正交试验法在发泡、喷涂工艺控制中的应用

郑健斌+朱波

摘 要：通过采用正交试验方法在喷涂及发泡工艺中的应用实例，优选了最佳工艺参数条件数据，从而提供参考依据。

关键词：正交试验；化工工艺；工艺参数；发泡工艺

中图分类号：TQ639.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.150

在电冰箱和空调器生产过程中，涉及多种化工工艺。为了提高产品质量和开发新产品，经常通过试验来优化生产工艺。如何设计试验，做到既能减少试验次数，缩短试验时间和降低盲目性，又能得到好的试验结果，是一个值得研究的课题。正交试验法是研究和处理多因素试验的一种科学方法，它在实际经验和理论认识的基础上，利用排列整齐并规格化的正交表安排试验，包括2方面的内容，即如何设计试验、如何分析实验结果。正交表具有“均衡分散”的特点，可做到均衡抽样，能通过少数的试验次数找到最优或较优的生产条件。这方法可以大量应用于实际工作，大大地提高工作效率，我们利用正交试验法设计安排喷涂发泡工艺试验，优化工艺参数，解决了许多工艺难题，起到了事半功倍的效果。

1 优化低CFC发泡工艺参数

为了保护环境，我们生产的小冰箱采用低CFC发泡工艺（后因出口需要，已改用141b发泡工艺）。由于组合料中减少了75%的F11，增加了1倍用水量，物料黏度增大，导致与异氰酸酯在混合头处混合困难，生成的泡沫与基材的黏结强度变差，泡沫易与基材脱离（离泡），影响了冰箱外观质量。为了消除这些缺陷，我们利用正交法优选最佳发泡工艺条件，使冰箱箱体的轻度离泡率降至0.5%以下，泡沫导热系数稳定在20 mW/（m·K）左右，尺寸变化率小于0.8%，满足出口冰箱质量要求（本试验成果获国家优秀QC成果奖）。从试验結果可知，该组合料的最佳发泡参数为模温50 ℃、料温23 ℃、灌注压力为18 MPa、黑料与白料的质量比例（mI/mp）为1.48，其中模温对离泡率影响最大，必须严加控制。

2 优化电镀锌和冷轧板混线处理工艺

为了提高空调室外机和窗机外壳的耐蚀性，我们采用电镀锌钢板喷粉工艺，但同线生产的小冰箱采用冷轧板喷粉。由于2种钢板表面的状态不同，对涂装前处理工艺的要求有较大的差异。电镀锌板不能用强碱清洗，磷化槽液中铁离子浓度较低，如果工艺控制不当，会出现脱脂不净和磷化上膜不完全的情况，影响涂层的附着力。为了解决电镀锌板和冷轧板混线涂装的问题，我们采用正交表L9（34）安排试验，优选最佳的脱脂和磷化参数。选出的最佳脱脂参数组合为：碱度12点、温度为60 ℃、时间为2.5 min，其中，脱脂时间是关键因素，可通过严格控制输送链速度来保证。选出最佳的磷化参数为游离酸FA0.5点、总酸TA18点、促进剂AC2.0点、温度50 ℃，其中，影响最大的是总酸度。试验安排及试验数据统计分析如表1和表2所示。我们将试验选出的脱脂、磷化最佳参数应用于电冰箱和空调器混线涂装生产。电镀锌钢板与冷轧板脱脂和磷化效果良好，工件表面无离水挂珠，磷化上膜均匀连续，耐蚀性达到标准要求，喷粉涂层附着力优良。

3 交互影响

用热镀锌板生产窗式空调器外壳，因锌层较厚，百叶窗的边角耐蚀性较好。但普通热镀锌钝化板不磷化直接喷粉，涂层有锌花和隐约可见的条纹，外观不理想。用经过光整处理的热镀锌板磷化喷粉，涂层附着力较差。其主要原因是热镀锌板在加工过程中加入了0.15%～0.20%的铝，磷化过程溶出的铝离子在槽液中积累而使磷化液中毒，导致光整热镀锌板磷化不上膜，喷粉后涂层附着力下降。磷化液中Cl-对磷化膜质量和涂层附着力也有影响。为了了解杂质离子的影响，我们确定了磷化喷粉参数，分别进行了Al3+和Cl-的单因素试验，考察了30～210 ppm Al3+和50～500ppm Cl-对磷化膜质量和涂层附着力的影响。

试验结果表明，Al3+>90 ppm时，磷化膜开始变粗；Al3+>180 ppm时磷化上膜不全；Al3+浓度达210 ppm时磷化不上膜。