摘要：介紹了國內(nèi)外彩鋼板粉末涂裝技術(shù)發(fā)展的情況，指出妨礙彩鋼板粉末涂裝全面工業(yè)化的涂料和涂裝技術(shù)的難點(diǎn)，描述了以彩鋼板超細(xì)粉末涂料以及適用于超細(xì)粉的彩鋼板粉末涂裝設(shè)備的開發(fā)。

0.引言

彩鋼板粉末涂裝是整個(gè)涂料涂裝行業(yè)的一個(gè)大課題，國內(nèi)外研究了幾十年，有了很多技術(shù)進(jìn)步，特別是最近幾年，在我國已經(jīng)有多條彩鋼板粉末涂裝線投入工業(yè)化生產(chǎn)。無論是技術(shù)上還是工業(yè)化進(jìn)程，取得了非常可喜的進(jìn)展。但受技術(shù)限制，目前的技術(shù)仍然沒有達(dá)到能夠讓粉末涂裝全面替代傳統(tǒng)液體涂裝生產(chǎn)的程度。本文在總結(jié)歸納了國內(nèi)外彩鋼板粉末涂裝技術(shù)發(fā)展的情況，指出了妨礙彩鋼板粉末涂裝全面工業(yè)化的涂料和涂裝技術(shù)的難點(diǎn)，并描述作者的相關(guān)技術(shù)研究成果。

1. 粉末涂裝的發(fā)展歷史

歐洲的彩鋼板粉末涂裝發(fā)展較早較多，但一直停留在20 m/min以下的慢速涂裝水平，現(xiàn)有幾條大約20 m/min的涂裝線在運(yùn)行。美國Roll Coater公司經(jīng)過多年研發(fā)，在1997年成功實(shí)現(xiàn)了高速彩鋼板粉末涂裝，是國外最成功的工業(yè)化案例。他們采用的云霧靜電吸附方式實(shí)現(xiàn)了超過100 m/min的高速涂裝，正反面涂裝同樣的顏色，產(chǎn)品具有0T的柔韌性和3H的硬度。粉末涂裝的彩鋼板產(chǎn)品用于冰箱外板，很受客戶歡迎。但云霧靜電涂裝的方法很難保證均勻的涂層厚度，而且涂層很厚，導(dǎo)致成本太高，在性價(jià)比上無法與液體涂裝競爭。盡管實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，卻只是停留在偶爾試生產(chǎn)的階段。到2002年，Roll Coater公司退出彩鋼板涂裝行業(yè)，原來的幾個(gè)技術(shù)員離職創(chuàng)業(yè)，成立了一家叫First Precision的公司，專門研發(fā)彩鋼板涂裝設(shè)備。該公司獲得美國政府和大公司的不斷資助，十幾年一直堅(jiān)持開發(fā)，可惜最終并沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。我國的彩鋼板行業(yè)開始較晚卻發(fā)展非常快，現(xiàn)在已經(jīng)是彩鋼板生產(chǎn)的第一大國。有約800條液體涂裝生產(chǎn)線，每年生產(chǎn)大約1500萬t的彩鋼板。很多年前，榮事達(dá)上馬了一條片材粉末涂裝生產(chǎn)線，克服了很多困難，取得較好的結(jié)果。后來，浙江的馮氏和青島奧麗森也建立了連續(xù)彩鋼板粉末涂裝生產(chǎn)線，他們利用粉末涂層的性能優(yōu)勢，專做高端建筑市場。最近幾年，我國對彩鋼板粉末涂裝技術(shù)研發(fā)的投入力度越來越大，堅(jiān)持不懈的技術(shù)創(chuàng)新，得到了非常可喜的成績。北京的中冶京城公司經(jīng)過多年研發(fā)，在山東科瑞公司上馬了一套投資較大檔次較高的彩鋼板粉末涂裝生產(chǎn)線，經(jīng)過四年多的調(diào)試和不斷改進(jìn)，成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。煙臺賽高公司自主研發(fā)涂裝設(shè)備和粉末涂料，先在青島東方新材公司上馬了一條高速彩鋼板粉末涂裝線，2019年又在山東東冶公司上馬了第二條線。他們在涂裝設(shè)備和粉末涂料兩方面都做了有效的技術(shù)創(chuàng)新，比如采用旋杯粉末噴槍進(jìn)行噴涂，使得粉末上粉效果和涂層平整度等都有很大提高。我國有這么多的公司勇于創(chuàng)新，挑戰(zhàn)國外沒有工業(yè)化成功的難題并取得非常可喜的成果，非常難能可貴。眾多技術(shù)高手們的共同努力，極大地推動(dòng)了彩鋼板粉末涂裝技術(shù)的不斷突破，再加上強(qiáng)勁的市場需求，可以預(yù)見彩鋼板涂裝的全面“漆改粉”已經(jīng)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)。國內(nèi)外研究彩鋼板粉末涂裝幾十年，取得了很大的進(jìn)步，但至今仍然有很多技術(shù)難題沒有得到很好解決，目前還沒有一家可以生產(chǎn)出性價(jià)比上優(yōu)于液體涂裝彩鋼板產(chǎn)品，進(jìn)而可以將彩鋼板粉末涂裝進(jìn)行大面積推廣應(yīng)用。作者從事彩鋼板粉末涂裝技術(shù)的研究十幾年，在粉末涂料和涂裝設(shè)備等方面都做了一些工作，下面分享對彩鋼板涂裝技術(shù)的一些認(rèn)識和技術(shù)研發(fā)的嘗試。

2.粉末涂料的技術(shù)難題

彩鋼板涂裝的最大特點(diǎn)是高效和低成本。要實(shí)現(xiàn)彩鋼板涂裝的“漆改粉”，最大難題是粉末涂層無法達(dá)到彩鋼板的平整度和薄度的要求。傳統(tǒng)彩鋼板液體涂裝的特點(diǎn)是以較低的成本、很高的效率涂裝生產(chǎn)性能優(yōu)異的彩鋼板。通常正面為底漆加面漆兩涂層體系。生產(chǎn)過程進(jìn)行底漆和面漆兩次涂裝、兩次烘烤得到20~25 μm厚度的涂層，即可達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的很好的耐腐蝕性能和耐候性能。傳統(tǒng)噴涂的粉末涂層厚度在60~80 μm，對彩鋼板產(chǎn)品來說，如果涂層太厚，不僅涂料成本成倍增加，涂層柔韌性也下降。所以，實(shí)現(xiàn)彩鋼板粉末涂裝最大的技術(shù)難題是解決粉末涂層的薄度和平整度問題。這兩個(gè)問題不徹底解決，彩鋼板粉末涂裝在性價(jià)比上永遠(yuǎn)無法與傳統(tǒng)的液體涂裝競爭。此外，彩鋼板粉末涂裝要全面發(fā)展，還需要在粉末涂料技術(shù)上解決一系列特殊的技術(shù)難題，如“單涂層粉末涂料的耐腐蝕問題”“薄涂層的遮蓋力問題”等。

3.粉末涂裝設(shè)備和工藝的難題

相對一直無法解決的粉末涂層薄度和平整度的難題，彩鋼板粉末涂裝設(shè)備也存在一系列必須解決而行業(yè)內(nèi)一直沒能解決好的技術(shù)難題。下面總結(jié)歸納國內(nèi)外的嘗試和我們自己研發(fā)過程中遇到的問題。

(1) 高速粉末涂裝的上粉難問題

彩鋼板涂裝的線速度非常快，通常每分鐘高達(dá)60~180 m。將粉末涂料涂裝到高速運(yùn)行的帶鋼上是一件很有挑戰(zhàn)的事。傳統(tǒng)的噴槍如果超過30 m/min的線速度，就會(huì)出現(xiàn)上粉困難等各種各樣的問題。在高速運(yùn)行的帶鋼上涂裝足夠厚度的粉末是高速彩鋼板涂裝生產(chǎn)遇到的第一個(gè)難題。

(2) 粉末涂裝的涂層均勻度問題

彩鋼板涂裝的涂層厚度按照相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在20~30 μm之間，而市場上還有大量涂層厚度遠(yuǎn)低于非強(qiáng)制性行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，底漆加面漆兩涂層合計(jì)低于10 μm的產(chǎn)品也在大量銷售。粉末涂裝要達(dá)到較薄的涂層厚度，涂層的均勻性要求就非常高。而傳統(tǒng)粉末涂裝采取噴涂的方式，很難做到較精準(zhǔn)地控制膜厚。實(shí)際上，現(xiàn)有的最好的涂裝生產(chǎn)線，要達(dá)到顏色穩(wěn)定性能均勻，涂層厚度需要在40 μm以上。

(3) 粉末涂裝的肥邊問題

傳統(tǒng)粉末涂裝依靠靜電吸附上粉，在邊緣處會(huì)聚集較多的粉末，結(jié)果就出現(xiàn)“肥邊”現(xiàn)象。彩鋼板生產(chǎn)出來后，以卷材形式運(yùn)輸和儲(chǔ)存，是不允許有明顯肥邊的。肥邊會(huì)引起帶鋼邊緣的鋼材變形，導(dǎo)致無法成型使用。為了解決肥邊問題，人們想出了各種各樣的方法，比如有人采用錯(cuò)邊收卷的方式避免鋼帶變型。徹底解決粉末涂裝過程中出現(xiàn)的肥邊問題，是粉末涂裝彩鋼板的另一個(gè)技術(shù)難題。

(4) 高效回收和快速換色的問題

液體彩鋼板涂裝生產(chǎn)線基本上都有快速換色的裝置。比如，樓上和樓下安裝兩套面漆涂裝機(jī)器，當(dāng)一個(gè)顏色生產(chǎn)完畢，該涂裝機(jī)的涂裝輥離開鋼帶，另一個(gè)涂裝機(jī)的涂裝輥靠近鋼帶，立即開始涂裝。這是因?yàn)橥ǔ５暮婵緺t子有50~60 m長，如果停止涂裝，爐子里面的帶鋼就會(huì)被烤過，造成浪費(fèi)。粉末涂裝彩鋼板需要發(fā)明一種全新的工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)像液體涂裝那樣高效回收和快速換色。

(5) 一次烘烤和雙面不同顏色涂裝的需求

液體彩鋼板涂裝通常可以涂裝底漆和面漆，兩涂兩烤，而且還可以在正面和背面涂裝不同的涂料進(jìn)入同一個(gè)爐子一起烘烤。粉末涂裝的涂層已經(jīng)很厚，在涂料成本和涂裝生產(chǎn)成本上很難接受兩涂兩烤的工藝。

(6) 靜電粉末涂裝的安全問題

傳統(tǒng)的粉末涂裝都是采用高壓靜電的方式讓粉塵帶電和被吸附。粉塵在高壓靜電中因?yàn)槠鸹鸪霈F(xiàn)燃爆的情況很難避免。傳統(tǒng)的粉末涂裝除了在噴槍的安全性上做足了工作，還在噴房的排風(fēng)透氣等方面做了很充分的防爆措施，即使如此，實(shí)際的粉末噴涂過程中也不斷出現(xiàn)燃爆的情況。彩鋼板的涂裝用粉量非常大，相對場地窄小，一旦出現(xiàn)燃爆，就會(huì)非常嚴(yán)重。因此，高壓靜電下的安全問題變成為非常重要必須徹底解決的技術(shù)難題。

(7) 現(xiàn)有彩鋼板液體線的改造利用

國內(nèi)已經(jīng)有大約800條彩鋼板液體涂裝線。每條線的投資幾千萬甚至上億元，如何充分利用現(xiàn)有液體涂裝線進(jìn)行粉末涂裝，充分利用液體涂裝線已有的活套等傳動(dòng)裝置、預(yù)處理、考慮等設(shè)備，不僅可以節(jié)約巨大的資金投入，而且可以大大加快推廣速度，是一件很有意義的工作。

以上的問題，是我們在多年的研發(fā)實(shí)踐過程中根據(jù)他人和我們自己的經(jīng)歷總結(jié)的技術(shù)問題。作者認(rèn)為，這些問題的完滿解決，將徹底排除彩鋼板涂裝“漆改粉”的所有技術(shù)障礙，進(jìn)而可以在整個(gè)彩鋼板涂裝行業(yè)全面推廣粉末涂裝。

4.技術(shù)研發(fā)工作

我們對彩鋼板粉末涂裝的研發(fā)，主要分為兩方面的工作：一是以超細(xì)粉末涂料為核心的彩鋼板粉末涂料的開發(fā)；二是適用超細(xì)粉的彩鋼板粉末涂裝設(shè)備的開發(fā)。下面分別闡述。

4.1 超細(xì)彩鋼板粉末涂料

粉末涂裝具有環(huán)保、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)、高效和低成本的優(yōu)點(diǎn)。粉末涂裝的發(fā)展過程也就是“漆改粉”的過程。目前若要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步“漆改粉”，人們遇到了三大涂料技術(shù)限制：平整度、薄度和金屬效果。超細(xì)粉技術(shù)的突破解決了平整度和薄度的問題，是彩鋼板粉末涂裝有可能替代液體涂裝的關(guān)鍵因素。

4.1.1 超細(xì)粉末涂料技術(shù)

普通粉末涂料粉體的粒徑大，使涂層具有表面平整度差和涂層太厚兩大明顯缺點(diǎn)(圖1)，限制了粉末涂料成本的進(jìn)一步降低，也限制了在很多高平整表面要求的產(chǎn)品上使用粉末涂料。這兩個(gè)缺點(diǎn)都是因?yàn)榉勰┩苛系姆垠w粒徑太大造成的。開發(fā)超細(xì)粉末涂料，可以得到平整度非常好的薄涂層(圖2)，正好可以解決粉末涂料的兩大難題，在降低成本的同時(shí)，大大提高產(chǎn)品質(zhì)量。

常規(guī)的粉末涂料的粉體粒徑都是30~50 μm。粉末越細(xì)，涂層越平整，厚度越薄。但粉末太細(xì)就會(huì)造成粉體抱團(tuán)，無法噴涂。我們經(jīng)過多年的努力，利用納米科技，徹底解決了超細(xì)粉末抱團(tuán)無法流化的難題，進(jìn)而發(fā)明了超細(xì)粉末涂料技術(shù)，將粉體粒徑降低到10~20 μm。超細(xì)粉可以得到薄而平整的涂層表面，徹底解決了粉末涂裝平整度差和厚度太高的兩大難題。實(shí)驗(yàn)證明，同樣的粉末涂料，粗粉涂層70 μm的耐鹽霧測試性能，沒有40 μm的超細(xì)粉涂層好，原因是70 μm的粗粉涂料的最低處膜厚小于25 μm，而40 μm的超細(xì)粉涂層的最低處高于30 μm(圖3)。

4.1.2 超細(xì)粉的應(yīng)用

超細(xì)粉解決了細(xì)粉抱團(tuán)影響流化的問題，可以像常規(guī)粉那樣使用正常的噴涂設(shè)備和生產(chǎn)線。超細(xì)粉的特點(diǎn)是涂層平整和涂層薄。涂層平整，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；涂層薄，大大降低了涂裝生產(chǎn)成本。我們發(fā)明的超細(xì)粉已經(jīng)在各行各業(yè)開始應(yīng)用，包括建材、家電、家具、自行車、汽車部件等。超細(xì)粉在涂裝的“漆改粉”過程中起到很大的作用，特別適合彩鋼板涂裝。

4.1.3 其他粉末涂料技術(shù)

彩鋼板涂層有其特殊的各種性能。彩鋼板涂裝使用超細(xì)粉，有其特殊的需求。既需要薄涂層，又必須有很好的遮蓋力，而且需要很好的抗腐蝕和耐候性能。我們在彩鋼板超細(xì)粉的技術(shù)研發(fā)成果如下。

(1) 兩涂一烤粉末涂料技術(shù)

彩鋼板涂層中，底漆的作用主要是抗腐蝕和增加附著力，而面漆的作用主要是耐候和提高硬度、柔韌性等機(jī)械性能。底漆和面漆配合使用，達(dá)到最佳的性能。粉末涂裝若要實(shí)施兩涂兩烤，會(huì)造成特別高的成本，很難在實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)施。我們根據(jù)粉末涂裝的特點(diǎn)，提出兩涂一烤的新工藝，以烘烤一次的生產(chǎn)成本，達(dá)到液體涂裝兩涂兩烤的涂層效果。

(2) 高抗腐蝕性能的彩鋼板粉末涂料配方

彩鋼板涂層都很薄。越薄的涂層越需要較高的耐腐蝕性能。常規(guī)的粉末涂料用樹脂，在很薄的情況下很難達(dá)到彩鋼板需要的耐腐蝕性能要求，需要在樹脂和配方上做文章，提高涂層的耐腐蝕性能。

(3) 高柔韌性的彩鋼板粉末涂料配方

彩鋼板都是需要后加工成型的，涂層的柔韌性對彩鋼板的應(yīng)用非常重要，特別是在家電等產(chǎn)品上更是如此。粉末涂層因?yàn)闃渲鄬Ψ肿淤|(zhì)量大，天生具有比同類樹脂的液體涂層更好的柔韌性。盡管如此，更好柔韌性的粉末涂層，特別是在保持較高硬度的同時(shí)具有非常好的柔韌性，仍然是粉末涂裝的優(yōu)勢。

(4) 超高硬度的彩鋼板粉末涂料配方

粉末涂層具有比液體涂層高很多的硬度，這是彩鋼板液體涂層無法達(dá)到的性能，也是粉末涂裝的優(yōu)勢。我們利用納米科技，制備了5H硬度的彩鋼板產(chǎn)品，這是彩鋼板涂裝行業(yè)前所未有的產(chǎn)品。

(5) 全邦定金屬粉末涂料技術(shù)

我們對金屬顏料進(jìn)行了無機(jī)物和有機(jī)物多層包覆表面處理，有目的地改善了金屬顏料的導(dǎo)電性和與粉末的相容性，再經(jīng)過一種特殊的邦定生產(chǎn)工藝，得到了邦定率非常高的金屬粉末涂料產(chǎn)品，可以做到10%以上甚至20%鋁粉和珠光粉含量的產(chǎn)品并具有很好的使用性能。我們稱之為全邦定金屬粉末涂料。用全邦定金屬粉末涂料技術(shù)制備的彩鋼板金屬粉末涂料，可以穩(wěn)定地生產(chǎn)各種金屬彩鋼板，包括幻彩彩鋼板產(chǎn)品。

彩鋼板涂裝是一個(gè)很大的行業(yè)，液體彩鋼板涂料經(jīng)過幾十年的開發(fā)，已經(jīng)有很多種成熟穩(wěn)定的涂料品種，早已經(jīng)是一個(gè)很成熟的行業(yè)。粉末涂裝因?yàn)闃渲鄬Ψ肿淤|(zhì)量大，相對液體涂裝，涂層性能有明顯優(yōu)勢。彩鋼板粉末涂裝雖然有著巨大的發(fā)展前景，但目前基本上處于待開發(fā)的狀態(tài)，在原材料技術(shù)、粉末涂料配方技術(shù)等各方面都急迫需要加大力度開發(fā)，盡快形成一個(gè)新品類的行業(yè)。

4.2 彩鋼板涂裝設(shè)備技術(shù)的新突破

彩鋼板粉末涂裝的設(shè)備和相關(guān)技術(shù)的突破是彩鋼板涂裝實(shí)現(xiàn)“漆改粉”的另一個(gè)前提。因?yàn)楹芮宄鴥?nèi)外沒有成功的各種技術(shù)問題，我們對每一個(gè)技術(shù)難題進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。在近十年的研發(fā)過程中，我們從租賃了彩鋁板涂裝線嘗試慢速粉末涂裝開始，到自己建造高速循環(huán)運(yùn)行的鋼帶設(shè)備做高速噴涂試驗(yàn)，然后又先后在兩家大彩鋼板企業(yè)做上線試驗(yàn)，最后又花了兩年時(shí)間完善細(xì)節(jié)，最終在實(shí)際液體涂裝線上制備和安裝正式的商業(yè)涂裝設(shè)備。前期的工作主要是針對國外過去實(shí)踐過程中遇到的一系列難題展開，而后期在生產(chǎn)線上應(yīng)用之后才發(fā)現(xiàn)，有太多意想不到的工業(yè)化技術(shù)問題，每一個(gè)看似微小的問題，都是妨礙彩鋼板粉末涂裝工業(yè)化必須解決的技術(shù)問題，甚至變成很久才能解決的技術(shù)難題。

我們在設(shè)備技術(shù)上遇到的一些問題和技術(shù)研發(fā)成果總結(jié)如下。

(1) 發(fā)明了一種可以安裝在現(xiàn)有液體彩鋼板涂裝線上的粉末涂裝機(jī)器(圖6)，不用建新的涂裝線，在原有的液體線上就能夠?qū)崿F(xiàn)彩鋼板涂裝的“漆改粉”。

(2) 采用與傳統(tǒng)噴槍完全不同的靜電上粉新技術(shù)，避免了傳統(tǒng)噴槍高速不上粉的難題，使粉末涂裝速度不受限制，可按照液體線原有線速度運(yùn)行，最高可達(dá)180 m/min。

(3) 一套粉末涂裝機(jī)器分為正面涂裝機(jī)和背面涂裝機(jī)兩臺，正面涂裝機(jī)器可以一次涂裝底粉和面粉，兩涂層一起烘烤完成；同時(shí)，在背面進(jìn)行背面粉的涂裝，正反兩面一起烘烤固化。所謂的兩涂一烤，三涂一烤。

(4) 采用特殊的設(shè)備技術(shù)處理，使粉末涂裝的肥邊大大減少，完全不影響大鋼卷的收卷。

(5) 設(shè)備涂裝均勻度好并且可以薄涂；使用超細(xì)粉可以得到正面底粉和面粉5+20(共25)μm的正面涂層，各種性能優(yōu)于同等的液體涂層，而涂裝成本明顯降低。

(6) 涂裝機(jī)器采用氮?dú)獗Ｗo(hù)操作，完全避免了靜電涂裝帶來的粉塵燃爆的安全隱患。彩鋼板粉末涂裝設(shè)備的開發(fā)過程，其實(shí)是在實(shí)踐中對

相關(guān)技術(shù)問題的發(fā)現(xiàn)和解決反復(fù)循環(huán)的過程，特別是后期，到了大型生產(chǎn)涂裝線上調(diào)試設(shè)備，任何微小的問題，在高速生產(chǎn)線上都可能帶來巨大的問題，彩鋼板涂裝生產(chǎn)需要高度的穩(wěn)定性和可靠性，而很多問題若是不經(jīng)過大生產(chǎn)實(shí)踐根本不可能預(yù)知和發(fā)現(xiàn)的。很榮幸，我們在試車過程中得到了多家彩鋼板涂裝客戶的積極支持，才得以獲得相關(guān)的認(rèn)知并解決問題。

5.結(jié)語

彩鋼板涂裝是一個(gè)巨大的行業(yè)，彩鋼板涂裝的“漆改粉”有巨大的前景。技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)證明粉末涂裝具有環(huán)保、安全、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，若要全面替代液體涂裝，還需要做到生產(chǎn)成本低。均勻的薄涂層是關(guān)鍵。超細(xì)粉末涂料技術(shù)和涂裝設(shè)備技術(shù)的不斷進(jìn)步和突破，將使彩鋼板粉末涂裝最終達(dá)到涂裝成本低于液體涂裝的目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)“安全環(huán)保、成本低、性能好”，從而推動(dòng)整個(gè)彩鋼板涂裝的“漆改粉”的快速發(fā)展。