■罗德宇，刘培义 ■.温州职业技术学院时尚设计系，浙江 温州 3505;.温州家具研发中心 浙江 温州 3505

涂装作业是木家具生产的重要环节，是决定产品质量和成本的重要因素。在众多的涂装作业方式中，喷涂作业由于其出众的涂装质量、高效的生产率和良好的适应性，仍是目前家具生产中最主要的涂装方式。

然而，相对辊涂、淋涂、浸涂以及手工涂装等其它涂装方式，喷涂作业最大的缺点在于对涂料的浪费和环境的污染。由于喷涂作业是通过将涂料雾化成漆雾后，再喷射到被涂饰物表面来形成漆膜的，这一过程会有部分漆雾反弹或飞散到空气中，造成涂料利用率下降;同时飞散的漆雾和溶剂会对环境造成不同程度的污染，导致作业环境和工厂周边环境的恶化。

家具涂装环节的有机物排放(漆雾飞散和溶剂挥发)会对环境造成污染，造成作业人员的伤害。美国加州政府于1996 年颁布了《大气净化法则》(National Emission Standards for Hazardous Air Pollutants，简称NESHAP)，其中特别针对家具涂装作业做了相应的规定，要求使用传递效率高(＞50%)的喷涂作业方式，提倡使用环保型涂料，以降低空气中有害污染物的含量［1］。我国也于2014 年4 月通过了新修订的《环境保护法》，并将于2015 年1 月1 日正式实施，新法律对环境污染的监测、信息公开和监管责任方面有明确的规定，加大对环境违法的惩处力度［2］。这对家具产业，特别在家具喷漆生产环节的环境控制及废弃物排放提出现更高的要求，按照新的环保要求选用传递效率较高的喷涂设备，并进行相应的喷涂环境改造是家具企业必须面临的问题。

事实上，不同的喷涂雾化方式，在涂料的雾化质量、传递效率、生产效率及对涂料和产品的适应性等方面各不相同，因而如何在保证涂装质量和产量的条件下，尽可能减少涂料浪费、控制涂装成本，这是家具喷涂系统设计的重要原则。

本人走访多家中小型家具生产企业了解到，很多企业对最新的喷涂技术了解不多，多数企业习惯采用传统的空气喷涂方式，一把喷枪从头做到尾，新喷枪喷面漆，用旧后雾化效果不理想时改喷底漆，很少考虑涂料的传递效率和环保方面的问题，因而有必要对喷涂作业的相关技术进行系统梳理和说明。

1 喷涂作业的雾化方式介绍

根据喷涂作业涂料的雾化方式，可分为空气喷涂、无气喷涂、混气喷涂及静电喷涂等几类典型作业方式，各种喷涂方式对涂料的雾化原理可理解为图1 所示，它们各有相应的特色。

图1 涂料的雾化方式原理图

1.1 空气喷涂技术

空气喷涂是利用压缩空气通过喷枪的空气喷嘴喷出时，使喷嘴前形成圆锥形的真空负压区，在气流的作用下将涂料抽吸出来并雾化，喷射到被涂物表面形成连续完整涂层的一种涂饰方法，所以又称气压喷涂［3］。空气喷涂是历史最悠久，是使用最广泛的作业方式，已发展多种不同技术特性的雾化方式。

(1)传统空气喷涂技术(conventional air spray):传统的空气喷涂供气压力通常为0.3～0.6Mpa，雾化压力为0.25Mpa，这种较高的雾化压力对涂料的雾化效果好，涂膜质量好，设备简单投资低，操作调节方便，对涂料及涂装对象的适应范围广。但较高的雾化压力会使雾化后的涂料流速很快，当涂料快速地喷射在工件表面时，就会产生一定的反弹形成过喷，降低了涂料的传递效率(通常只有20%～35%)，既造成涂料的浪费，又产生不必要的环境污染。

(2)HVLP 喷涂技术:20 世纪90 年代发明的大流量低压力喷涂技术(即High Volume Low Pressure)可通过降低喷枪的雾化压力来达到减少涂料的反弹及过喷的目标，改善了普通空气喷涂传递效率低的缺点。HVLP 喷枪雾化涂料的动力不是靠压缩空气的压力而是流量，进气压力只要0.2MPa，风帽处的雾化压力不到0.07Mpa，因而，作业时涂料的喷射速度大大降低，减少了漆雾的反弹和浪费，涂料的传递效率可达65%以上。但同时须增加空气流量来补偿压力损失达到雾化所需的能量，空气耗用量大，能耗增加;且由于HVLP 的雾化压力低，通常只适合低黏度的涂料(小于18’)，否则便无法将油漆完全雾化，且生产效率相对较低，从而限制了HVLP 的应用范围。

(3)LVMP 喷涂技术:结合传统喷枪及HVLP 的优缺点，美国DEVILBISS 公司于2000 年发明了中压低流量空气喷涂技术(即Low Volume Medium Pressure)，通过独特的空气帽及枪体结构设计，使得涂料的雾化效果优于HVLP，LVMP 喷枪的进气压力为0.25Mpa，风帽处的雾化压力约为0.12MPa，耗气量比传统空气喷枪还要少，且涂料雾化后的漆雾均匀稳定，速度更低，涂料的传递效率可高达72%。LVMP 喷枪在操作上与传统空气喷涂非常接近，而且对涂料黏度的适应性也很好。

1.2 高压无气喷涂技术

高压无气喷涂技术［4］(AL，Airless)是利用高压泵对涂料施加7.5～30Mpa(常用10～25Mpa)的高压，使其高速通过特制的橄榄形喷嘴喷出，这种高压的漆流冲出喷嘴进入大气时，立即剧裂膨胀并碎裂为极细的漆雾，同时涂料速度降到1.2/s 左右，通过压力差使涂料雾化成微细的粒子再喷射到制品表面，形成均匀的涂膜。高压无气喷涂由于压力大，因而特别适合黏度大或高固体份的涂料，且涂料流量大，生产效率高。由于喷涂时不含压缩空气，涂料漆雾反弹少，传递效率较传统空气喷涂要高，对环境污染小。但无气喷涂对涂料的雾化效果一般，出漆量只能通过喷嘴大小控制，不能随机调节，涂喷流量大，不适合涂装小面积工件或薄层涂膜。

1.3 混气喷涂技术

法国Kremlin 公司称混气喷涂(Airmix)，美国GRACO 公司称空气辅助高压无气喷涂(AA，Assistant Airless)，结构有所差异，但原理基本一致，是在空气喷涂与高压无气喷涂的基础上发展起来一种新的喷涂方式，其涂料供给系统与高压无气喷涂类似，但将涂的供给压降低到3～10MPa，通过高压无气方式完成涂料的初步雾化，然后再施加0.05～0.15MPa 的少量空气作用于雾化涂料出口两侧进行二次彻底雾化，此时的漆雾雾化效果好且非常柔和，油漆的过喷反弹很少，涂料的传递效率较空气喷涂及无气喷涂都有显著提高，最高可达81%。而且，风帽处的空气除改善雾化效果外，还能够调节喷漆束的形状以适应不同形状的零部件［5］。混气喷涂技术既有无气喷涂的高效率，又有空气喷涂较好的表面质量，还能提高涂料的传递效率，被越来越多地应用于家具、工程机械等各种涂装领域。

1.4 静电喷涂技术

静电喷涂的原理是利用电晕放电现象，将被涂饰的制品连接高压直流电极(60～100KV)正极，而将喷具接电极负极，这样在喷具与被涂饰的制品之间就产生高压静电场。涂料经喷具雾化喷出后，涂料微粒被赋上负电荷，在电力场的作用下，沿电力线方向快速飞向被涂饰物体表面，并被均匀地吸附。由于涂料是在电场内移动，与被涂饰表面之间存在引力，所以喷涂时涂料损失很少，传递效率显著提高，最高可达95%以上。

静电喷涂技术可与现有各类喷涂方式结合起来使用，理论上可提高30%左右的传递效率，是实现环保作业的有效手段。除此之外，静电喷涂还有其独特的雾化方式，常见的有旋杯和旋蝶两种机械静电喷具，即通过高速离心力将带电涂料甩出进行初步雾化，再通过静电斥力进行二次雾化，然后借助静电场力将雾化的涂料料子吸附到工件表面。

但由于受法拉弟笼效应的影响，涂料容易被吸引到被涂物的最外端，因而不适合带深腔或复杂形状的产品;静电喷涂对涂料及溶剂的电阻率有相应的要求，设备结构相对复杂，对系统安装、作业环境及施工技术要求严格，且设备投资大，主要适合大批量作业的自动吊装喷涂线。

2 参数比较与喷涂方式选用

上节介绍的几种喷涂雾化方式，在涂料的传递效率、能耗、生产效率及对涂料黏度的适应性方面存在差异，表1 是对各喷涂作业方式的简要比较说明。

表1 主要喷涂方式比较

在喷涂生产线设计或喷涂设备选用时，应根据企业的规模、产品特性、涂料类别及各喷涂工序的特点，在满足涂装质量和产量的前提下，尽可能选用高效、环保、方便的喷涂作业方式。主要原则可归纳如下:

(1)喷涂质量必须符合工序要求:涂料的黏性及喷涂作业时的雾化方式会直接影响涂料的雾化效率，这是影响涂装质量的主要因素，根据涂料的性能选择符合质量要求的喷涂方式是涂装设备选择的前提条件。

(2)喷涂效率要与工序耗漆量相适应:在整个涂装过程中，不同工序的耗漆量不同，对喷涂作业的效率要求也不同，应根据需要选用相应生产效率的喷涂方式和喷枪，以保证喷涂过程的产能平衡。

图3 喷涂方式的雾化效果及生产效率比较

图3 显示的是各喷涂方式的雾化效果和生产效率的关系图，可作为选用喷涂方式的依据之一。通常着色工序通常涂料黏度低、耗漆量较少、对喷涂质量要求最高，且涂装过程中还要求加入喷涂技术人员的经验判断来保证最终产品色泽的一致性，因而应优先选用空气喷涂方式;底漆通常填料成份多、黏度较高、喷漆量大，对涂料的雾化质量要求相对较低，因而可考虑选用混气喷涂或无气喷涂;面漆树脂成份多、黏度适中、喷漆量大且对涂装质量相求高，因而可选用混气喷涂或LVMP喷涂等。

(3)作业环境须达到相应的环保要求，尽可能选用传递效率高的喷涂方式:低传递效率的喷涂方式会直接影响涂料的利用率，使得VOC及废弃物排放超标，导致喷涂现场的环境污染和废弃物处理困难。因而，在人们对环保问题越来越重视的今天，选择传递效率更高的喷涂作业方式已成为一种必然选择。

(4)考虑到生产调节和换线的方便性:一般来说，空气喷涂作业方式调节更为灵活，而混气、无气和静电喷枪喷涂操作时的灵活性相对较差，因而，应根据各产品或工序的作业特点来选用合适的喷涂方式和相关设备。例如整装式家具由于形状较复杂，需要采取调节更为灵活的空气喷涂方式;而板件类产品(如木门、拆装式平面部件等)相对简单，可以考虑传递效率高、生产效率高的混气喷涂方式。

(5)综合考虑设备的投入成本和运行成本:不同喷涂系统的设备投入成本会存在较大的差异，通常空气喷涂投入较小，混气喷涂及无气喷涂次之，静电喷涂则投入最高。但不同作业方式的涂料利用情况不同，设备的维护成本及能源的耗用成本也有差异，因而，企业应根据生产规模等因素，比较不同喷涂方式的初次投入成本和长期运行成本，寻求较经济的喷涂作业方式。

当然，在实际喷涂生产线设计时，除选用喷涂雾化方式选择外，还应根据产品、产量、涂料、工艺特点等实际情况，确定喷涂生产线的自动化程度、涂料的供漆方式及具体喷枪的型号。

3 家具企业涂装设计应用举例

下面以一条中等规模的美式涂装流水线为例来简要说明喷涂方式选用的基本方法。美式家具涂装多采用整装结构地盘流水线，全过程采用人工喷涂的作业方式，其基本工艺流程为:拼色→整体着色→胶固底漆→仿古漆→头度底漆→干刷、造影→二度底漆→头度面漆→布印、马尾、喷点→二度面漆→修色→三度面漆→修补。在板件油漆封边或实色漆装过程中，还会用到封闭底漆等工序。

(1)封闭底漆一般填料较多，黏度大，多用于MDF 油漆封边，或实色涂装时的封闭打底工序，通常油漆耗用量大，需要重视涂料的利用率。油漆封边时被涂饰物一般面积小，要求操作时喷枪调节方便，此时应重点考虑选用LVMP 喷涂技术;相应，实色涂装被涂物面积较大，对效率要求更高，此时应优先考虑选用混气喷涂技术。

(2)拼色和着色工序一般涂料黏度低，用量少，但对涂装质量要求很高，且作业过程中要求发挥工人的技术水平，根据材质特点进行灵活调节，所以该工序一般选用雾化效果好、调节方便的空气喷涂作业方式:拼色时可选用HVLP 或LVMP，整体着色时可选用LVMP 或传统空气喷涂。

(3)胶固底漆、底漆和面漆通常黏度较低或适中，工序耗漆量多，要求喷涂均匀，此工序是实现环保涂装的重点，因而应优先采用混气喷涂和LVMP 等传递效率高的作业方式，有时为保证面漆质量，最后一道面漆也可采用传统的空气喷涂技术。

(4)仿古漆通常黏度很高，喷涂只为提高上漆效率，主要涂装作业是通过手工擦涂来完成的。间歇式作业时可完全手工作业，流水线作业时应采用无气喷涂。

(5)喷点作业通常耗漆量非常少，且对喷涂效果有特殊的要求，一般采用专用的喷点枪，属于低端空气喷枪。

(6)修色及补色是涂装作业的辅助工序，通常采用有色面漆和清面漆，黏度低、耗漆量少，要求喷枪雾化效果好且操控灵活，通常选用HVLP 喷枪。

需要说明的是，家具手工喷涂作业时一般很少考虑采用静电喷涂，但采用吊线喷涂脚柱或平面部件时，可考虑将胶固底漆、底漆及面漆等工序设置为静电涂装。

4 结论

随着现代喷涂技术的发展，各种喷涂设备的类别越来越丰富，制造精度越来越精良，给家具企业实施环保型的喷涂作业提供了便利。当然，同一项喷涂技术，不同设备制造商制作的设备或不同型号的产品，具体性能参数也会有所区别;即使相同的喷涂设备和系统，在不同企业使时的效果也会不同。因而，企业应从自身的实际出)发，在全面评估的基础上，选用适合自的的环保喷涂作业方式和相关设备，尽可能做到环保、高效、经济、方便。

［1］美国环保署，Wood furniture manufacturing operations NESHAP implementation document.

［2］中国质量新闻网，新环保法实施震慑家具企业环境污染，2014/05/18.

［3］张志刚，石炜.空气喷涂技术的革新及应用［J］.家具，2006/01.

［4］黄大江.无气喷涂技术及其应用［J］.涂装与电镀，2008/01.

［5］李晖，杜国柱.家具涂装之环保尖兵-介绍空气辅助式无气喷涂［J］.室内设计与装饰，2000/05.