榮光，黃慶，李永利，魏吉祥，師麗娜，袁振亮，謝福偉

（1.武漢材料保護(hù)研究所有限公司，湖北 武漢 430040； 2.成都大運(yùn)汽車集團(tuán)有限公司，四川 成都 610105）

隨著商用車消費(fèi)群體的年輕化，用戶對商用車的質(zhì)量要求日益提高，在重視駕駛室涂裝質(zhì)量的同時(shí)，對所搭載的工程貨箱涂裝質(zhì)量也提出了更高要求。國家環(huán)保政策日趨收緊，同時(shí)還要控制生產(chǎn)成本，因此需要對工程貨箱的低成本環(huán)保型涂裝新工藝進(jìn)行研究，以替代原高能耗、不環(huán)保的涂裝方式。工程貨箱傳統(tǒng)工藝為手工溶劑除油后進(jìn)行溶劑型涂料噴涂，該工藝的缺點(diǎn)在于生產(chǎn)節(jié)拍長，同時(shí)溶劑型除油劑的揮發(fā)與溶劑型涂料的配套使用會導(dǎo)致VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)排放超標(biāo)。本文選用常溫?zé)o磷薄膜前處理與高泳透力陰極電泳涂料配套，在電泳涂層基礎(chǔ)上用高固含色漆進(jìn)行噴涂，利用新工藝的低能耗及環(huán)保性對工程貨箱傳統(tǒng)工藝進(jìn)行替換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工程貨箱涂裝質(zhì)量的提升。

1 工藝方案及其驗(yàn)證

1.1 材料選型

1.1.1 涂裝前處理材料的選型

涂裝前處理工藝的設(shè)計(jì)目標(biāo)為低能耗常溫工藝，脫脂溫度需由傳統(tǒng)的45 ～ 55 °C降低至常溫。新工藝改變原有乳化型脫脂劑由外至內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)的模式，選用滲透型脫脂劑令油污從基材表面剝離，從而達(dá)到在常溫下去除油污的目的[1]。為此，選用薄膜前處理代替原使用溫度為38 ～ 42 °C的磷化工藝。薄膜前處理與磷化相比具有使用溫度低、沉渣少、不含磷及有害重金屬、可共線處理多種板材的優(yōu)點(diǎn)，對電泳涂裝的生產(chǎn)成本及含磷廢渣、廢水處理成本的降低起到巨大作用。

1.1.2 電泳及中涂、面漆材料的選型

金屬基材上的薄膜前處理膜層較磷化膜薄，膜電阻較低，配套傳統(tǒng)電泳涂料處理后內(nèi)腔和夾層電泳漆膜的厚度會降低，導(dǎo)致工件防腐蝕效果不佳。由圖1可見，工程貨箱具有內(nèi)腔多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。 因此，薄膜前處理需要與高泳透力電泳漆配套使用才能保證在內(nèi)腔及夾層漆膜厚度達(dá)到質(zhì)量要求的同時(shí)，又能控制好外表面的漆膜厚度，既確保節(jié)能降耗，又保證工件的涂裝質(zhì)量穩(wěn)定。為響應(yīng)國家對VOC排放限制的政策，選用高固中涂和面漆在電泳后對貨箱進(jìn)行噴涂。

圖1 工程貨箱的外觀結(jié)構(gòu) Figure 1 Appearance of cargo body of a commercial vehicle

1.2 工藝流程

工程貨箱尺寸較大，根據(jù)生產(chǎn)線實(shí)際情況，采用尾板、邊板及背板為單位散件上線進(jìn)行涂裝前處理和電泳。電泳烘干后焊接組裝，再整體在面漆涂裝線上進(jìn)行中涂和色漆噴涂。在上電泳線前對銹蝕或氧化皮較重的部位進(jìn)行拋丸處理，并在貨箱中部開設(shè)少量工藝孔，以便涂裝前處理和電泳時(shí)排液。選用PA系列無磷脫脂劑以及SA系列薄膜前處理劑配套DE系列高泳透力陰極電泳材料對工程貨箱進(jìn)行涂裝。

如表1所示，涂裝前處理工序采用常溫工藝進(jìn)行處理，同時(shí)用薄膜前處理代替磷化處理。預(yù)脫脂和脫脂由原40 ～ 50 °C降低至常溫，磷化換成薄膜前處理后使用溫度由38 ～ 42 °C降至常溫，極大降低了生產(chǎn)能耗。

表1 涂裝前處理及電泳線的工序及溫度控制要求 Table 1 Procedure and temperature control requirements for pretreatment and electrocoating

1.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

1.3.1 脫脂除油效率的測試

以工程貨箱所用材料制作規(guī)格為100 mm × 50 mm的試板，在25 ～ 50 °C的溫度區(qū)間內(nèi)每隔5 °C做一組脫脂試驗(yàn)。將試片浸泡在PA30脫脂工作液中，每分鐘擺洗20次，4 min后取出水洗，隨即在(120 ± 10) °C下烘干。除油效率用稱重法計(jì)算。分別稱量出試片脫脂前及脫脂后的質(zhì)量(分別記為m1和m2)，用無水乙醇、丙酮將脫脂后的試片擦凈后，放入烘箱中以(40 ± 2) °C烘干，再放入干燥器中達(dá)到恒重后取出，最后在精度為0.1 mg的電子天平上稱重，此時(shí)試片的質(zhì)量記為m3。除油效率η= [(m2-m3) ÷ (m1-m3)] × 100%。

1.3.2 薄膜前處理試驗(yàn)方法

將預(yù)先脫脂好的試片置于SA系列薄膜前處理工作液中，每分鐘擺洗20次，3 min后取出水洗，然后用DE系列高泳透力電泳漆進(jìn)行電泳，(170 ± 5) °C下烘干30 min，漆膜厚度控制在(18 ± 2) μm。電泳涂裝后的附著力、耐沖擊性及耐鹽霧性能分別根據(jù)GB/T 1720-1979《漆膜附著力測定法》，GB/T 1732-2020《漆膜耐沖擊測定法》和GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》檢測。

1.3.3 面漆試驗(yàn)方法

對電泳試板進(jìn)行噴涂，檢測面漆的附著力、硬度、光澤、鮮映性、柔韌性及耐沖擊性。

2 結(jié)果與討論

2.1 涂裝前處理工藝對電泳質(zhì)量的影響

2.1.1 脫脂的影響

脫脂是整個(gè)涂裝工藝的關(guān)鍵工序，脫脂效果的優(yōu)劣會直接影響電泳質(zhì)量，甚至對面漆涂裝質(zhì)量造成影響。因此，根據(jù)新工藝的要求對脫脂劑進(jìn)行重新選型，在除油效率滿足質(zhì)量要求的前提下令脫脂槽液的使用溫度降低。

由圖2可見，采用中溫脫脂劑時(shí)槽液溫度降低會令除油效率大幅度降低，不能滿足質(zhì)量要求。中溫及常溫脫脂劑混合使用，既可以對油污起到滲透剝離作用，又可以保證脫脂槽液溫度降低后仍能保持較高的除油效率。

圖2 中溫單獨(dú)使用和與常溫脫脂劑混用時(shí)的除油效率隨溫度的變化 Figure 2 Variation of degreasing efficiency with time when using moderate-temperature degreasing agent individually and in company with room-temperature degreasing agent

2.1.2 薄膜前處理的影響

由于反應(yīng)原理不同，板材經(jīng)過薄膜前處理后生成的膜層與磷化膜之間存在較大差異。由表2可見，薄膜前處理與磷化兩種方式所得膜層在外觀上有明顯不同。薄膜前處理膜層雖然比磷化膜薄，但與電泳配套后漆膜的附著力、耐沖擊性及耐鹽霧性沒有下降，仍能滿足質(zhì)量要求。

表2 磷化與薄膜前處理的性能對比 Table 2 Comparison of properties between phosphating and thin film pretreatment

2.2 新型電泳工藝對電泳質(zhì)量的影響

電泳漆的泳透力是指電泳漆在電場的作用下使被涂物背離陽極的部位(工件凹面、縫隙或密閉空腔等處)上漆的能力和程度。沉積在工件上的濕膜阻抗越大，泳透力越高。但薄膜前處理膜層薄、阻抗小，會使泳透力下降，內(nèi)腔漆膜厚度降低，進(jìn)而導(dǎo)致工程貨箱的夾縫、內(nèi)腔等部位的防腐蝕能力差。因此需要用泳透力較高的電泳漆與薄膜前處理配套。用四枚盒法分別對普通型和高泳透力型電泳涂料進(jìn)行泳透力檢測。

由表3可見，磷化與普通電泳配套時(shí)泳透力基本維持在40% ～ 50%區(qū)間，但薄膜前處理與普通電泳涂料配套后泳透力明顯降低，存在質(zhì)量隱患。只有薄膜前處理與高泳透力電泳漆配套，泳透力才能穩(wěn)定在較高水平。因此選用DE高泳透力電泳漆替代原PD普通電泳漆。

表3 電泳漆泳透力試驗(yàn)結(jié)果 Table 3 Throwing power test results of different electrodeposition paints

2.3 新型面漆工藝對質(zhì)量的影響

由于國家環(huán)保政策的收緊，對于VOC排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，未經(jīng)處理的普通溶劑漆VOC排放已不能滿足目前的環(huán)保要求，因此需要用新型涂料替代傳統(tǒng)的溶劑型涂料。目前主流的替代產(chǎn)品為高固涂料和水性漆兩種，但水性漆存在人工施工質(zhì)量不穩(wěn)定，作業(yè)環(huán)境要求嚴(yán)格以及設(shè)備改造投入較大等難點(diǎn)，因此結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際而選擇以高固涂料替代原普通溶劑型涂料。在上述改進(jìn)工藝制作的電泳試板上分別用高固涂料與普通溶劑型涂料進(jìn)行噴涂，檢驗(yàn)噴涂后漆膜的各項(xiàng)性能。

由圖3可見，高固涂料噴涂后的外觀與原漆噴涂后一致。由表4可知面漆替換成高固涂料后，漆膜的各項(xiàng)性能與原溶劑型涂料相比并未降低，依然能滿足質(zhì)量要求。因此，新工藝中面漆可選用高固涂料進(jìn)行噴涂。

圖3 原溶劑型面漆(a)與高固面漆(b)噴涂后的外觀 Figure 3 Finishes of original solvent-based topcoat and high-solid-content topcoat

表4 面漆性能檢測結(jié)果 Table 4 Property test results of topcoats

3 工藝實(shí)施

對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)適應(yīng)新工藝的設(shè)備改造方案，完成原設(shè)備的改造后對涂裝工藝進(jìn)行切換，詳見表5。

表5 設(shè)備改造項(xiàng)目 Table 5 Equipment reformation items

通過在脫脂槽中增設(shè)磁棒去除游離鐵屑，同時(shí)設(shè)計(jì)逆向補(bǔ)水工藝，在提高了水洗槽液潔凈度的同時(shí)，也減少了雜質(zhì)離子對薄膜前處理的污染。水洗3至純水2的逆向補(bǔ)水工藝也能有效降低前處理各工序雜質(zhì)對電泳槽的污染。連續(xù)少量的溢流工藝極大減輕了污水處理的壓力，并能延長水槽換水周期，減少工業(yè)水用量。

4 結(jié)語

薄膜前處理工藝及高泳透力電泳涂料配合高固面漆作為一種商用車工程貨箱新型涂裝工藝，在保證質(zhì)量的前提下，將原有工程貨箱涂裝的含磷、重金屬等環(huán)境不友好元素用符合環(huán)保政策的元素進(jìn)行替代，同時(shí)用高固涂料取代原溶劑型涂料，降低了VOC的排放，使經(jīng)處理后的廢水、廢氣達(dá)到了國家環(huán)保政策要求。涂裝前處理利用新產(chǎn)品、新工藝進(jìn)行的常溫化改造還降低了生產(chǎn)成本。