一体化涂料成套生产设备--概述
　　
　　一、粉末涂料的生产设备
　　
　　粉末涂料的制造过程，更接近于塑料加工工艺而不同于一般的涂料制作工艺，粉末涂料的制造技术是基于塑料和微粉化工业广泛使用的设备，因此、粉末涂料工厂的设计*不同于一般的液体涂料。
　　
　　粉末涂料的生产包括以合理的顺序连接的不同工段工作（包括预混合步骤的准备时间、主设备的准备时间和质量控制时间）。通常规模较小的粉末涂料工厂生产过程可以是不连续的，对于具有较高生产能力的工厂来说，通常是将各个单独的工序集合成连续的生产工艺。
　　
　　1.1描述了现代化工厂连续生产粉末涂料的设计示意图。分别称出各物料，然后投到预混器中进行予混合，混和均匀的物料再以均匀的速度进行挤出，在进入到粉碎机前，必须将挤出的物料冷却和破碎成粒状，zui后的生产步骤包括粒子分级，并把超大的颗粒返回到粉碎机中循环使用。生产粉末的设备布置可以因生产线的产能和产品的类型不同而不同。
　　
　　1.1预混合
　　
　　在热熔混合前、将粉末涂料的各种组分进行预混合是决不可忽视的重要过程，这个步骤对粉末涂料的性能起着决定性的作用。特别是那些用量很少的助剂和着色颜料，如果预混和不充分，是不能够在第二阶段的热熔挤出过程中得到补偿的。热熔挤出是一个连续的过程，在整个挤出过程中保证均一的喂料速度是保证产品质量的先决条件。如果*步骤中的预混和不充分将导致涂膜组成不均一，从而造成涂层表面的流平不好、机械性能差、涂层表面颜色不均一、光泽度低、表面有缺陷等。
　　
　　1.1粉末涂料连续生产装置
　　
　　一般来说粉末涂料的原料都是固体状的，只有当所需要混合的各种成分都具有同样的大小才能在预混合阶段获的效果，但这显然是不可能的，因为树脂和颜料两者的粒度差了几个数量级，少量的助剂，如流平剂或催化剂的加入，我们可以通过使用制作母料技术加以克服。
　　
　　为了防止基料被过分粉碎，采取适当的混合时间是非常重要的。预混合后基料的理想粒度应该在2-4毫米，如果颗粒太小，在挤出工序的喂料期间将倾向于流化，如果颗粒太大则需要增加功率才能使预混合料在混合机中流动。
　　
　　混合机的选择依据是混合强度、换色频率、以及操作工艺是连续生产还是间歇生产，因为更换品种的清洁时间对整个生产操作至关重要，因此粉末涂料工厂生产的配方的品种也会影响混合机的选择。对于要经常换色的生产线，应*高速预混合机或容器预混合机，因为他们很容易清洗且混和时间较短，只需2～3分钟，对于不经常换色的生产线，螺条混合机是很有优势的，它只要很低的投资，且每批产量大。
　　
　　除操作工艺以外，为了制造*性能的涂膜或对混合设备本身的损耗考虑，我们必然特别关注混合机的结构，混合机需要适当的构造设计。特别重要的提出是，在混合机工作期间，它可能会被突然的原因停止或者有意地停下来，检查运转过程。对于这种情况下驱动装置必须能承受满负荷反复起动这个zui基本的要求。比较好的装配是直流电动机，它能比一般的正常起动提供2-3倍的附加扭矩。当这种驱动装置还不能满足要求时，可以使用带有不同直流驱动装置（如滑动环、液力联轴器和离心式离合器或者使用V形带传送的间接装置）。
　　
　　目前常用的粉末涂料高速混合机是干法制粉工艺非常有效的混合设备，这个类型的典型款式是广泛使用的“Mixaco”容器混合机。这种类型的混合机用于快速混合，即粉末、球状颗粒、和含有填料的黏性液体、颜料或其他助剂，可在10秒到几分钟内完成混合。它的设计允许混合机头部容易为多个容器同时使用，每次一个。当需要频繁换色时，混合设备头部很容易且快速地被清理干净。混合转子以5m/s的圆周速度运转，也可生产双速型的混合机，转子的圆周速度分别为以5m/s和10m/s。
　　
　　预混合步骤的操作顺序是将一批物料加到容器中后，将容器推到混合头的下面，然后容器在气动作用下升高，并且根据容器型号由手动或气动作用促进夹具自动锁紧混合头。经由一个齿轮传动装置将头部反向装进容器中的混合位置，在这个位置中，头部视为混合室。混合转子设计在反向的操作位置，靠离心作用将材料抛到混合室中和容器壁上。当物料上升并接触到容器的倒转锥形区域时，会退到混合回转轴上。这个流动模式在几秒钟之内发生并且在混合周期内连续运转，因此能使物料混合均匀。计时混合周期完成之后，将混合机倾斜，卸下容器。混合机便可为另外的一个容器使用。
　　
　　与缓慢运动的搅拌机相比，高速混合机有几个优点，使他们成为粉末涂料制造中非常诱人的混合设备。这种机器的一个显著特征是用非常短的混合时间便可达到*的混合效果，甚至是少量的着色颜料亦可很容易地被预混合，并能被均匀地分散。因为快速混合作用有利于充分展色，为获得淡雅优美的色彩，可以降低所使用的颜料用量，从而能达到节约的目的。少量的液体也能被均匀分散，对于液体助剂来说就不需要再花昂贵的经费去制作母料。总之，可快速清洗、加上几个混合容器可公用一个混合头的优点，以及短的混合时间至少在预混和阶段消除了频繁换色所产生的问题。
　　
　　1.2熔融挤出
　　
　　粉末涂料的混合包括几个步骤，而这些步骤都分别在独立的设备中完成。在这个步骤生产中，基料和固化剂（不一定有）被熔融并进行分子级的混合，颜料团被破碎成原始粒子并和添加剂一起被均匀地分散在熔融的基料/固化剂混合物中，同时颜料粒子的表面被熔融的基料所润湿。
　　
　　原则上有三种机器可用于热熔挤出。尽管也能使用象Z型叶片捏合机和能加热的双辊研磨机这样的简单机器，但zui主要的设备还是挤出机。
　　
　　熔融基料所需要的能量，一部分来自于挤出机内壁和要挤出的物料之间的热传递，另一部分热量是由于机械的高剪切梯度所产生的。
　　
　　将颜料团破碎分散混合是一个需要很高能量的过程，而将颜料的原始粒子均匀地分散到全部熔融的基料中进行混合所需的能量相对较少。
　　
　　有人曾经研究过挤出过程中颜料团的解聚集机理，指出分散过程的效果取决于分散过程的所谓的有效挤出体积的能量密度。对于一个体积流量的挤出机，所消耗的全部能量与剪切速率和停留时间成正比[9]。
　　
　　常用于生产制作粉末涂料的机械设备：单螺杆挤出机，双螺杆挤出机,行星螺杆挤出机。三种挤出机都可以在无压力情况下进行操作，在其螺筒的壁上有一些可供加料的开口。可通过螺杆设计的变化表征体系的特性，在双螺杆挤出机中应用传输、空挡、和反向传输的捏合块，在共捏合机中采用了传送、半传送或者多种捏合结构（改变捏合块的数量、捏合块之间的间隙和壁上的销钉）,或者在行星式螺杆挤出机中采用连续旋转过程来影响混合和捏合操作。
　　
　　可以简单的描述了挤出机生产粉末涂料的过程。预混合容器被放置在计量台上，作为计量单元的一个喂料装置。计量单元可以保证用容积式流量表计量的预混合物均匀地，连续地通过螺旋加料器口传送到挤出机中。为了要保护下游的设备元件，预混物料在计量之后先经过一个金属探测器。对于所有型号的挤出机，套筒区域和螺杆都是由水控制温度的。因此，可以先将挤出机的温度预热到被加工树脂熔点以上10到20℃来加速设备的启动。一旦熔融的材料从螺筒中流出，将热控制器切换到冷却模式以带走多余的热量。结果，物料在分散混炼时产生的机械热量就被移走了。这反过来又会加速分散混炼过程，并保证累积热适度，这是该类型机器的典型特征。通常不希望出现影响产品质量的放热峰，尤其是在处理快速固化粉末涂料时，依靠这种操作原理可以排除放热峰。电子控制的加热/冷却单元可以将温度精确地控制在预设的温度内
　　
　　根据被挤出产品的类型，可以使用两种方法来加热螺杆和螺筒。一个系统由水组成的，水在螺杆的内侧循环，其温度由独立的仪器控制。另一个是由电加热和冷却水组成的联合系统，可直接控制套筒内的温度。在zui近生产的挤出机内，用外形与捏合销钉相同的热电偶替换一个或多个捏合销钉，可以更精确地控制内部加工温度。
　　
　　在挤出的时候，需要能量用于打碎细级分颜料和填料所形成的聚集团。然而靠高的冲击压力形成的能量可能导致局部过热，和使粉末涂料固化形成凝胶粒子。为了要避免这些影响，用“弱化”力取代高冲击能，提供适度的能量，即使是快速挤出或者低温固化粉末涂料都能够安全处理。这种所谓的“微混合”功效能提供某些分子级的均匀性，这对粉末涂料均匀固化和薄涂层的应用是非常重要的。
　　
　　人们比较关注在挤出机套筒里面的传热效率，在筒壁形成的绝热层会大大降低传热效率，但是新一代的挤出机的自擦净和精确控制间隙公差，可以有效地减少绝热层的形成。另外，机筒内套和螺杆冷却中心的厚度保持zui小化，可以减少对传热的阻力。
　　
　　在挤出期间控制热固性粉末涂料的反应性是非常重要的，因此、保证停留时间短，停留时间分配窄和自清洁效率高是很必要的。
　　
　　双螺杆挤出机的制造商们为适应现代热固性粉末涂料的要求已经为改进这种机器的混炼效果对设计进行了许多修改。
　　
　　一般挤出机生产商给出以下对比来表明他们的挤出机在经济和技术上的优势：
　　
　　对于单螺杆挤出机：好的温度控制和高的速度；
　　
　　对于双螺杆挤出机：好的分散效果和高的速度；
　　
　　对于行星螺杆挤出机：用于金属粉末和回收精细粉。
　　
　　1.3细粉碎
　　
　　在热熔挤出之后进行细粉碎。原料离开挤出机头之后，通过冷的滚筒挤压，并在传输冷却带上进一步冷却使之变成脆容易破碎的连续薄片，并使用破碎机破碎。原料通常被收集在可移动的容器中，被传送到研磨机中。一般为保证涂料的储存稳定性，用于配制粉末涂料的树脂的玻璃化温度至少在40度以上。如果在室温下对材料进行粉碎，应采用适当的方法将粉碎过程中产生的热量及时地带走，使材料在玻璃化转变温度之下由机械力的作用粉碎。用于制造热固性粉末涂料的聚酯、环氧或者丙烯酸的分子量一般在3000到6000之间，在这样的分子量下，在低于玻璃化温度时，这些基料是具有低模量的脆性树脂，可以毫无问题地进行粉碎。然而高分子量的热塑性基料一般更坚韧并富有弹性。低温研磨是降低这种热塑性粉末涂料粒径的*办法。
　　
　　粉末涂料生产商会使用不同类型的粉碎机，以使涂料的粒度符合所期望的范围。所有这些设备都是利用磨碎原理来制造的，在这种情况下，粒子粒径的下降是由固体颗粒或片材与研磨机表面进行碰撞或者相互碰撞而造成的。当代的粉碎体系是成套供给的，它包括粒度分级器和除尘器，
　　
　　从20世纪60年代开始，研磨机的制造商们就集中精力开发能将粉碎和分级放在一起的成套设备以简化工厂的设计。
　　
　　在1962“MikroACM”作为*个空气分级磨出现在市场上，其后得到了不断地发展，以进一步适应市场的需求。它适用于所有工业不同产品降低粒径的要求，当然也包括粉末涂料。zui吸引人们注意力的是ACM的简洁和清晰的元件排列，撞击破碎和完整的动力学分级相结合为细碾磨和超细碾磨标准和中等标准的产品提供了*的解决方案。
　　
　　ACM其操作原理如下所述：由气动作用将产品加入磨内，依靠物质颗粒与旋转磨的表面或固定的衬套之间的碰撞可使颗粒粒径减小。当分级轮的撞击速度达到140m/s时，粒径可达到d97=10μm。
　　
　　2：ACM空气分级单元
　　
　　传输和分级用的空气通过下游的鼓风机进入磨粉机，然后经过护环的叶片将计量加入的材料带走。“MikroACM”的典型特征是它完整的动力学分级。
　　
　　1：带有销或者其他研磨5：研磨区表面的研磨马达6：分离区
　　
　　2：衬垫7：研磨马达驱动
　　
　　3：有罩轮8：分级马达
　　
　　4：分级轮9：出料喷嘴
　　
　　空气/产品混合物被叶片均匀地分散到旋转分级器中。归因于二个相反的作用和材料颗粒的不同质量，在分级器中被分为粗颗粒和细颗粒。质量高的颗粒由离心作用力抛出，不合格的粒子又重新返回到碾磨区。而细粉则被空气带走，经过分级器到达出口。图2给出了“MikroACM”磨的示意图。切分点可以通过调整分级器的速度来改变，甚至在粉碎操作期间都可以无级调整。
　　
　　“MikroACM”可以有不同的设计。在几十年期间的发展和改进中，许多重要的特征都得到了优化。
　　
　　ACM分级器的一个特殊的特征是分级器和研磨盘的驱动轴是同轴的。紧凑的转子包括以下几个部分：分级器、粉碎盘、轴承和V型带滑轮。传动轴承具有可靠的密封系统，可以避免产品渗入同时也能避免润滑剂外漏。这即是长时间的操作也能避免产品污染。
　　
　　国内生产设备企业在制粉设备国产化方面做了大量的工作，为粉末生产提供了保证。经过多年的发展制粉设备企业已经逐步走向成熟，并在产品研发方面投入资金，邦定混料设备、立体薄涂生产线、采用了PSR11防爆技术的磨粉机组已经投放市场，与此同时国产制粉设备还远销海外。但是制粉设备行业存在以下几个方面的问题：（1）设备品种单一，许多品种都是仿造派生的，自主研发的设备产品太少，绝大多数厂家均是从混合、挤出到粉碎、筛分所有设备均生产。德国是制粉设备的主要生产国，这些企业仅专做一种设备，没有一家公司能够提供整条生产线，因此德国的设备专业化、精细化程度非常高；（2）设计投入人员少，研发不够；（3）科研单位与高等院校技术投入太少，研究力量没有放在这方面：（4）企业发展艰难，管理不健全，尤其是资金投入、技术与市场开拓方面更显不足。（5）价格竞争越演越烈，不仅使粉末涂料行业门槛降低，也使企业利润大大削弱，企业无力进行产品的技术革新和改造。我们应当充分认识这些问题。
　　
　　二、高剪切一体化涂料成套生产设备
　　
　　主要特点：该成套设备能独立完成分散、研磨、细化、冷却、过滤、真空自动吸料、半自动灌装等全过程、大大降低劳动强度，该成套设备是传统成套设备耗时的1／5，缩短了加工时间，并易清洗。采用该成套设备产品细度化传统设备进一步细化，分散效果进一步提高，可在真空状态下操作，无气泡生产，无粉尘飞扬，产品质量大幅度提高。
　　
　　工艺流程
　　
　　•制浆部份：
　　
　　将水通过液体计量器加入到液体原料加入槽，用真空吸入到乳化分散釜内，开动低速锚式搅拌，将粉料用真空吸入到乳化分散罐内连续搅拌10分钟左右，再开动两台立式高剪切乳化10分钟，zui后开动卧式乳化机连续循环30分钟后，浆料即制作完毕。
　　
　　•调漆部份：
　　
　　用真空将乳液、成膜助剂从液体吸入槽吸入到低速搅拌釜内，开真空将浆料通过袋式过滤器吸入到低速搅拌机将乳液、助剂、浆料搅拌均匀，然后加入助剂（增稠剂等）进行调漆。
　　
　　•过滤包装：
　　
　　调好漆后，真空消泡5分钟后，停止搅拌，通过袋式过滤涂料到半自动灌装机进行包装。
　　
　　工作过程概述
　　
　　在高速旋转的产生的离心力作用下，图中的物料从工作头的上下进料区同时从轴向吸入工作腔。
　　
　　强劲的离心力将物料从径向甩入转子之间狭窄精密的间隙中，同时受到离心挤压，撞击等作用力，使物料初步分散乳化。
　　
　　在高速旋转的转子外端产生至少15m/s以上的线速度作用下，形成强烈的液力剪切、液层磨擦、撕裂碰撞，使物料充分的分散、乳化、均质、破碎，同时通过定子糟射出。
　　
　　物料不断高速地从径向射击，在物料本身和容器的阻力下改变流向，与此同时在转子区产生的上、下轴向抽吸力的作用下，又形成上、下两股强烈的翻动紊流。物料经过数次循环，啊终完成分散、乳化过程。