数学方法分析涂料生产黏度不稳定因素1修补机

数学方法分析涂料生产黏度不稳定因素

0 引言

众所周知，黏度是涂料涂敷施工的重要性能，对其实施有效控制是所有涂料生产厂倍加关注的，但事实情况是涂料生产的工程技术人员很难控制生产出的涂料黏度在不同批次间保持一致，本研究根据长时间跟踪一条涂料生产线的测试数据，初步得出了些有用的结论。

1 黏度分析

针对涂料生产线2012年TC液体涂料25℃×6 r/min黏度检测原始记录数据进行分析。

1.1 TC2000 底漆

根据原始检测记录数据的统计，全年80 个批次TC2000 底漆的25℃ × 6 r/min 黏度平均值为50.5Pa·s，其中最大值是66.9 Pa·s，最小值是25.5 Pa·s，最大相对偏差49.6%，其中生产批次为T1209061-2 和T1207043-2 两个抽样样品的黏度值过于偏小，分别为25.5 Pa·s 和32.2 Pa·s，明显偏离绝大多数的均值，所有批次的黏度检测原始记录数据值的散点图如图1所示中国机械网okmao.com。

TC2000 底漆涂料各批次黏度检测值散点图

1.2 TC3000F 底漆

根据原始检测记录数据的统计，全年69 个批次TC3000F 底漆的25℃×6 r/min 黏度平均值为48.4Pa·s，其中最大值是65.8 Pa·s，最小值是34.7 Pa·s，最大相对偏差36%，所有批次的检测原始记录数据值的散点图如图2 所示。

TC3000F 底漆涂料各批次黏度检测值散点图

1.3 TC2000 面漆

根据原始检测记录数据的统计，全年59 个批次TC2000 面漆的25℃ × 6 r/min 黏度平均值为28.6Pa·s，其中最大值是51.7 Pa·s，最小值是19.8 Pa·s，最大相对偏差80.7%，其中生产批次为T1209060-2 抽样样品的黏度值为最大，且明显偏离绝大多数的均值，所有批次的检测原始记录数据值的散点图如图3 所示。

TC2000 面漆涂料各批次黏度检测值散点图

1.4 TC3000F 面漆

根据原始检测记录数据的统计，全年73 个批次TC3000F 面漆的25℃ × 6r/min 黏度平均值为13.0Pa·s，其中最大值是31.3 Pa·s，最小值是6.0 Pa·s，最大相对偏差140%，其中生产批次为T1209035-1 抽样样品的25℃×6 r/min 黏度值为最大，所有批次的检测原始记录数据值的散点图如图4 所示。

TC3000F 面漆涂料各批次黏度检测值散点图

2 分析2.1 半成品数据分析

以TC3000F 面漆为例，一个生产投料单元是3T，其中树脂要占2.116T，其固含量标准定为46±1%，则生产过程中的两个生产批次间的纯环氧树脂可以相差42.32kg，除了会影响涂料质量的稳定性以外，从成本上来考虑也不合适，所以半成品树脂的固含量波动范围指标定得宽了。

根据该生产线的TC 液体涂料生产车间的投料管理制度，可以排除因投料量误差过大而导致的所生产的TC 涂料黏度出现统计学上疑似异常值的因素。

2.2 涂料黏度值分析

相比而言，TC 液体涂料面漆的黏度波动幅度大于底漆，仍然说明涂料中树脂含量的多少与黏度关系密切，而且低剪切速率下的黏度变化幅度大于高剪切速率下的，这一点又从另一方面说明触变剂是影响所生产的涂料产生黏度波动的主要因素，因为在高剪切速率下涂料受到剪切力作用[1]，触变剂所产生的牵拉高分子链段的氢键等遭到破坏，此时表现出的黏度值基本反映的是除触变剂之外的物料间的相互作用力，而在低剪切速率下剪切力不足以破坏触变剂所产生的牵拉高分子链段的氢键等，表现出的黏度值反映的是包括触变剂甚至是绝大部分由触变剂所产生的分子间力的作用。

另外，有文献[3]报道称有的多组分高聚物相互混合后的黏度会随着组分相互间的比例变化出现极大值或极小值，所以联想到TC 液体涂料的配方中可能使用了多种树脂，故有可能由于多种树脂相互间的配比恰好处在了黏度的极大或极小值附近，使得多种树脂间的配比在实际生产时发生微小的偏差便明显表现出黏度有较大的波动。针对TC 液体涂料的25℃×6 r/min 黏度的全年检测记录，运用数理统计方法画出的箱线图（图中黏度单位为：Pa·s）如图5 所示。

TC 涂料2012 年生产的各批次黏度检测值箱形图

图5 中疑似异常值的生产批号如表1 所示。

2012 年生产的TC 涂料25℃×6 r/min 黏度异常值的生产批号对照及所占比例

从异常值出现的数量上看，TC 液体涂料现有的生产工艺的稳定性还是可以接受的。再加上通过现场跟班观察认为，出现疑似异常值很可能是由于投料操作工和技术质量部的监督人员受到意外偶然因素的干扰造成疏漏而导致，或者是原材料前后来料的某些性能存在差异所致，再者就是不可控的环境温度和相对湿度变化影响所致。

2.3 涂料密度与黏度相关性分析

统计分析数据显示生产的涂料密度异常值与黏度异常值间并无相关性，鉴于涂料生产车间确实是对每种涂料使用相同设备、投料方式及研磨转速和时间，可以推断影响涂料黏度的主要因素是各种原材料的化学性能以及粉料颗粒表面活性官能团的活性和数量。具有黏度异常值的涂料的密度值见表2。

黏度异常值涂料的密度、黏度、批号对照表

从表2 可以看到，TC2000D 的3 个批次产品虽然表现出密度渐高黏度渐低的“规律”，但T12303014-1 的密度为1.402，与T1207043-2 的密度1.413 相差很小，但黏度却出现了较大幅度的变化，完全不成比例；TC3000FD 的3 个批次产品的密度和黏度关系却出现了与之相反的“规律”，因此，不能得出密度和黏度之间统一的规律性结论。

3 生产工艺建议

鉴于以上分析和现场生产投料的跟班观察对以后的生产工艺管理建议如下：

（1）加强TC 液体涂料生产的投料计量管理，建议修改树脂（含溶剂）的固含量控制指标，如取±0.01%；建议标定TC2000 面漆、TC3000F 底漆和TC3000F 面漆的分散釜的计量称。

（2）设法增加触变剂的来料验收检测项目，避免因不同批次及不同包装间的性能差异而导致所生产的涂料黏度波动。比如固定取某一种树脂200.00g，加入触变剂的来料抽样1.00g，使用固定形状和大小的容器，在相同转速、相同环境温度湿度下使用同一分散搅拌机分散相同时间后测定其25℃×6 r/min 黏度和25℃×60 r/min 黏度，如果来料的上述两项黏度值与上次来料不一致可与供应商协调解决。

（3）控制粉剂原材料吸油量值指标，相邻批次间相差0.1%。

（4）增加润湿分散剂的来料验收检测项目，如黏度测试固定取某一种树脂200.00g，加入润湿分散剂的来料抽样1.00g，使用固定形状和大小的容器，在相同转速、相同环境温度湿度下使用同一分散搅拌机研磨分散相同时间，再加入某种指定的性能稳定的粉剂填料100.00g，在相同转速、相同环境温度湿度下使用同一分散搅拌机分散相同时间之后测定其25℃×6 r/min 黏度和25℃×60 r/min 黏度，如果与上次来料不一致可与供应商协调解决。

（5）改善黏稠液体物料的提取方式，避免长时间加热，防止因物料不耐存贮而发生性能变化。可采取一次加热就将其分装成多份，分次使用避免黏稠物料多次反复加热计量取料。

（6）尽可能避免在高温、高湿度环境下取料。

4 结语

两年来，TC2000D、TC3000FD、TC2000M 和TC3000FM 的实际生产状况证明上述建议十分有效，如从2013 年1 月1 日至2014 年6 月30 日期间，分别生产了85、66、62 和74 个批次，黏度的波动范围已经分别控制在40～60 Pa·s、40～60 Pa·s、20～40 Pa·s 和5～20Pa·s 之内，保证了产品质量的稳定性，充分满足了客户要求。

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