一體化涂料成套生產(chǎn)設(shè)備--概述
　　
　　一、粉末涂料的生產(chǎn)設(shè)備
　　
　　粉末涂料的制造過程，更接近于塑料加工工藝而不同于一般的涂料制作工藝，粉末涂料的制造技術(shù)是基于塑料和微粉化工業(yè)廣泛使用的設(shè)備，因此、粉末涂料工廠的設(shè)計*不同于一般的液體涂料。
　　
　　粉末涂料的生產(chǎn)包括以合理的順序連接的不同工段工作（包括預(yù)混合步驟的準(zhǔn)備時間、主設(shè)備的準(zhǔn)備時間和質(zhì)量控制時間）。通常規(guī)模較小的粉末涂料工廠生產(chǎn)過程可以是不連續(xù)的，對于具有較高生產(chǎn)能力的工廠來說，通常是將各個單獨(dú)的工序集合成連續(xù)的生產(chǎn)工藝。
　　
　　1.1描述了現(xiàn)代化工廠連續(xù)生產(chǎn)粉末涂料的設(shè)計示意圖。分別稱出各物料，然后投到預(yù)混器中進(jìn)行予混合，混和均勻的物料再以均勻的速度進(jìn)行擠出，在進(jìn)入到粉碎機(jī)前，必須將擠出的物料冷卻和破碎成粒狀，zui后的生產(chǎn)步驟包括粒子分級，并把超大的顆粒返回到粉碎機(jī)中循環(huán)使用。生產(chǎn)粉末的設(shè)備布置可以因生產(chǎn)線的產(chǎn)能和產(chǎn)品的類型不同而不同。
　　
　　1.1預(yù)混合
　　
　　在熱熔混合前、將粉末涂料的各種組分進(jìn)行預(yù)混合是決不可忽視的重要過程，這個步驟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(yù)混和不充分，是不能夠在第二階段的熱熔擠出過程中得到補(bǔ)償?shù)?。熱熔擠出是一個連續(xù)的過程，在整個擠出過程中保證均一的喂料速度是保證產(chǎn)品質(zhì)量的先決條件。如果*步驟中的預(yù)混和不充分將導(dǎo)致涂膜組成不均一，從而造成涂層表面的流平不好、機(jī)械性能差、涂層表面顏色不均一、光澤度低、表面有缺陷等。
　　
　　1.1粉末涂料連續(xù)生產(chǎn)裝置
　　
　　一般來說粉末涂料的原料都是固體狀的，只有當(dāng)所需要混合的各種成分都具有同樣的大小才能在預(yù)混合階段獲的效果，但這顯然是不可能的，因?yàn)闃渲皖伭蟽烧叩牧６炔盍藥讉€數(shù)量級，少量的助劑，如流平劑或催化劑的加入，我們可以通過使用制作母料技術(shù)加以克服。
　　
　　為了防止基料被過分粉碎，采取適當(dāng)?shù)幕旌蠒r間是非常重要的。預(yù)混合后基料的理想粒度應(yīng)該在2-4毫米，如果顆粒太小，在擠出工序的喂料期間將傾向于流化，如果顆粒太大則需要增加功率才能使預(yù)混合料在混合機(jī)中流動。
　　
　　混合機(jī)的選擇依據(jù)是混合強(qiáng)度、換色頻率、以及操作工藝是連續(xù)生產(chǎn)還是間歇生產(chǎn)，因?yàn)楦鼡Q品種的清潔時間對整個生產(chǎn)操作至關(guān)重要，因此粉末涂料工廠生產(chǎn)的配方的品種也會影響混合機(jī)的選擇。對于要經(jīng)常換色的生產(chǎn)線，應(yīng)*高速預(yù)混合機(jī)或容器預(yù)混合機(jī)，因?yàn)樗麄兒苋菀浊逑辞一旌蜁r間較短，只需2～3分鐘，對于不經(jīng)常換色的生產(chǎn)線，螺條混合機(jī)是很有優(yōu)勢的，它只要很低的投資，且每批產(chǎn)量大。
　　
　　除操作工藝以外，為了制造*性能的涂膜或?qū)旌显O(shè)備本身的損耗考慮，我們必然特別關(guān)注混合機(jī)的結(jié)構(gòu)，混合機(jī)需要適當(dāng)?shù)臉?gòu)造設(shè)計。特別重要的提出是，在混合機(jī)工作期間，它可能會被突然的原因停止或者有意地停下來，檢查運(yùn)轉(zhuǎn)過程。對于這種情況下驅(qū)動裝置必須能承受滿負(fù)荷反復(fù)起動這個zui基本的要求。比較好的裝配是直流電動機(jī)，它能比一般的正常起動提供2-3倍的附加扭矩。當(dāng)這種驅(qū)動裝置還不能滿足要求時，可以使用帶有不同直流驅(qū)動裝置（如滑動環(huán)、液力聯(lián)軸器和離心式離合器或者使用V形帶傳送的間接裝置）。
　　
　　目前常用的粉末涂料高速混合機(jī)是干法制粉工藝非常有效的混合設(shè)備，這個類型的典型款式是廣泛使用的“Mixaco”容器混合機(jī)。這種類型的混合機(jī)用于快速混合，即粉末、球狀顆粒、和含有填料的黏性液體、顏料或其他助劑，可在10秒到幾分鐘內(nèi)完成混合。它的設(shè)計允許混合機(jī)頭部容易為多個容器同時使用，每次一個。當(dāng)需要頻繁換色時，混合設(shè)備頭部很容易且快速地被清理干凈?；旌限D(zhuǎn)子以5m/s的圓周速度運(yùn)轉(zhuǎn)，也可生產(chǎn)雙速型的混合機(jī)，轉(zhuǎn)子的圓周速度分別為以5m/s和10m/s。
　　
　　預(yù)混合步驟的操作順序是將一批物料加到容器中后，將容器推到混合頭的下面，然后容器在氣動作用下升高，并且根據(jù)容器型號由手動或氣動作用促進(jìn)夾具自動鎖緊混合頭。經(jīng)由一個齒輪傳動裝置將頭部反向裝進(jìn)容器中的混合位置，在這個位置中，頭部視為混合室。混合轉(zhuǎn)子設(shè)計在反向的操作位置，靠離心作用將材料拋到混合室中和容器壁上。當(dāng)物料上升并接觸到容器的倒轉(zhuǎn)錐形區(qū)域時，會退到混合回轉(zhuǎn)軸上。這個流動模式在幾秒鐘之內(nèi)發(fā)生并且在混合周期內(nèi)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此能使物料混合均勻。計時混合周期完成之后，將混合機(jī)傾斜，卸下容器?；旌蠙C(jī)便可為另外的一個容器使用。
　　
　　與緩慢運(yùn)動的攪拌機(jī)相比，高速混合機(jī)有幾個優(yōu)點(diǎn)，使他們成為粉末涂料制造中非常誘人的混合設(shè)備。這種機(jī)器的一個顯著特征是用非常短的混合時間便可達(dá)到*的混合效果，甚至是少量的著色顏料亦可很容易地被預(yù)混合，并能被均勻地分散。因?yàn)榭焖倩旌献饔糜欣诔浞终股?，為獲得淡雅優(yōu)美的色彩，可以降低所使用的顏料用量，從而能達(dá)到節(jié)約的目的。少量的液體也能被均勻分散，對于液體助劑來說就不需要再花昂貴的經(jīng)費(fèi)去制作母料。總之，可快速清洗、加上幾個混合容器可公用一個混合頭的優(yōu)點(diǎn)，以及短的混合時間至少在預(yù)混和階段消除了頻繁換色所產(chǎn)生的問題。
　　
　　1.2熔融擠出
　　
　　粉末涂料的混合包括幾個步驟，而這些步驟都分別在獨(dú)立的設(shè)備中完成。在這個步驟生產(chǎn)中，基料和固化劑（不一定有）被熔融并進(jìn)行分子級的混合，顏料團(tuán)被破碎成原始粒子并和添加劑一起被均勻地分散在熔融的基料/固化劑混合物中，同時顏料粒子的表面被熔融的基料所潤濕。
　　
　　原則上有三種機(jī)器可用于熱熔擠出。盡管也能使用象Z型葉片捏合機(jī)和能加熱的雙輥研磨機(jī)這樣的簡單機(jī)器，但zui主要的設(shè)備還是擠出機(jī)。
　　
　　熔融基料所需要的能量，一部分來自于擠出機(jī)內(nèi)壁和要擠出的物料之間的熱傳遞，另一部分熱量是由于機(jī)械的高剪切梯度所產(chǎn)生的。
　　
　　將顏料團(tuán)破碎分散混合是一個需要很高能量的過程，而將顏料的原始粒子均勻地分散到全部熔融的基料中進(jìn)行混合所需的能量相對較少。
　　
　　有人曾經(jīng)研究過擠出過程中顏料團(tuán)的解聚集機(jī)理，指出分散過程的效果取決于分散過程的所謂的有效擠出體積的能量密度。對于一個體積流量的擠出機(jī)，所消耗的全部能量與剪切速率和停留時間成正比[9]。
　　
　　常用于生產(chǎn)制作粉末涂料的機(jī)械設(shè)備：單螺桿擠出機(jī)，雙螺桿擠出機(jī),行星螺桿擠出機(jī)。三種擠出機(jī)都可以在無壓力情況下進(jìn)行操作，在其螺筒的壁上有一些可供加料的開口?？赏ㄟ^螺桿設(shè)計的變化表征體系的特性，在雙螺桿擠出機(jī)中應(yīng)用傳輸、空擋、和反向傳輸?shù)哪蠛蠅K，在共捏合機(jī)中采用了傳送、半傳送或者多種捏合結(jié)構(gòu)（改變捏合塊的數(shù)量、捏合塊之間的間隙和壁上的銷釘）,或者在行星式螺桿擠出機(jī)中采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)過程來影響混合和捏合操作。
　　
　　可以簡單的描述了擠出機(jī)生產(chǎn)粉末涂料的過程。預(yù)混合容器被放置在計量臺上，作為計量單元的一個喂料裝置。計量單元可以保證用容積式流量表計量的預(yù)混合物均勻地，連續(xù)地通過螺旋加料器口傳送到擠出機(jī)中。為了要保護(hù)下游的設(shè)備元件，預(yù)混物料在計量之后先經(jīng)過一個金屬探測器。對于所有型號的擠出機(jī)，套筒區(qū)域和螺桿都是由水控制溫度的。因此，可以先將擠出機(jī)的溫度預(yù)熱到被加工樹脂熔點(diǎn)以上10到20℃來加速設(shè)備的啟動。一旦熔融的材料從螺筒中流出，將熱控制器切換到冷卻模式以帶走多余的熱量。結(jié)果，物料在分散混煉時產(chǎn)生的機(jī)械熱量就被移走了。這反過來又會加速分散混煉過程，并保證累積熱適度，這是該類型機(jī)器的典型特征。通常不希望出現(xiàn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的放熱峰，尤其是在處理快速固化粉末涂料時，依靠這種操作原理可以排除放熱峰。電子控制的加熱/冷卻單元可以將溫度精確地控制在預(yù)設(shè)的溫度內(nèi)
　　
　　根據(jù)被擠出產(chǎn)品的類型，可以使用兩種方法來加熱螺桿和螺筒。一個系統(tǒng)由水組成的，水在螺桿的內(nèi)側(cè)循環(huán)，其溫度由獨(dú)立的儀器控制。另一個是由電加熱和冷卻水組成的聯(lián)合系統(tǒng)，可直接控制套筒內(nèi)的溫度。在zui近生產(chǎn)的擠出機(jī)內(nèi)，用外形與捏合銷釘相同的熱電偶替換一個或多個捏合銷釘，可以更精確地控制內(nèi)部加工溫度。
　　
　　在擠出的時候，需要能量用于打碎細(xì)級分顏料和填料所形成的聚集團(tuán)。然而靠高的沖擊壓力形成的能量可能導(dǎo)致局部過熱，和使粉末涂料固化形成凝膠粒子。為了要避免這些影響，用“弱化”力取代高沖擊能，提供適度的能量，即使是快速擠出或者低溫固化粉末涂料都能夠安全處理。這種所謂的“微混合”功效能提供某些分子級的均勻性，這對粉末涂料均勻固化和薄涂層的應(yīng)用是非常重要的。
　　
　　人們比較關(guān)注在擠出機(jī)套筒里面的傳熱效率，在筒壁形成的絕熱層會大大降低傳熱效率，但是新一代的擠出機(jī)的自擦凈和精確控制間隙公差，可以有效地減少絕熱層的形成。另外，機(jī)筒內(nèi)套和螺桿冷卻中心的厚度保持zui小化，可以減少對傳熱的阻力。
　　
　　在擠出期間控制熱固性粉末涂料的反應(yīng)性是非常重要的，因此、保證停留時間短，停留時間分配窄和自清潔效率高是很必要的。
　　
　　雙螺桿擠出機(jī)的制造商們?yōu)檫m應(yīng)現(xiàn)代熱固性粉末涂料的要求已經(jīng)為改進(jìn)這種機(jī)器的混煉效果對設(shè)計進(jìn)行了許多修改。
　　
　　一般擠出機(jī)生產(chǎn)商給出以下對比來表明他們的擠出機(jī)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的優(yōu)勢：
　　
　　對于單螺桿擠出機(jī)：好的溫度控制和高的速度；
　　
　　對于雙螺桿擠出機(jī)：好的分散效果和高的速度；
　　
　　對于行星螺桿擠出機(jī)：用于金屬粉末和回收精細(xì)粉。
　　
　　1.3細(xì)粉碎
　　
　　在熱熔擠出之后進(jìn)行細(xì)粉碎。原料離開擠出機(jī)頭之后，通過冷的滾筒擠壓，并在傳輸冷卻帶上進(jìn)一步冷卻使之變成脆容易破碎的連續(xù)薄片，并使用破碎機(jī)破碎。原料通常被收集在可移動的容器中，被傳送到研磨機(jī)中。一般為保證涂料的儲存穩(wěn)定性，用于配制粉末涂料的樹脂的玻璃化溫度至少在40度以上。如果在室溫下對材料進(jìn)行粉碎，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎鬯檫^程中產(chǎn)生的熱量及時地帶走，使材料在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度之下由機(jī)械力的作用粉碎。用于制造熱固性粉末涂料的聚酯、環(huán)氧或者丙烯酸的分子量一般在3000到6000之間，在這樣的分子量下，在低于玻璃化溫度時，這些基料是具有低模量的脆性樹脂，可以毫無問題地進(jìn)行粉碎。然而高分子量的熱塑性基料一般更堅韌并富有彈性。低溫研磨是降低這種熱塑性粉末涂料粒徑的*辦法。
　　
　　粉末涂料生產(chǎn)商會使用不同類型的粉碎機(jī)，以使涂料的粒度符合所期望的范圍。所有這些設(shè)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粒或片材與研磨機(jī)表面進(jìn)行碰撞或者相互碰撞而造成的。當(dāng)代的粉碎體系是成套供給的，它包括粒度分級器和除塵器，
　　
　　從20世紀(jì)60年代開始，研磨機(jī)的制造商們就集中精力開發(fā)能將粉碎和分級放在一起的成套設(shè)備以簡化工廠的設(shè)計。
　　
　　在1962“MikroACM”作為*個空氣分級磨出現(xiàn)在市場上，其后得到了不斷地發(fā)展，以進(jìn)一步適應(yīng)市場的需求。它適用于所有工業(yè)不同產(chǎn)品降低粒徑的要求，當(dāng)然也包括粉末涂料。zui吸引人們注意力的是ACM的簡潔和清晰的元件排列，撞擊破碎和完整的動力學(xué)分級相結(jié)合為細(xì)碾磨和超細(xì)碾磨標(biāo)準(zhǔn)和中等標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品提供了*的解決方案。
　　
　　ACM其操作原理如下所述：由氣動作用將產(chǎn)品加入磨內(nèi)，依靠物質(zhì)顆粒與旋轉(zhuǎn)磨的表面或固定的襯套之間的碰撞可使顆粒粒徑減小。當(dāng)分級輪的撞擊速度達(dá)到140m/s時，粒徑可達(dá)到d97=10μm。
　　
　　2：ACM空氣分級單元
　　
　　傳輸和分級用的空氣通過下游的鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)入磨粉機(jī)，然后經(jīng)過護(hù)環(huán)的葉片將計量加入的材料帶走。“MikroACM”的典型特征是它完整的動力學(xué)分級。
　　
　　1：帶有銷或者其他研磨5：研磨區(qū)表面的研磨馬達(dá)6：分離區(qū)
　　
　　2：襯墊7：研磨馬達(dá)驅(qū)動
　　
　　3：有罩輪8：分級馬達(dá)
　　
　　4：分級輪9：出料噴嘴
　　
　　空氣/產(chǎn)品混合物被葉片均勻地分散到旋轉(zhuǎn)分級器中。歸因于二個相反的作用和材料顆粒的不同質(zhì)量，在分級器中被分為粗顆粒和細(xì)顆粒。質(zhì)量高的顆粒由離心作用力拋出，不合格的粒子又重新返回到碾磨區(qū)。而細(xì)粉則被空氣帶走，經(jīng)過分級器到達(dá)出口。圖2給出了“MikroACM”磨的示意圖。切分點(diǎn)可以通過調(diào)整分級器的速度來改變，甚至在粉碎操作期間都可以無級調(diào)整。
　　
　　“MikroACM”可以有不同的設(shè)計。在幾十年期間的發(fā)展和改進(jìn)中，許多重要的特征都得到了優(yōu)化。
　　
　　ACM分級器的一個特殊的特征是分級器和研磨盤的驅(qū)動軸是同軸的。緊湊的轉(zhuǎn)子包括以下幾個部分：分級器、粉碎盤、軸承和V型帶滑輪。傳動軸承具有可靠的密封系統(tǒng)，可以避免產(chǎn)品滲入同時也能避免潤滑劑外漏。這即是長時間的操作也能避免產(chǎn)品污染。
　　
　　國內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備企業(yè)在制粉設(shè)備國產(chǎn)化方面做了大量的工作，為粉末生產(chǎn)提供了保證。經(jīng)過多年的發(fā)展制粉設(shè)備企業(yè)已經(jīng)逐步走向成熟，并在產(chǎn)品研發(fā)方面投入資金，邦定混料設(shè)備、立體薄涂生產(chǎn)線、采用了PSR11防爆技術(shù)的磨粉機(jī)組已經(jīng)投放市場，與此同時國產(chǎn)制粉設(shè)備還遠(yuǎn)銷海外。但是制粉設(shè)備行業(yè)存在以下幾個方面的問題：（1）設(shè)備品種單一，許多品種都是仿造派生的，自主研發(fā)的設(shè)備產(chǎn)品太少，絕大多數(shù)廠家均是從混合、擠出到粉碎、篩分所有設(shè)備均生產(chǎn)。德國是制粉設(shè)備的主要生產(chǎn)國，這些企業(yè)僅專做一種設(shè)備，沒有一家公司能夠提供整條生產(chǎn)線，因此德國的設(shè)備專業(yè)化、精細(xì)化程度非常高；（2）設(shè)計投入人員少，研發(fā)不夠；（3）科研單位與高等院校技術(shù)投入太少，研究力量沒有放在這方面：（4）企業(yè)發(fā)展艱難，管理不健全，尤其是資金投入、技術(shù)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(yè)門檻降低，也使企業(yè)利潤大大削弱，企業(yè)無力進(jìn)行產(chǎn)品的技術(shù)革新和改造。我們應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識這些問題。
　　
　　二、高剪切一體化涂料成套生產(chǎn)設(shè)備
　　
　　主要特點(diǎn)：該成套設(shè)備能獨(dú)立完成分散、研磨、細(xì)化、冷卻、過濾、真空自動吸料、半自動灌裝等全過程、大大降低勞動強(qiáng)度，該成套設(shè)備是傳統(tǒng)成套設(shè)備耗時的1／5，縮短了加工時間，并易清洗。采用該成套設(shè)備產(chǎn)品細(xì)度化傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)一步細(xì)化，分散效果進(jìn)一步提高，可在真空狀態(tài)下操作，無氣泡生產(chǎn)，無粉塵飛揚(yáng)，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高。
　　
　　工藝流程
　　
　　•制漿部份：
　　
　　將水通過液體計量器加入到液體原料加入槽，用真空吸入到乳化分散釜內(nèi)，開動低速錨式攪拌，將粉料用真空吸入到乳化分散罐內(nèi)連續(xù)攪拌10分鐘左右，再開動兩臺立式高剪切乳化10分鐘，zui后開動臥式乳化機(jī)連續(xù)循環(huán)30分鐘后，漿料即制作完畢。
　　
　　•調(diào)漆部份：
　　
　　用真空將乳液、成膜助劑從液體吸入槽吸入到低速攪拌釜內(nèi)，開真空將漿料通過袋式過濾器吸入到低速攪拌機(jī)將乳液、助劑、漿料攪拌均勻，然后加入助劑（增稠劑等）進(jìn)行調(diào)漆。
　　
　　•過濾包裝：
　　
　　調(diào)好漆后，真空消泡5分鐘后，停止攪拌，通過袋式過濾涂料到半自動灌裝機(jī)進(jìn)行包裝。
　　
　　工作過程概述
　　
　　在高速旋轉(zhuǎn)的產(chǎn)生的離心力作用下，圖中的物料從工作頭的上下進(jìn)料區(qū)同時從軸向吸入工作腔。
　　
　　強(qiáng)勁的離心力將物料從徑向甩入轉(zhuǎn)子之間狹窄精密的間隙中，同時受到離心擠壓，撞擊等作用力，使物料初步分散乳化。
　　
　　在高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子外端產(chǎn)生至少15m/s以上的線速度作用下，形成強(qiáng)烈的液力剪切、液層磨擦、撕裂碰撞，使物料充分的分散、乳化、均質(zhì)、破碎，同時通過定子糟射出。
　　
　　物料不斷高速地從徑向射擊，在物料本身和容器的阻力下改變流向，與此同時在轉(zhuǎn)子區(qū)產(chǎn)生的上、下軸向抽吸力的作用下，又形成上、下兩股強(qiáng)烈的翻動紊流。物料經(jīng)過數(shù)次循環(huán)，啊終完成分散、乳化過程。