摘 要
工程机械行业是中国装备制造业的重要组成部分。在国家铁路、公路、机场、石化、核能基础设施建设中发挥了不可替代的作用。它们一般都是户外作业，长期暴露在恶劣的环境中，因此需要涂装防护。粉末涂装技术因无挥发溶剂、一次上粉率高、易施工、回收率高等优点在国内外制造业发展迅速。工程机械粉末涂料的生产标准中，粉末施工性能和常规户外粉末的要求并无太大的区别，但高耐中性盐雾和耐老化性能是工程机械企业对粉末涂料产品中最为关注的两项性能。本文从工程机械粉末在工程机械行业上的应用进行了简要的分析研究。
关键词：工程机械；粉末涂料；涂装技术；耐老化；耐盐雾
引言
工程机械是装备工业的重要组成部分。概括地说，凡土石方施工工程、路面建设与养护、流动式起重装卸作业和各种建筑工程所需的综合性机械化施工工程所必需的机械装备，包括铁路线路工程机械、叉车与工业搬运车辆、装修机械、电梯、风动工具等都称为工程机械。涂装是提升产品外观装饰性和防护性的重要环节。随着工程机械行业竞争的日益加剧和人们环保意识的提升，产品外观涂装质量和耐腐蚀性的提高成为争夺市场的强有力手段。采用低污染、高性能的涂料与涂装工艺是实现产品外观涂装质量提升的重要措施。而粉末涂料作为一种绿色涂料，具有利用率达到99%，无废水、废渣、废气（三废）排放等技术特点，具有明显的环保和节能优势，并极大地降低涂装成本。为此我们开展了粉末涂料在工程机械行业的应用研究。
工程机械行业的发展近况
2021年4月28日，由全球工程机械50强峰会组委会和《中国工程机械》杂志主办的“2021全球工程机械制造商50强榜单”新闻发布会在北京举行。发布会推出了“2021全球工程机械制造商50强”榜单，其中中国取代美国销售额跃居全球第一。而入选“2021全球工程机械制造商50强榜单”的50家企业中，中国有11家企业上榜，例如三一重工、中联重科、柳工等制造商。日本有13家企业上榜，例如小松制作所、日立建机等制造商。美国7家企业入榜，例如卡特彼勒、约翰迪尔等制造商。其中中国制造商徐工集团工程机械有限公司进入全球三甲，这是中国品牌首度挺进前三。中国最大的专业化设备制造商——铁建重工挺进全球30强，且营业利润率位居全球第一。
受疫情等因素影响，2021年全球工程机械制造商50强销售额与上年相比，微幅下滑2.87%，为1915.82亿美元。前十大企业销售额累计1256.81亿美元，占据全球总份额超过65%。
从国别上看，11家入榜的中国工程机械制造商，销售额为507.33亿美元，比上年增长40.03%；销售额占比升至26.48%。从销售额上看，中国取代美国，排名由全球第三升至全球第一；与此同时，从销售额增幅上看，中国也在13个国家中位居第一。本届榜单中，美国企业销售额为420.21亿美元，占比21.93%，位居第二；日本企业销售额为398.98亿美元，占比为20.83%，排名第三。
工程机械粉末涂料
2.1 工程机械粉末
在《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》规中明确要求工程机械行业VOCs减排达到30%以上，其改造目标和路径已非常明确：推广使用粉末和高固体份涂料。其中，粉末涂料作为最环保涂料种类之一，VOCs基本为零，符合国际上流行的“4E”原则（低污染、省资源、高性能、易施工）。只有“节能减排，绿色环保”的企业才能赢得市场的真正认可。粉末涂料具有明显的环保、投资、管理、运行能耗较低等优势，是工程机械行业涂料中的重点发展方向。
2.2 工程机械粉末涂装工艺
目前应用较为广泛的是静电粉末喷涂，其粉末喷涂工艺流程如下：前处理→（电泳）→粉末喷涂→（粉末面粉喷涂）→固化→冷却。其中前处理常用方式有：抛丸处理、铁系磷化和锌系磷化处理和硅烷陶化处理。喷涂方式有：手工、手工+自动喷涂、自动喷涂、自动喷涂+人工智能。
工程机械粉末涂料配方设计
3.1 粉末涂料技术要求
工程机械粉末涂料的生产标准中，粉末施工性能和常规户外粉末的要求并无太大的区别，但高耐盐雾和耐老化性能是工程机械企业对粉末涂料产品中最为关注的两项性能。其标准大致如下：（1）防腐性能：中性盐雾500-1200h，性能划叉单边锈蚀宽度≦2mm，无起泡，不开裂。（2）耐老化性能（氙灯老化）500-2000h，保光率60°≧80%，色差∆E≦3.0。
3.2 粉末涂料配方设计
普通单涂涂料粉末很难在兼顾耐候要求的同时要求防腐性能，所以工程机械粉末一般采用双涂层涂料方案。设计配方思路如下：在确认固化温度的前提下，考虑前处理方式、客户实际各项标准性能来选择数值品种（包括HAA体系）、树脂含量、相关耐盐雾助剂、颜料填料（耐候性选择）等，同时也要考虑到配方的可行性和粉末的方案设定，包括配方组合或工艺喷涂，最终确定配方框架，底粉基础配方见表1，面粉基础配方见表2。
工程机械粉末涂料涂装工艺
4.1 前处理方式
工程机械的用材多数为材质厚重的钢材，其进行粉末喷涂前需要前处理，目前一般的前处理方式为：上挂→喷砂除锈→脱脂→水洗→硅烷/陶化→水洗→（电泳→水洗）→烘干。一般来说，经过电泳前处理的工程机械基材可直接使用底面合一的单层涂膜即可达到所需性能。
4.2 喷涂方案
根据工程机械的不同工作条件，可根据客户需求提供不同的涂装方案，以达到最佳的保护性能。其中常见的喷涂方案如图1：
图1常用的四种喷涂方案
4.3 两涂粉末的喷涂工艺
4.3.1 两涂两烤（传统涂装）
图2 两涂两烤的涂装工艺图
工程机械涂层需要在兼顾高耐候要求的同时还要满足防腐性能。其中，防腐性能对工程机械行业来说尤为重要，而锋利边缘的边角腐蚀是最难把握的。在此种情况下，单层涂层很难满足其需求，所以工程机械涂装一般采用两涂粉末，其中传统的涂装工艺便是两涂两烤，即在喷完底粉和面粉后分别进行一次固化。常用的组合方案有：富锌底粉+聚酯面粉；环氧底粉+聚酯面粉。它们都可以很好的包覆工件的锋利边角，从而显著提高防腐性能和耐候性能。但是这种“两涂两烤”的涂装工艺较为复杂，相对价格也较高。
4.3.2 两涂一烤
图3 两涂一烤的涂装工艺图
“两涂一烤”指的是连续喷涂底粉和面粉，中间不需要预固化过程，仅需烘烤一次即可的喷涂工艺。两涂一烤的底粉具有优异的边角覆盖和抗腐蚀性能，面粉具有良好的遮盖力、高流平和耐候性。该喷涂工艺采用的是干碰干涂料技术，使其在优异的表面外观下还兼具卓越的边角覆盖和防腐性能，其附着力也是极佳。同时，它还节约了成本，包括固化周期的时间成本、热能的消耗成本，这些都可以帮助客户显著降低投资成本，提高生产率并改善能源效率。
“两涂一烤”是通过特殊的带电方式，解决法拉第静电屏蔽，使底粉不上浮，面粉将底粉完全盖住，实现不同底粉颜色和各色面粉搭配。且厚涂200 μm以内不会出现针孔问题，面层光泽稳定。如图4所示，通过1440 h耐中性盐雾实验可以发现：1、单层涂层单边腐蚀2mm，双层涂层单边腐蚀小于1.5mm。2、单层涂层边角腐蚀严重，双层涂层边角包边完美。从客户产品的实验数据看，边角覆盖好，中性盐雾1440h单边腐蚀小于1.5mm，老化1500 h保光率85%。在此基础上，还可以把低温固化产品和两涂一烤结合起来，为客户创造更大价值。目前有200℃、180℃、160℃固化的粉末涂料产品（有高光、半光可供选择），可满足不同客户的不同需求。
图4 耐中性盐雾结果对比
工程机械粉末不同涂装对比
工程机械粉末涂料最难攻克的便是边角覆盖问题，因为往往被腐蚀的都是从锋利的边角开始。由图5可以看出，单层粉末涂料在锋利的边角处无法提供充分的防腐保护，而两涂粉末则可以在保证外观流平的前提下为锋利的边角提供最大的防腐保护和良好的耐候性能。
图5 单双层涂膜所提供的边角覆盖性能示意图
根据工程机械行业客户的不同需求，可以采用不同的涂装方案，不同的涂装工艺会带来不同的产品性能，其性能如表3。
从表3看出，两涂粉末比单层粉末具有更优异的性能，但成本也较高。
结语
近几年，我国在工程机械行业发展日渐成熟，已完成“漆改粉”的完美蜕变，且始终保持着“智能化、绿色化、高端化”高质量的发展趋势，不断推进粉末涂料在该行业涂装领域的应用，持续给工程机械行业客户创造价值。
本文概述了粉末涂料在工程机械行业上的应用，并介绍了常见的涂装方案。一般来说，单层涂膜的所能达到的防腐耐候性能有限。在面对较高的防腐性能要求时，双层涂膜能更好地提供防护。其中，双层涂膜可以使用“两涂两烤”或“两涂一烤”的涂装工艺。其中较“两涂两烤”来说，“两涂一烤”具有设备投入减小、涂装线缩短，能耗降低，底粉、面粉同时固化，生产效率高，层间附着力好等优势。
作者：叶赛男/黄山华佳表面科技有限公司
来源：2021/2022粉末涂料行业年会
