自动喷涂过程中涂料搅拌的问题与解决方案

2021-03-12丁一峰黄海平上海建工江苏钢结构有限公司江苏南通226100

上海涂料 2021年1期

丁一峰，黄海平，胡辉（上海建工（江苏）钢结构有限公司，江苏南通 226100）

0 引言

目前市场上的很多涂料都是双组分的。双组分涂料是指涂料分为甲组分和乙组分，且分开包装，使用前先将两个组分按一定的比例混合，再进行喷涂，通过两个组分之间的相互反应来固化成膜。通常甲组分被称为涂料的基料，乙组分被称为涂料的固化剂，起到交联固化的作用。在施工前，必须要将双组分涂料搅拌均匀，这是因为双组分涂料在固化的过程中，任意组分过多或者过少，都会影响固化效果，而搅拌不均匀，就会导致局部区域组分过多或者过少，从而影响喷涂质量。有些涂料不仅在喷涂前需要进行搅拌，而且在喷涂过程中也要不断进行搅拌，尤其是富锌底漆。富锌底漆是钢结构产业中非常常见的一种涂料，它主要利用锌粉的阴极保护作用来防止基材腐蚀，其因防腐效果优异而受到业主的青睐。在上海建工（江苏）钢结构有限公司（以下简称“我司”）近年所涉及的项目中，绝大部分钢结构所使用的底漆为环氧富锌底漆和水性无机富锌底漆，其中水性无机富锌涂料对钢结构表面处理的要求更高［1］。富锌底漆防腐蚀效果虽好，但也存在一个弊端，其中的锌粉容易沉淀，尤其是对于锌粉含量高的富锌底漆更是如此。

底漆中锌含量的高低是衡量其是否具有长效防腐能力的重要指标之一［2］，而为了保证防腐效果，就必须使用含锌量高的底漆。根据HG/T 3668—2009《富锌底漆》标准的要求，通常使用的富锌底漆必须要保证干膜中的金属锌的质量分数至少达到60%，最高为80%，为了防止锌粉沉淀，就要在施工过程中不断地进行搅拌，确保涂层整体的防腐性能。

1 钢结构自动喷涂设备使用自动持续搅拌装置的必要性

为了防止锌粉在富锌底在漆施工过程中发生沉淀，就要对其进行中不断地搅拌。国内大部分的企业在涂装施工时主要采用手动搅拌方式，而不是自动搅拌（这里所指的自动搅拌，是自动持续搅拌或自动定时搅拌，下同）。在喷涂过程中，涂装作业人员每过一段时间，就要对富锌底漆进行一次搅拌。

涂装作业人员对富锌底漆搅拌时间的控制通常基于以下几种方法：（1）预估时间，即工人估计到了该搅拌的时间了，就对涂料搅拌一次，这种方法很容易造成遗漏，主要原因是因为遗忘造成的延误［3］；（2）根据涂料桶内的涂料容积来判断搅拌时机，涂料施工的过程也是涂料桶内涂料不断消耗的过程，故有些施工人员通过涂料桶内涂料的液位下降来判断搅拌时间，但这种方法成立的假设是喷涂人员按照固定的喷涂速度进行喷涂，这显然是难以做到的。因为钢结构件复杂程度高，喷涂得就慢，复杂程度低，喷涂得就快，同时还和喷涂人员的喷涂习惯有一定的关系；（3）调闹钟，设置闹钟，比如5 min闹一次，那就5 min搅拌一次，这种办法的弊端在于涂装作业人员忙碌的时候，估计连调闹钟都会忘，当然如果能做到调闹钟，至少比前两种方法更为有效。另外，上述几种方法都基于一个前提，涂装人员需要停下手中的工作，对富锌底漆进行搅拌操作。

涂装行业不同于其它常规行业，其工作环境艰苦，而且对人体健康有一定损害，这是因为在部分涂料中含有很多对人体有害的成分［4］。虽然现在涂料的发展趋势之一是绿色涂料，但目前在我国的造船厂和钢结构厂，仍在大量使用溶剂型涂料，如溶剂型环氧涂料、溶剂型聚氨酯涂料。这些因素导致了人们不愿意从事涂装这一行业，招聘成本提高。所以企业更乐意用机器来代替人工，尤其是涂料搅拌这种没有技术含量的工作。

2 目前市场上常用的搅拌设备

涂料搅拌通常使用的是手持式动力工具，包括风动搅拌机和电动搅拌机。对于溶剂型涂料，为了防止火灾，一般使用的是风动搅拌机，电动搅拌机可用于水性涂料的搅拌。图1是常用的手持式风动搅拌机，它主要由搅拌桨、搅拌杆、风动马达组成。其中，搅拌桨是一个类似于螺旋桨的装置，主要作用就是将涂料搅均匀；搅拌杆负责驱动搅拌桨旋转；风动马达负责驱动搅拌杆旋转，风动马达上有出风口和送风口，其中送风口和风管连接，风管中的压缩空气（由空压机产生）通过送风口驱动风动马达转动，然后从出风口出去。

图1 手持式风动搅拌机Figure 1 Hand-held pneumatic paint mixer machine

目前已开发出一些新的搅拌设备，这种搅拌机不再需要工人手持，而是通过简单支架固定，加上升降装置实现半自动搅拌的模式。此类搅拌机结构如图2所示，其主要由固定支架、升降装置、搅拌系统三大部分组成，固定支架是搅拌机的骨架，竖向结构用来固定升降装置，下部既可以是C型开叉的，也可以是有平台结构的，目的都是为了便于放置油漆桶，有些设备下部设有滑轮，侧面设置推杆，为了方便移动；升降装置既可以是手动操作，也可以是电动或气动操作，一般辅以导向结构以提高竖向结构的强度，顶部设有固定的搅拌系统；搅拌系统既可以是电动的，也可以是风动的，设有控制系统对搅拌桨进行定速或无级调速。使用较多的是气动升降式搅拌机，其升降比较方便，而且气动操作也比较安全，能满足大部分企业的需求。

图2 气动升降式搅拌机Figure 2 Pnenmatic lifting mixer

3 公司在油漆搅拌设备方面的探索

自建厂以来，涂装作业人员一直使用手持式风动搅拌机对涂料进行混合。由于工作量巨大，导致涂装作业人员非常忙碌，搅拌花费的时间占比很高。因为是手持操作，一旦操作不慎，很容易将涂料溅出，造成不必要的浪费，而且在涂装过程中也不会经常停下来去搅拌涂料，导致锌粉沉降，进而造成质量下降。为此公司开始研究设计涂料自动搅拌装置，以减少工人体力支出，降低操作难度。

最初考虑设计一个能固定手持式风动搅拌机的支架，避免涂装人员手持搅拌机进行操作，于是就设计了一个下部带有平台的固定支架，立杆是大小两根方管套在一起，可以手动调节高度，如图3所示。

图3 手动调高度的固定搅拌支架Figure 3 Fixed mixing stand with manual height adjustment

经过一段时间使用后，发现这种固定的支架在使用过程中有诸多问题。考虑实际操作中的便利性，又研究了一种油漆搅拌机辅助支架（以下简称“支架”），也是通过支架固定手持式风动搅拌机，如图4所示，该技术已获得发明专利授权［5］。

图4 油漆搅拌机辅助支架Figure 4 Auxiliary support for coatings automatic mixer

如图4所示，支架的底部是一个辅助平台，其主要作用是放置涂料桶，同时也是支架垂直支撑柱的基础。在垂直支撑柱的顶部外侧设有一个把手，配合平台下面设置的两个滑轮和两个固定脚，只需将固定脚略微抬起，就可以像拉行李箱一样移动支架，可以将其方便地移到需要喷涂油漆的场地，放下固定脚后支架就不会轻易移动，避免了搅拌过程中的支架晃动。

垂直支撑柱的主要作用是为了安放上面的一系列配件，许多配件是根据市场上现有涂料自动搅拌装置存在的问题进行改进而另外设计的。垂直支撑柱的顶部内侧伸出一根横杆。横杆顶端是辅助支架卡套，卡套的作用是将手持式搅拌机安装到卡套内，横杆的中部开设一小孔，用来安装搅拌机搅拌桨的保护装置，该装置底部是一个圆环，而搅拌时搅拌桨正好位于圆环的中心，其作用是确保涂料边施工边搅拌，喷涂时喷漆泵抽取涂料的管路要伸入涂料桶内，保护装置可以防止搅拌过程中搅拌桨打击到抽取涂料的管路上。垂直支撑柱的中部也设计了一根横杆，该横杆的末端装有搅拌机旋转杆固定栓，防止手持式搅拌机在作业过程中发生晃动。

支架平台有两个斜挡板和一套油漆桶固定装置用于固定油漆桶。

不用时，可以将搅拌桨保护圈拉起，放置在挂钩处，松开固定装置将油漆桶取出。使用时把搅拌转轮保护圈放下去，使搅拌机转轮保护圈装置固定块嵌入托架的挡块内，使保护圈的高度和方向均到达设计位置，避免在涂装时喷漆泵的吸管碰到转动的搅拌机叶轮；将油漆搅拌机放置到辅助支架的卡套上，然后把搅拌机旋转杆固定住，再将搅拌机联通压缩空气皮管。工人只需要打开开关接通压缩空气，搅拌机即可不停地转动，持续搅拌，避免锌粉沉淀而导致涂层含锌量不均匀的情况发生。

4 使用自动喷涂机器人喷涂时的涂料自动持续搅拌装置的研究

随着涂装质量要求的不断提高，公司开始着手研究自动喷涂，相应配套的自动喷涂设备也必须跟上需求，为此设计了一种带清洗功能的阶梯状涂料供应系统，如图5所示，目前已经申请了专利。

该装置主体部分共分为4个模块——顶层为涂料准备模块、中层由涂料混合模块、底层的涂料供应模块以及涂装清洗模块。4个模块由框架、楼梯、扶手等辅助设施固定，楼梯和扶手是为了方便操作人员对涂料准备模块进行加料，模块之间通过管路来实现连接，同时通过底板和轮子组成的小车来承载整个装置，方便系统随着施工场地的变化做整体移动。

图5 涂料自动持续搅拌装置Figure 5 Paint automatic continuous stirring device

4个模块各有分工：涂料准备模块负责提供原料；涂料混合模块负责对双组分涂料进行混合搅拌，搅拌混合均匀后将涂料送入涂料供应模块；涂料供应模块负责向涂装和清洗模块的喷漆泵持续提供涂料。涂料准备模块用于存放喷涂用原料，由2套原料桶、箍状支架、原料输出管、电磁阀和电子秤组成，其中电子秤用于反馈原料的存量；涂料混合模块是对原料进行充分混合搅拌的环节，由搅拌支架、混合桶、箍状支架、涂料输出管、电磁阀等组成，设置此模块的作用是避免将原料直接送入涂料供应模块，而导致部分没有充分混合的涂料被送入喷漆泵；涂料供应模块是涂装施工最终的供应模块，由搅拌支架、最终搅拌桶和电子秤3个部分组成，其中最终搅拌桶是平底结构，此桶下部的电子秤用于反馈油漆存量，设置参考存量电子秤可以做报警提醒。混合桶和搅拌桶均安装了搅拌支架，其结构与已申请专利的油漆搅拌机辅助支架的搅拌结构相同，固定风动搅拌机，并不停地搅拌，从而避免在涂装施工过程中涂料中的一些组分发生沉淀；涂装清洗模块由喷漆泵、涂料吸取管、涂料电磁阀、稀释剂桶、稀释剂吸取管、稀释剂电磁阀、喷涂电磁阀、废液桶、稀释剂输出管、清洗总电磁阀和3个清洗分电磁阀组成。设置了能够对涂料进行清洗并对废液进行收集的系统，它能够在完成喷涂后清洗管路和各个涂料桶。