC 浓度大大降低 , 实现废气达标排放 , 而且吸附后通过气提解吸 , 收集物可回用于生产。
4.3.2引风高空排放
这是一般企业在装漆、砂磨等岗位使用最多、最简便的方法之一 , 其成本低、易操作、效果明显。但高空排放只是污染的转移 , 并没有真正解决污染问题 , 而引风机功力大小和风口安装高度又直接影响引风效果。
4.3.3燃烧处理
VOC 为有机挥发性物质 , 易燃烧 , 可采用常温或催化氧化燃烧处理 , 气体由引风管道通入锅炉或焚烧炉燃烧 , 但对高温有机气体还要经过安全论证。此法处理比较完全, 基本可以把VOC 转化为CO2 、H2O 。
4.3.4吸收除气
因 VOC 一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有机溶剂 , 可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOC , 吸收后的溶剂可用于燃料或稀释剂。这种方法操作方便、成本低 , 但吸收处理后一般尚有挥发气体残余 , 因有机溶剂本身易挥发 , 因此不能使 VOC 降为零 , 若遇高温 , 则吸收率更低。
4.3.5冷凝收集
对反应釜高温有机气体可采用冷凝收集 , 先用直冷凝再螺旋冷凝 , 该法除气效果明显 , 易操作、运行成本低 , 但对低沸点气体效果不佳。
4.3.6生物处理
有机废气的生物处理是最经济有效的方法 , 效果好、运行费用低于任何一种处理方法 , 安全、易操作。 VOC 的生物净化法有直接微生物净化法、间接微生物处理法 ( 先水吸收再废水生物处理 ) 及植物净化法等。直接生物净化有生物吸收池、生物洗涤池、生物滴滤池、生物过滤池 , 处理效果好、操作方便 , 其中生物过滤池技术成熟 , 应用较多。如德国和荷兰建有几百座废气生物滤池 , 运行效果都很好。间接生物处理法是用水或弱碱液吸收 VOC , 其中含有的醇类、醛类等物质易溶于水 , 吸收后的废水再用生物降解 , 使废水达标排放。植物净化法就是厂区内增加绿化面积 , 利用绿色植物吸收和转化大气中的污染物来净化空气 , 这种方法适用于大环境低浓度的污染。
4.3.7采用替代 HAP 溶剂
溶剂型涂料中的 VOC 污染物主要是甲苯、二甲苯中的挥发气体 , 虽然苯类稀释剂具有很多施工上的优点 , 但其毒害作用是众所周知的。因此 , 有的厂家正在寻找能替代含甲苯、二甲苯溶剂的配方 , 使涂料环保性能更好。
4.4结语
随着人们环保意识的增强 , 国内许多企业都已十分重视环保工作 , 但是还有不少企业只考虑眼前利益 , 往往在治理上不彻底 , 特别是对 VOC 的治理措施不到位 , 缺乏明显的成效 , 一般作业场所还存在浓度超标的问题 , 尽管相关的标准和法规已出台 , 但在行动上往往不够自觉 , 涂料行业的 VOC 防治标准或细则还亟待落实。

5.总结
通过两周的专业工艺课程设计，结合理论知识和实践课程设计，在查找资料和课程设计的过程中丰富了许多知识，了解了许多工艺参数和工艺步骤。为今后的实习和工作提供了经验。
电冰箱面板的涂装属于家电涂装，对于防腐的要求非常严格。同时作为高档电器涂料对于表面的光泽和平滑要求也非常高。作为静电粉末涂装的工艺，因为是采用静电粉末涂装，是使用水幕回收的方式，这样既做到了涂料近乎百分之百的利用，同时也做到了零污染，零排放。属于非常环保的涂装工艺。通过这次的工艺课程设计让我认识到不同的产品，不同的工艺条件，不同的材料都有着不同的工艺参数和工艺方法。考虑到国情和市场，工艺流程与设计也有着很大的不同。
对于一个工艺的设计，除了借鉴他人的经验，也必须有自己的独到

6.参考文献
[1]王锡春.汽车涂装工艺技术.北京：化学工业出版社.2004.12．
[2]王方圆.盛贻林.粉末涂料资讯网. 涂料生产中VOC的污染与防治
2005.7．
[3]百度文库.粉末静电喷涂在冰箱涂装中的应用. 2011.5．
[4]百度文库.冰箱喷涂工艺. 2011.6．
[5]百度文库.粉末静电喷涂工艺规程2011.2．
[6]张学敏.涂装工艺学.北京：化学工业出版社.2006.11．

设计评语：

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