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    淺談粉末涂料生產設備的現狀和發展

       日期:2022-05-18     作者:中國無機涂料網    瀏覽:1037    評論:0    

    摘要:介紹了預混合設備、混合擠出設備、冷卻壓片機、微粉粉碎設備、邦定設備等粉末涂料常用生產設備的發展現狀,分析了粉末涂料生產設備在多樣化、環?;?、自動化等方面發展現狀,最后分析了阻礙企業升級改造設備的原因。


    0.引言


    2017—2019年我國熱固性粉末涂料銷量分別為160.5 萬t、176.06萬t、194.2萬t,同比增長13.03%、9.7%、10.3%。綜合來看,在國家環保及相關政策推動下,我國綠色涂料市


    場增勢顯著,“漆改粉”趨勢加速無機涂料網cnwjtl.com。30多年來我國粉末涂料一 直穩步增長,帶動并促進了我國粉末生產設備制造行業的 發展。20世紀80年代中期,我國自主生產的粉末涂料設備剛 剛起步,種類、性能和技術水平較低。如今經過30多年的發 展,我國具備了自主研發、設計、制造高性能設備的能力,技 術已經達到了世界先進水平,并開始以成套設備的形式出 口,進入國際市場,參與國際市場競爭。 


    1.粉末涂料生產設備的發展現狀


    粉末涂料的生產是以合理的順序連接不同的工段進 行工作(見圖1),主要包括以下步驟:原料按配方稱量準備完成后,用預混合設備將原料各組分進行預混合;預混合 后的原料通過混合擠出設備進行熔融混煉;熔融擠出后通 過冷卻壓片機進行壓片處理,通過微粉粉碎設備進行細粉 碎,過篩后得到產品。當然,有些產品還需要通過后混合或 者邦定的工藝進行加工。生產粉末涂料的每一個過程都至 關重要,保證設備的技術穩定性和可靠性是生產高質量粉 末涂料的基礎。 

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    1.1 預混合設備 


    在熱熔混合前,將原材料的各種組分進行預混合是非 常重要的過程,它對粉末涂料的性能起著決定性的作用。特 別是那些用量很少的助劑和著色顏料,如果預混合不充分, 難以在第二階段的熱熔擠出過程中得到補充。我國的預混 合設備已經實現規格化、系列化,品種齊全,基本滿足國內 制粉的需要。預混合設備主要包括高速混合機、料罐翻轉式 混合機等。這兩類的預混合設備的比較如表1所示。

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    1.2 混合擠出設備 


    熔融擠出是為了使粉末涂料組成中的各種成分混合均 勻,也就是達到粉末涂料成品中的每個粒子組成成分一樣。擠出機包括單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機等。雙螺桿擠出機 是我國應用最廣泛的設備之一,我國粉末涂料雙螺桿擠出 機的研制、設計和生產發展了30多年,已經掌握了研發、制 造雙螺桿擠出機的核心技術。各類混合擠出設備的比較如 

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    1.3 冷卻壓片機 


    冷卻壓片機一般與混合擠出設備連用,熱熔物在壓片 過程中初步冷卻,粗破碎后制得半成品。熱固性粉末涂料不 能使用生產熱塑性粉末涂料用的剪切造粒法,而是迅速冷 卻后采取簡單的機械破碎方法進行粉碎。常規的冷卻機用的是水冷,冷卻效率相對較低。如今,利用冰水冷卻、液氮冷 卻的方式越來越多,冷卻效果也十分明顯。冷卻壓片機在國 內的發展已非常成熟。 


    1.4 微粉粉碎設備 


    在冷卻壓片、粗破碎之后進行細粉碎。粉末涂料生產 商會使用不同類型的粉碎機,以使涂料的粒度符合所期望 的范圍,所有這些設備都是利用磨碎原理來制造的。在這 種情況下,粒子粒徑的下降是由固體顆?;蚱呐c研磨機 表面進行碰撞或者相互碰撞來實現。當代的粉碎體系是成 套供給的,主要包括空氣分級磨(又叫ACM磨)、旋風分離 器、旋轉閥(放料閥)、篩粉機、袋式過濾器、脈沖振蕩器和 引風機等。微粉粉碎設備要求生產的細粉和粗粉組成相對 較少,粒徑相對集中。國內粉末涂料的生產廠家大多使用 國產的微粉粉碎設備。對于一些熱敏型材料或者熱塑性材 料,市場上開發了超低溫冷碎粉碎機進行粉碎。這種超低 溫冷碎機以液氮為冷源,被粉碎物料通過冷卻在低溫下實 現脆化易粉碎后,進入機械粉碎機腔內,通過葉輪高速旋轉,在與葉片、齒圈、物料與物料之間的相互反復碰撞、剪 切、摩擦等綜合作用下,達到粉碎效果,機腔內部采用無網 式,在外可調至所需要達到的目數,用于冷卻的液氮可回 收、循環使用。 


    1.5 邦定設備 


    邦定技術于20世紀80年代起源于奧地利,目前德國的 MB系列混料機組代表了全球最有效的邦定設備。我國粉末 涂料廠現用的邦定機大部分是借鑒國外技術,用塑料行業 用的高速混合機改裝而成。國內的設備廠家以煙臺的企業 為主,如煙臺楓林機電設備有限公司、煙臺三立工業有限公 司等。在邦定工藝的眾多指標中,溫控和分散是最重要的兩點,決定了金屬粒子和粉末的粘結程度和涂裝效果。而目前 雖然國內的邦定機相對國外要便宜很多,其組成機組系統 一樣,但其產品質量、技術、制造指標仍有待進一步提高。


    1.6 篩分機 


    粉末涂料包裝前必須通過篩分機進行篩分,以去除大 顆粒粒子,保證產品的粒徑分布在標準要求范圍內。粉末 篩分機在技術上沒有壁壘,主要根據篩分物料的具體需求 選擇,旋振篩可分為一層、兩層、三層、四層型旋振篩。我國 制造的篩分機技術上非常成熟,應用也非常廣泛,在此不 做描述。


    2.生產設備的標準情況


    制定設備的統一產品標準對促進我國制粉設備技術 性能和產品質量的提高具有十分重要的指導意義,同時也能更好地規范粉末涂料生產設備行業的市場秩序。另外, 隨著設備水平和種類的不斷提高和增加,相關標準應逐漸 進行修訂以規范市場競爭和創新需求。而且,制粉設備在除 塵降噪方面的提升,保障了職工的職業健康并保護了環境。最后,設備標準的實施和發布,更為消費者在購置時提供了 一個切實可行的驗收標準對照,區分劣質、不合格的設備產 品,識別和推廣使用高質量的設備。近年來粉末涂料生產設 

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    備的主要標準如表3所示。


    3.粉末生產設備的發展優化方向


    中國不僅是粉末涂料最大的生產國,也是最大的消費 國。隨著粉末涂料的持續發展,生產設備制造行業也走過了奮發前進的30多年,從無到有,從有到強,同時我們也應該 清醒地認識到國內在高端的粉末涂料制造設備方面與國外 同行的差距[2]。近年來粉末涂料制造設備的幾個主要發展方 向如下。


    3.1 多樣化 


    粉末涂料按照表面效果來區分,分為平面粉末涂料、紋 理粉末涂料、金屬粉末涂料,另外還有不同種類的功能粉末 涂料。然而,大部分粉末涂料都是利用常規的生產設備制造 出來,一些非常規的粉末涂料無法通過常規的設備進行生 產,必須借助創新型制造設備進行生產。粉末涂料的創新一 方面基于原材料的創新,另一重要方面則是粉末涂料的制 造工藝創新。正因為如此,粉末涂料生產設備的創新應用刻 不容緩,例如有些功能粉末擠出階段需要更加穩定的溫度 控制和更好的混煉分散效果,有些紋理粉末涂料微粉粉碎 


    階段需要更加集中的粒徑分布控制。 


    3.2 環?;?nbsp;


    國家對環保的要求越來越高,保證環境的安全是每個企業義不容辭的義務。相關法例法規也明確要求粉末制造 時的各項污染限值。在粉末涂料生產過程中,噪音和粉塵可能會造成職業病的發生。而這兩者主要來源之一是磨粉機和混料機作業的機器運轉。目前已有除塵降噪設備能有效解決這個問題,例如低音磨粉系統。隨著環保法規的日漸嚴格,粉末制造商對綠色環保生產設備的需求將越來越高。 


    3.3 自動化 


    生產粉末涂料用自動化集成近年來一直是粉末涂料生產廠家和設備制造廠家關心的熱門話題。無可否認,粉末涂料的自動化實施可以很大程度上降低制造成本和人工成本,同時避免了人工操作時可能帶來的違規行為,保證了產品的高質量和穩定性。如今,我國在粉末涂料制造設備的自動化方面發展和應用還遠遠不夠,主要是因為我國缺乏集成各個生產環節的軟件基礎。在粉末制造行業中還沒有一個自主或者聯合研發的智能平臺,比如操作系統。國內許多生產設備的廠家還是在觸摸屏的基礎上,通過西門子、施耐德等軟件輔助編程從而實現部分功能。與之配套的傳感器等電子設備、高精度的設備零部件等成品還和國外有著不小的差異。所以,生產過程的自動化發展還有很大的空間,需要生產設備行業、傳感器類行業、軟件開發應用等行業共 同聯合開發才有可能打破這種僵局[3]。粉末涂料屬于精細化工一類,粉末涂料的品種繁多,單個產品訂單量由幾十公斤到幾噸。在工業化和信息化高度融合的基礎上,企業可利用互聯網技術逐漸邁進工業4.0。 


    工業4.0從結構上主要包括以下幾點: 

    —設計層,主要通過PLM/PDM軟件為產品研發、配方 

    設計的信息化; 

    —管理層,主要通過ERP軟件為運營管理層的信息化; 

    —執行層,主要通過MES軟件為制造執行層的信息化; 

    —設備層,主要通過PLC/DCS 系統聯通和控制設備, 

    實現自動化生產。 

    而精細化工企業信息化是最為重要的組成部分,它的 


    主要內容包括: 

    (1) 產品研發的信息化:實施配方研發軟件PDM、PMS 項目管理軟件、工程師平板電腦FEPAD、來樣定制系統 ETO 等。建立快速響應客戶需求、快速研發創新的核心競 爭能力。 


    (2) 內部運營管理的信息化:實施ERP企業資源規劃軟 件、WMS條碼倉庫系統、LPS標簽打印,建立快速接單、快速 生產、快速交貨的競爭優勢,集成產供銷優勢。 


    (3) 生產過程的信息化:實施制造執行軟件MES、秤投 料系統RMAC、生產平板BCPAD,實現生產過程管控一體 化,車間現場數據實時采集;實現產品性能質量穩定、生產 效率最優化。 


    (4) 物流、供應鏈的信息化:實施CRM客戶關系管理軟 件、SRM供應商關系管理軟件、物流貨運管理SMS系統。整 合供應商、客戶的優勢資源,實現訂單、制造、交貨的全流程 協同。 


    (5) 智能協同辦公的信息化:實施OA協同辦公軟件、IF 信息流管理、FMS文件管理軟件、EDS文件加密軟件實現辦 公文件自動化、費用報銷、網絡審批、信息實時流轉。 


    (6) 大數據與智能分析的信息化:對研發過程、運營管 理、生產制造、供應鏈管理過程中的所有大數據進行智能分 析、精準營銷、精準研發和運營管理。 


    4. 粉末涂料生產設備的不足和展望


    國內的粉末涂料生產設備經過了30多年的發展壯大,為設備國產化進程貢獻了力量,但是,我國的設備和國外的 對比還有差距。同時,粉末生產廠家購置設備、更新改造設 備的一次性資金投入大,這也限制了粉末生產設備的交易 流通。我們應當充分認識并重視這些問題,增強行業的技術創新和研發投入,規范行業標準、提升產品質量,做好行業的長遠發展規劃,實現良性競爭。制粉設備行業主要存在 以下幾個方面的問題: 


    (1) 設備品種單一,許多品種都是仿造派生的,自主研發的設備產品太少,絕大多數廠家均是從混合、擠出到粉 碎、篩分的所有設備都生產。德國是制粉設備的主要生產國,這些企業僅專做一種設備,沒有一家公司能夠提供整條生產線,因此德國的設備專業化、精細化程度非常高; 


    (2) 設計投入人員少,研發不夠; 


    (3) 科研單位與高等院校技術投入太少,研究力量沒有放在這方面; 


    (4) 企業發展艱難,管理不健全,尤其是資金投入、技術與市場開拓方面更顯不足; 


    (5) 價格競爭越演越烈,不僅使粉末涂料行業門檻降低,也使企業利潤大大削弱,企業無力進行產品的技術革新和改造。


    2022粉末學堂第一期 《粉末涂料粒度控制技術》 綺一舟新材料(廊坊)有限公司 總經理 王利軍《現代粉末涂料工廠之原料輸送和配料系統的智能化解決方案》  澤普林固體物料技術(北京)有限公司 技術經理 蔣存剛


     
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