汽車保險(xiǎn)杠水性漆涂裝過程控制及應(yīng)用

陳海華 閆振升

北京北汽模塑科技有限公司 北京市 102606

為保護(hù)人類生存環(huán)境，現(xiàn)今汽車涂裝發(fā)展趨勢是低公害、無公害化。水性漆的最大優(yōu)點(diǎn)是涂層質(zhì)量可以與傳統(tǒng)溶劑型漆相媲美，但VOC排放量卻小很多。基于以上優(yōu)勢，現(xiàn)如今國際上開始大力發(fā)展水性漆技術(shù)，且已廣泛應(yīng)用于車身噴涂。近些年，中國汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，眾多高端汽車廠家已經(jīng)實(shí)施水性漆的涂裝。作為汽車外飾件，尤其是保險(xiǎn)杠產(chǎn)業(yè)肯定要跟隨各大汽車廠商，實(shí)施水性漆的涂裝戰(zhàn)略，降低VOC排放，響應(yīng)國家藍(lán)天白云的號召。

1 水性漆的簡介

1.1 水性漆與溶劑型漆對比

在傳統(tǒng)的溶劑型涂料中不含有水性溶劑，其中主要由15%的固體與85%的揮發(fā)性有機(jī)物組成。在噴涂的過程中，溶劑型涂料VOC的排放量≥120g/m3，不僅會對人體造成傷害還會對周邊的環(huán)境造成極大的污染。相比之下，水性涂料則主要由10%的VOC、20%的固體以及70%的水性溶劑組成，其VOC排放量≤40g/m3。所以水性涂料是一種更環(huán)保、更符合國家綠水藍(lán)天號召的選擇，也是汽車噴涂行業(yè)以后發(fā)展的大勢所趨。

1.2 水性漆的優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1 水性漆的優(yōu)點(diǎn)

（1）水性漆主要以為水作為溶劑，節(jié)省了大量的資源，并且降低或消除了施工時(shí)火災(zāi)的危險(xiǎn)性；

（2）水性漆顯著降低了VOC的排放，減少了大氣污染，改善了作業(yè)環(huán)境；

（3）水性涂料對材質(zhì)表面的適應(yīng)性好，油漆圖層的附著力強(qiáng)，其在濕表面和潮濕環(huán)境中可以直接涂覆施工；

（4）由于相似相容，水性漆的噴涂工具可用水直接清洗進(jìn)而大大減少了清洗溶劑的消耗。

1.2.2 水性漆的缺點(diǎn)

（1）水的表面張力大，污物易使涂膜產(chǎn)生縮孔，因而水性漆對施工過程中基材表面清潔度要求較高；

（2）水性漆對抗強(qiáng)機(jī)械作用力的分散穩(wěn)定性差，要求輸送管道形狀良好，管壁無缺陷；

（3）水性漆對涂裝設(shè)備腐蝕性大，需采用防腐蝕襯里或不銹鋼材料，設(shè)備造價(jià)高；

（4）水性漆中水分含量較高，流平間、烘房需增加抽濕設(shè)備進(jìn)而增大了能耗；

（5）水性漆需要用塑料桶進(jìn)行運(yùn)輸，進(jìn)一步增加了成本。

1.3 水性漆的性能

（1）水性漆中顏料的分散性不佳；

（2）分散粒子的穩(wěn)定性較差；

（3）水性漆的表面張力較大；

（4）水性漆的蒸發(fā)值和熱容值較高，其性能受溫度與濕度影響較大；

（5）水性漆中含水量較高，其導(dǎo)電性好；

（6）水性漆的腐蝕性較強(qiáng)；

（7）水性漆具有很好的流變行為。

2 水性漆設(shè)備的選取

2.1 水性漆的調(diào)漆與供漆系統(tǒng)

2.1.1 油漆攪拌

在油漆進(jìn)行攪拌的過程中，如果攪拌速度過快，會導(dǎo)致其產(chǎn)生破乳現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致粘度急劇下降。反之，攪拌速度過慢，則會造成分散粒子的不均勻分布，從而影響涂裝效果。因此，對于水性漆的攪拌應(yīng)當(dāng)格外注意以下五點(diǎn)：

（1）攪拌溫度：23-25℃；

（2）攪拌器：使用攪拌杯，禁止使用葉輪（需根據(jù)油漆的剪切力選擇相應(yīng)攪拌杯），如圖1所示；

（3）攪拌速度：90-140 r/min；

（4）攪拌目標(biāo)：在攪拌時(shí)攪拌桶內(nèi)的涂料不能混有空氣；

（5）攪拌驅(qū)動：使用電機(jī)攪拌，且保持轉(zhuǎn)速恒定。

2.1.2 粘度測量

由于水性漆的流變行為，用傳統(tǒng)的流杯測量其粘度值不具有重現(xiàn)性。因此需要利用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測量出水性漆在高剪切速率及低剪切速率下的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并將其繪制成流變曲線才能給出水性漆完整的流變行為。目前常使用的轉(zhuǎn)子型號為MV-DIN和NV-DIN。由于水性漆的腐蝕性較大，調(diào)漆、供漆系統(tǒng)所用的調(diào)漆罐及管道以及前處理和噴涂室等容易受潮部位均需要采用不銹鋼或塑料材質(zhì)，以確保其穩(wěn)定的性能。

圖1 攪拌杯

2.1.3 輸漆管道

對于水性漆的輸氣系統(tǒng)需要做鈍化處理，供漆泵應(yīng)采用雙向柱塞泵或電動泵，禁止使用上下式柱塞泵。輸送管道采取不銹鋼管或合金材料以防止生銹腐蝕。此外，漆房的地面應(yīng)當(dāng)鋪設(shè)鋼板并接地：（1）防止靜電產(chǎn)生；（2）對于散落的油漆及灰塵易于清理以便于維持干凈的噴涂環(huán)境。

2.2 噴涂設(shè)備

由于水性漆具有電導(dǎo)率高及電阻低的特性，采用傳統(tǒng)的內(nèi)加電機(jī)器人進(jìn)行噴涂會產(chǎn)生漏電現(xiàn)象，因此國內(nèi)外目前大多數(shù)車身噴涂使用外加電噴涂，其加電方式為外加電極，具有涂料利用率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有電極穩(wěn)定性較差、電極易受污染等不足。如噴涂保險(xiǎn)杠等塑料件，由于零件本身導(dǎo)電性差，應(yīng)避免使用外加電噴涂，應(yīng)選擇國外同步的水性漆內(nèi)加電方式噴涂，才能達(dá)到很高的涂料利用率，并能避免外加電電極易受污染等不足；水性漆內(nèi)加電方式噴涂缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜、成本投入高、維護(hù)要求高，生產(chǎn)高端高附加值零件時(shí)可采取此方案。圖3、圖4和圖5為三種不同的加電方式。

水性漆對于其它噴涂設(shè)備的要求相比于溶劑型涂料更為苛刻。由于水性漆分散性較差，旋杯頭或空氣帽特別容易受到污染，因此噴涂機(jī)械手必須配備專門的洗槍機(jī)等清洗設(shè)備，并在噴涂過程中盡量使用高氣壓、高霧化噴槍，避免采用HVLP噴槍；而換色閥、齒輪泵、空氣馬達(dá)等零配件需使用不銹鋼材質(zhì)；機(jī)器人霧化單元要求較高，旋杯的轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到30-60krpm，因而旋杯應(yīng)選取鈦合金材質(zhì)；水性漆噴涂使用的軟管需為特氟龍材料。

與溶劑型漆相比，水性漆對流量和漆霧變化更為敏感。如有不當(dāng)，則易造成噴涂缺陷，如漆膜發(fā)花和針孔等。因此目前水性面漆施工普遍采用旋杯加噴槍的噴涂方式，該種模式有效于流體環(huán)路控制、霧化空氣控制、瞬時(shí)觸發(fā)控制、噴槍目標(biāo)距離控制等，進(jìn)而有效解決相關(guān)的噴涂缺陷。

圖3 外加電（適合車身噴涂）

圖4 彈匣式

圖5 囊式內(nèi)加電

2.3 過程設(shè)備

由于水性漆具有含水量高、電導(dǎo)率高、分散性較差等特性，其噴涂中對于過程設(shè)備的要求主要集中在以下幾點(diǎn)：

（1）在噴涂過程中，容易受潮濕部位設(shè)備需采用不銹鋼材質(zhì)；

（2）水性漆烘房需增加控制濕度裝置；

（3）流平間需增加控制濕度裝置；

（4）所有過程設(shè)備密封處應(yīng)使用不含硅的密封膠；

（5）文丘里水泵需要使用不銹鋼泵體；

（6）用堿性溶液進(jìn)行預(yù)處理容易結(jié)垢，因而停線時(shí)需用雙氧水進(jìn)行循環(huán)清洗，時(shí)間要達(dá)到4個(gè)小時(shí)以上；

（7）預(yù)處理所有水要使用DI水，電導(dǎo)率應(yīng)嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁超標(biāo)運(yùn)行以確保表面清洗效果；

（8）對于噴房文丘里漆渣的處理，由于藥劑添加不同，因而必須與溶劑型文丘里分開，建議每個(gè)噴房都有相對獨(dú)立的文丘里，以達(dá)到漆渣處理的要求。此外還可以使用刮渣機(jī)。

3 水性漆保險(xiǎn)杠涂裝工藝設(shè)置

在水性漆保險(xiǎn)杠涂裝工藝過程中，最為主要的幾個(gè)環(huán)節(jié)依次為：產(chǎn)品擺放、塑件預(yù)處理、塑件除濕烘干、火焰處理、底漆噴涂與烘干、面漆噴涂與烘干以及清漆噴涂與烘干。

3.1 產(chǎn)品擺放方式

處于裝車狀態(tài)擺放時(shí)，有利于涂料水平流平，桔皮狀態(tài)可以迅速提高。如反置的話，產(chǎn)品尖角處容易產(chǎn)生漆滴、流掛等缺陷。因而，在噴涂過程中，產(chǎn)品合適的擺放方式格外重要。

3.2 塑件預(yù)處理

在這個(gè)環(huán)節(jié)中，主要含括上件、預(yù)處理水洗（主脫脂→熱水脫脂→漂洗I→漂洗II→新鮮DI水漂洗）、抖水、吹水、水分烘干等幾大步驟。該操作的主要目的是為了清除塑件上的雜質(zhì)、油污等，以便于提高噴涂的合格率；

3.3 塑件火焰處理

預(yù)處理后，塑件需要通過火焰處理以提高表面張力，進(jìn)而有利于底漆更好地附著在其表面上。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，火焰處理后塑件表面張力應(yīng)≥42達(dá)因，方可滿足相關(guān)性能要求。通過火焰噴房后，塑件冷卻至常溫狀態(tài)，進(jìn)入底漆噴房。

3.4 底漆噴涂

塑件進(jìn)入底漆噴房前，先經(jīng)過電離除塵以進(jìn)一步確保其表面的清潔度。底漆噴房的溫度需控制在24±1℃，濕度需控制在65±5%，風(fēng)速控制在0.35m/s，以此確保底漆正常穩(wěn)定噴涂。噴涂完畢后，進(jìn)行流平10min，其溫度控制在30±3℃，風(fēng)速維持在0.15m/s。流平完，底漆進(jìn)行烘干，其烘干效果必須達(dá)到油漆TDS要求。緊接著是底漆的冷卻，塑件表面溫度必須在25±1℃范圍內(nèi)才可進(jìn)入面漆噴房。

3.5 面漆噴涂

同底漆噴涂，進(jìn)入面漆噴房前也需進(jìn)行電離除塵。面漆噴房內(nèi)的相關(guān)參數(shù)依次為，噴房溫度：24±1℃，濕度：65±5%，風(fēng)速：0.35m/s。流平間的相關(guān)參數(shù)為，流平時(shí)間：10min，溫度：30±3℃，風(fēng)速：0.15m/s，含水率：40-50%。面漆進(jìn)行烘干也需達(dá)到TDS要求。然后經(jīng)過冷卻后，塑件的溫度應(yīng)不高于27℃，方可進(jìn)入清漆噴房。

3.6 清漆噴涂

進(jìn)行清漆噴涂前也需經(jīng)過電離除塵的過程。清漆噴涂的過程中應(yīng)控制好相關(guān)參數(shù)，噴房溫度：24±1℃，噴房濕度：65±5%，噴房風(fēng)速：0.35m/s，流平時(shí)間：10min，流平溫度：30±3℃，流平風(fēng)速：0.15m/s。同理，清漆烘干后也必須滿足油漆TDS的相關(guān)要求。最后經(jīng)過冷卻后，塑件表面溫度維持在23±5℃區(qū)間內(nèi)，則可進(jìn)入下件環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)檢。

4 缺陷分析與解決方案

4.1 噴涂線的選擇

由于國內(nèi)大部分涂裝線為溶劑型涂裝線，如果改造成水性漆涂裝，應(yīng)盡量避免溶劑型漆和水性漆混噴?；靽娙菀桩a(chǎn)生以下缺陷：

（1）漆膜容易脫落，產(chǎn)品性能不佳；

（2）產(chǎn)品不耐潮濕，貯儲后零件會出現(xiàn)起泡、黃變等不良現(xiàn)象；

（3）產(chǎn)品失光、溶劑反滲；

（4）噴涂過程顆粒增加，制成率低等。

4.2 前處理清洗

在噴涂過程中，塑件前處理清洗的狀態(tài)直接關(guān)系到噴涂后零件的制成率與性能。目前，主要采取前處理的方式有兩類：

（1）堿性清洗和酸性清洗：總體來說，堿性清洗效果優(yōu)于酸性清洗效果。酸性清洗容易滋生細(xì)菌，需加殺菌劑、表調(diào)劑等，而堿性清洗可以少加或不加。另外水性漆的PH值在8.0-8.6之間，呈弱堿性，水性漆對酸性物質(zhì)非常敏感，一旦混入酸性物質(zhì)，性能以及很多指標(biāo)馬上下降，因此必須使用堿性清洗；

（2）二氧化碳冷凍汽化處理(-60℃，4bar)：該種前處理方法適用于正反面都比較干凈的零件；雪花處理也能達(dá)到一定的處理效果，但這兩種方式成本投入高。

4.3 表面處理方式

常見的塑件表面處理的方式有以下兩種：

（1）傳統(tǒng)模式火焰處理：可使用天然氣或丙烷，如噴涂水性漆，必須要火焰處理，并且所有面和角落必須到位，以保證表面張力的一致性；

（2）氟化處理：零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難用火焰處理的小零件可以采取此方式，但處理機(jī)構(gòu)需要有相關(guān)資質(zhì)、等級。

4.4 噴涂工具與噴涂方式

在噴涂過程中，使用靜電旋杯（負(fù)高壓、內(nèi)放電、向后絕緣）的方式，即杯+杯的噴涂方式，可以達(dá)到85%以上的高上漆率。底漆噴涂時(shí)，旋杯應(yīng)選擇一次成膜，此噴涂方式可有效控制底漆噴涂時(shí)顆粒的產(chǎn)生。為了達(dá)到顏色、外觀的要求，色漆噴涂時(shí)需要對顏色匹配區(qū)進(jìn)行兩次或兩次以上走槍以達(dá)到最佳的效果，杯+槍的噴涂方式對顏色控制比較有利，但會影響上漆率。

4.5 噴涂工具清洗換色

由于靜電旋杯噴涂時(shí)向后絕緣，所以肯定存在清洗死角。另外，水性漆的清洗不能使用強(qiáng)溶劑反復(fù)沖刷，需要使用專用清洗液，清洗換色必須保持完全干凈，以保證換色噴涂后的產(chǎn)品沒有串色問題。

4.6 烘房設(shè)計(jì)與實(shí)際溫度控制

烘房風(fēng)向需從上往下循環(huán)，以保證零件在烘房中每個(gè)點(diǎn)的溫度保持一致，上、中、下、左、右溫度一致，從而保證零件的性能要求。

4.7 支架印痕

在噴涂過程中，支撐零件的支架進(jìn)入底漆強(qiáng)冷后不能完全冷卻，造成所支撐部位的塑料基材溫度過高，色漆噴涂后，該區(qū)域水分迅速揮發(fā)，造成鋁粉、珠光排列不均勻，形成印痕。該種缺陷的主要解決方法有：

（1）在涂裝線設(shè)計(jì)的過程中，底漆強(qiáng)冷區(qū)域應(yīng)適當(dāng)延長，確保冷卻時(shí)間大于12分鐘，并安裝制冷裝置以進(jìn)一步降低基材溫度避免印痕產(chǎn)生；

（2）零件與支架觸碰部位，避免使用鋼結(jié)構(gòu)，使用橡塑制品替代。

4.8 顏色調(diào)整

噴涂時(shí)，由于產(chǎn)品明暗、紅綠、黃藍(lán)等顏色數(shù)據(jù)與外觀不符合質(zhì)量要求，有時(shí)需要對油漆顏色進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整的過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）由于水性漆粘度高，不容易分散，在涂裝過程中，需盡量減少色漿、鋁粉等助劑的添加，以保證生產(chǎn)的穩(wěn)定；

（2）當(dāng)確實(shí)需要調(diào)整，那就應(yīng)該讓涂料回罐（涂料廠商投料罐），重新調(diào)整；

（3）不建議在生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)色。

4.9 針孔、凹陷的預(yù)防與解決

在噴涂過程中，針孔、凹陷等是經(jīng)常性會出現(xiàn)的缺陷問題，其產(chǎn)生的根本原因是由于異物的排斥導(dǎo)致物體表面張力不一致。因而解決該問題應(yīng)當(dāng)從以下幾點(diǎn)出發(fā)：

（1）水性漆烘干后，表面含水率過高，造成清漆和水排斥，形成凹陷。此類凹陷比較大，非常直觀。解決辦法：降低烘烤后水性漆的含水率，如：提高烘烤溫度、適當(dāng)調(diào)整涂料中的含水量、調(diào)整涂料中的溶劑等；

（2）零件表面有不規(guī)則的針孔、凹陷。此問題一般為油漆沒有完全霧化開，漆點(diǎn)子過大，造成油漆點(diǎn)中含水量過高從而不能有效烘干所導(dǎo)致的。解決辦法：噴涂時(shí)機(jī)械手提高霧化空氣壓力和流量、調(diào)整噴槍開關(guān)槍等；

（3）色漆流平溫度過低，造成水份沒有揮發(fā)。提高流平溫度，流平間調(diào)整為逐步升溫、增加吹風(fēng)和抽濕功能；

（4）控制水性漆膜厚，以保證產(chǎn)品每個(gè)區(qū)域烘烤效果一致，降低針孔、凹陷產(chǎn)生的幾率。

4.10 水跡的控制

水跡作為一種常見的缺陷，很大程度上會影響噴涂的合格率；水性漆噴涂，特別要注意零件縫隙中水份的排除。因此解決該問題應(yīng)著重兩點(diǎn)：

（1）如果涂裝線前處理設(shè)計(jì)為 power wash 方式，結(jié)束后應(yīng)加震動抖水裝置，并在震動抖水后加裝水份烘房，此可有效控制水跡的產(chǎn)生；

（2）如果涂裝線沒有設(shè)計(jì)震動抖水裝置，應(yīng)該采取人工吹水，降低水跡產(chǎn)生的幾率。

4.11 色漆烘干后水的含有量的控制

由于色漆完全烘干后，基本處于不導(dǎo)電狀態(tài)，控制色漆烘干后水和溶劑的含有量，決定了色漆導(dǎo)電性的高低，最終影響清漆噴涂的穩(wěn)定性，因此建議將色漆的含水量控制在5%-10%以達(dá)到較好的噴涂效果。

5 結(jié)語

水性漆保險(xiǎn)杠涂裝是溶劑型油漆噴涂的升華。水性漆的性能、缺陷的分析、塑件的質(zhì)量、設(shè)備的穩(wěn)定性、噴涂工具的合理性、工作溝通的快捷性、管理團(tuán)隊(duì)的自主性都會最終影響涂裝質(zhì)量和制成率。因此對水性漆涂裝過程控制的全方面深入了解并在實(shí)際中廣泛應(yīng)用，方可大大推動作為新興且環(huán)保的水性漆在國內(nèi)的蓬勃發(fā)展。

圖6 加裝雙向抖水裝置，有利于水份清除