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塗料實驗室的整體設計

發布日期:2019-08-14

       在産品質量意識不斷提高的今天,檢測實驗室作為産品質量檢測系統和新産品研發的核心技術機構,為制造企業提供了一個必備的測試平台。檢測實驗室不僅決定企業的産品是否能走進市場,還對産品能否滿足客戶或者相關标準要求以及持續保持産品在市場的競争力有着不可估量的作用。

        塗料作為一種防腐蝕保護的高分子材料,廣泛應用于建築、船舶、汽車、裝備制造等各個領域材料,然而我國每年因腐蝕仍然造成了損失巨大,這除了與人們對腐蝕的嚴重性與危害性缺乏足夠的認識外,還與塗料的生産、使用過程和新産品的研發有關。因此,加強加快塗料檢測實驗室建設,為塗料生産和使用企業提供研發和測試平台,提高相應産品的性能及使用壽命,對減少腐蝕造成的國民經濟損失,促進資源節約有着十分突出的意義。

       目前,在歐美等發達國家,實驗室建設設計已經逐漸成為一種日益成熟的綜合技術。在我國實驗室建設設計尚屬新興産業,由于缺乏專業化、針對性的設計建設指導,導緻部分實驗室設計不科學,甚至建好的實驗室因存在安全隐患,以緻反複改造等造成不必要的資源浪費。實驗室設計及建設的重點是滿足檢測産品和檢測項目的需要,同時要考慮實驗室服務的性質和未來發展,并為員工提供良好的認知和實踐場所。

       塗料檢測實驗室的建設是一個複雜的系統工程,加上塗料産品的特殊性和應用的多樣性,注定塗料實驗室建設的複雜性。理想的塗料實驗室是一個設施齊全、功能完備、智能化程度較高、有高度的安全保護措施,能滿足絕大數試驗的科研場所 。


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1.0 實驗室設計理念和原則

      實驗室的一切建設規劃都與其使用定位密不可分,而實驗室建設的成敗好壞都源于設計理念的執行。現代實驗室設計應本着以人為本、安全實用、專業發展的理念,并按照一體化設計、突出整體、兼顧特殊和相關方先行參與設計的原則來進行。

       1)人性化:實驗室是為檢測人員提供工作的地方,合理的布局、充足的操作空間,舒适的環境是實現人性化的最基本要求。

       2)安全性:目前,仍然有很多塗料生産企業在生産溶劑型塗料,由于溶劑多為易燃易爆産品,化學試劑都具有一定的毒性,有的毒性還相當大,在設計中防火防爆,保護人身健康等實驗室安全設計就顯得格外重要。因此在做設計的時候,首先要考慮的就是安全因素,必須保證人員的疏散、撤離、逃生順暢無阻。安全通道,消防設計應由專業公司完成。

       3)專業性:實驗室是完成特定試驗的地方,設計中就一定要結合各種具體試驗項目進行專業設計,才能使實驗室的整體功能最大化,布局合理化。

       4)預見性:現代實驗室處于不斷發展之中,檢測的項目也随着技術的進步不斷拓展,設計人員必須對未來發展留出足夠的發展空間,這也是設計中應有的考慮之一。

       5)實用性:合理地利用實驗室空間,配備合适的試驗設施,控制建設的規模與預算。

       6)一體化設計,突出整體,兼顧特殊的原則:實驗室的建設重在設計,一體化設計,突出整體,兼顧特殊。應做到意識超前,功能實用,以滿足當前和今後相當長一段時間的工作為目标,具有一定的可擴展性,特别是在水、電、通風等的負荷方面應有超前的考慮。

塗料檢測實驗室在設計上首先要考慮其通用性,然後才是特殊要求。實驗室使用者在提出設計要求時,應避免各自為政,應在實驗室整體設計思路的指導下做細微的調整,以避免實驗室内部調整時無所适從的局面。

       7)相關方先行參與設計的原則:實驗室設計不同于普通建築物的設計、在實驗室設計中需要建築設計單位、規劃裝修設計單位和使用單位同時參與,這樣才能更高效地達到預期目的。傳統實驗室建築設計是按國家現有建築标準,多以外型和結構為主,而非以實驗室功能為主,存在建築設計與功能設計脫節等不足。要避免以往先建樓再設計的老路,就需要相關方先行參與設計,實驗室使用者最了解試驗要求,先拿出最根本的功能要求,裝修設計師和建築設計師才能從更專業的角度對建築物進行設計,隻有把三者特長融合在一起才能做出一個令人滿意的工程,實現實驗室使用者的初衷。對建設項目進行預先流程設計,能确保工程的各個階段按目标完成,有利于項目的順利實施。


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2.0  實驗室功能單位劃分與總體布局

       塗料産品檢測按照檢測項目大體可以分為以下六類。

       A. 塗料的液态性能測試:如顔色、透明度、固體含量、密度、黏度、細度、遮蓋力、塗布率、貯存性、适用期、閃點、樹脂定性、微量水分含量、pH值等。

       B. 塗層的制備及施工性能測試:包括用各種塗布工具制備一定厚度的塗層,濕膜厚度測量、施工性、流平性、流挂性、幹燥時間等。

       C. 塗層常規性能檢測:包括機械性能如附着力、硬度、柔韌性、耐沖擊、耐磨性、杯突、拉伸性能、抗壓、打磨性等;物理性能如外觀、顔色、光澤、鮮映性、霧影、塗層厚度等測試;耐化學品性如耐鹽水、耐酸、耐堿、耐化學品、耐污染、耐油等,耐水、耐沸水等。

       D. 塗層環境試驗:如耐人工加速老化(氙燈和熒光紫外)、耐鹽霧、耐濕熱、耐凍融、耐熱、耐溫變、防黴性等。

       E. 有毒有害物質和禁用物質檢測:如塗料中的甲醛、苯、甲苯、二甲苯、甲苯、二異酸酯、揮發性有機化合物(VOC)、重金屬和限制元素的檢測,有機錫等禁用化學品檢測。

       F. 專用塗料的特殊項目檢測:如防火塗料的防火性能、隔熱塗料的隔熱、甲闆漆的防滑性能,絕緣漆的電氣性能、陰極剝離等及其它特種塗料的氯離子透過性、防結露、導熱性、防污性等。


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       結合檢測的項目和試驗的操作流程,塗料檢測實驗室大體可以設置如下幾個功能單元:樣品室、噴塗制膜室、高溫烘幹室、塗料基礎實驗室、恒溫恒濕實驗室、人工加速老化室、鹽霧腐蝕實驗室、通用環境實驗室、理化分析室、天平室、高溫室、标液配制室、有機前處理室、無機前處理室、原材料檢測室、儀器分析室(包括氣相室、氣質室、液相與離子色譜室、原子光譜室、分子光譜室、物性分析室、電鏡室等)、以及輔助用的洗滌室、純水室、氣源室、試劑儲存室、辦公室、資料檔案室等。

       以上功能單元按實驗室控制可分為試驗區域(受控區域)和辦公區域(非受控區域),二者要适當隔離控制。實驗室布局不是單純的儀器擺放,實驗室布局應在主體建築确定後,綜合考慮實驗室的總體規劃、作業流程設計、專業劃分、功能分布以及配電、供水、供氣、通風淨化、安全、環境保護等基礎設施和基本條件,并達到相關法律法規和相關方的要求,如實驗室計量認證和認可的要求。此外,要注意區分水性塗料和溶劑型塗料,溶劑類塗料是危險化學品,易燃易爆,在進行相關試驗區設計時要特别注意。

       由以上功能單元劃分可以看出,塗料實驗室既有一般分析實驗室的特點,又有自己的特殊要求,如專用噴塗室、恒溫恒濕室等,塗料檢測實驗室布局如下圖所示:


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3.0 設計要求

3.1 環境設計要求

3.1.1 實驗室通風設計

        塗料在檢測過程中會使用和産生一些有毒的、可緻病的或毒性不明的化學氣體,必須及時排除,防止試室工作人員吸入。實驗室通風系統與普通空調系統的通風要求不同,通風系統除了要提供安全、舒适的工作環境,還要确保把有害氣體及時排除,減少試驗人員暴露在危險空氣下的可能,保護試驗人員的身體健康。常用的通風設備有:通風櫃、通風罩或局部通風裝置。通風系統通常可分為送新風系統、排風系統、補風回風系統、靜化系統等。通風系統設計還要根據建築功能、平面分布及使用要求,綜合技術、經濟、管理等因素,考慮工藝流程、使用情況及有害氣體性質等因素。實驗室通風要求新風全部來自室外,污染的氣體不能在室内循環,要 100% 排出。


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3.1.2 濕度和溫度控制

       實驗室内的氣溫、濕度和氣流速度等,對在實驗室工作的人員和儀器設備有影響,需要适當控制,尤其對于塗料檢測,幾乎所有的測試項目、包括塗層制備後的養護(狀态調節)對環境的溫度和相對濕度均有嚴格要求,實驗室環境的溫度和相對濕度對其中某些性能的測試結果影響非常大,如幹燥時間、密度、擺杆硬度等。GB/T 9278-2008(等同ISO 3270)《塗料試樣狀态調節和試驗的溫濕度》中明确規定塗料檢測的标準環境溫度為(23±2)℃,相對濕度為(50±5)%,所以塗料檢測室必須配備有能嚴格滿足要求的恒溫恒濕室并在整個測試過程中嚴格控制其溫濕度,另外紅外光譜室等精密分析儀器應根據需要對溫濕度進行控制。


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3.1.3 潔淨度

       采取必要的措施保持實驗室的清潔是非常重要的,室外大氣中的塵埃,借通風換氣過程會進入實驗室,實驗室含塵量過高,會影響檢測結果,在噴塗實驗室内,會直接影向漆膜質量。此外微粒對精密分析儀器的使用有很大的影響,影響設備的使用壽命,甚至可能構成障礙造成其他潛在危險。


3.2 基本設施設計要求

3.2.1 供電

       實驗室由于其工作的特殊性,必須保證電源的質量安全可靠性及連續性,配電功率要滿足當前需求,并有一定的富餘以滿足将來發展的要求。在電力配置時應該足量一次性配置到位,并注意用電的特殊要求,如三相電、低壓電等要有良好的接地。一般用電和試驗用電必須分開,對一些精密、貴重儀器設備,要求提供穩壓、恒流、穩頻、抗幹擾的電源,必要時須建立不中斷供電系統,還要配備專用電源等。

3.2.2 供水與排水

       實驗室的用水可以分為一般試驗用水、專用試驗用水、噴淋用水、消防用水等,除了必要的自來水,還要建立滿足分析需要的試驗用純水系統,以滿足精密儀器分析使用要求,在實驗室布局設計中必須充分考慮實驗室的使用功能來配套相應的供水系統。實驗室的給排水系統屬于建築基建部分,并且消防設施需法定驗收,更改困難,因此在設計中必須提前考慮試單元的用水要求,預先設置。如儀器室的用水、前處理室的洗眼器、噴淋用水等應預先設置。同時由于實驗室使用各種化學試劑,産生的廢水性質不一樣,應分别處理,現代化的實驗室應建設配套的污水處理站,必須使實驗室的有害廢水得到淨化處理後才能排入下水管道。


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3.2.3 供氣

       現代儀器分析中會使用到各種壓縮氣體,如色譜質譜用到的壓縮空氣、氮氣、氫氣、氦氣、ICP-OES 用到的氩氣等,結合實驗室用氣量的大小來選擇使用壓縮氣體鋼瓶和建設集中供氣站,鋼瓶應保持最少的數量,必須牢牢固定,或用金屬鍊栓牢,不能在靠近火源、直接日曬、高溫房間等溫度可能升高的地方使用。


3.3 人員防護系統單元設計要求

       現代檢測實驗室除了人性化使用設計外,更應注重人員防護,實驗室除要求檢測人員遵守良好的操作規範等主動防護措施外,在建設實驗室過程中還要設置被動防護措施,如緊急洗眼器、緊急噴淋裝置、緊急照明報警設施、消毒盥洗設施等,并且要置于最方便、最顯眼的位置,确保随時可以使用。


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3.4 其它注意事項

       A. 在進行相應性能實驗室設計時需根據各個試驗項目的特性,考慮實驗室裝修材料的防火、隔熱、防爆、防震等性能。如擺杆硬度測試時,必須考慮試驗台的防震性能

       B. 環境老化實驗室和鹽霧試驗室:因測試設備體積都比較大,門(或窗)的尺寸設計必須保證設備能正常出入。另外,鹽霧實驗室必須單獨設計為一間實驗室,并禁止擺放其它任何測試設備,以防鹽霧腐蝕。

       C. 塗料性能測試經常會使用純水,如果用量大,諸如環境老化設備,必須配備有滿足實驗室用水要求的純水制造系統。


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4.0  結語

       塗料産品由于其特殊性,檢測項目衆多,除了傳統的理化項目,還有很多專用的分析檢測儀器,并且有越來越多的現代化大型分析儀器應用到塗料檢測中,基本涵蓋了常見的化學分析領域,如色譜分析、光譜分析、電化學分析等。除此之外,還包括鹽霧試驗、高低溫試驗、人工氣候老化等各種環境模拟試驗,這就對實驗室提出了更多、更專業的要求,在建設時需要多方面考慮。實驗室的建設是一項複雜的系統工程,需要專業設計人員的相互配合,應盡量避免以往先蓋樓、後實驗室設計的錯誤理念,做到專業參與,設計在先,才能更好地突出實驗室的實用性。


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