＊孟曉捷

（PPG涂料（天津）有限公司 天津 300457）

汽車制造由沖壓、焊裝、涂裝、總裝四道工序組成，涂裝是其中較為重要的工序之一。傳統(tǒng)的涂裝工藝為三涂?jī)珊?，工藝流程?fù)雜，需要消耗大量的資源，能耗較高，排放量大，不符合節(jié)能環(huán)保的要求。水性免中涂工藝以傳統(tǒng)的涂裝工藝為基礎(chǔ)，通過優(yōu)化改進(jìn)，去掉多余的流程，使整個(gè)涂裝過程得到簡(jiǎn)化，不但能夠降低能耗、減少排放，而且還能節(jié)約資源。下面就汽車涂裝水性免中涂工藝展開分析探討。

1.汽車涂裝水性免中涂工藝的原理及特點(diǎn)

(1)基本原理

水性免中涂（B1B2）是最新的涂裝工藝，該工藝的基本原理如下：在保留原有涂裝質(zhì)量的前提下，將多余的工藝流程全部簡(jiǎn)化，這些流程中的材料用于后續(xù)的組成體系，通過技術(shù)優(yōu)化，使整個(gè)涂裝過程中，涂料的用量顯著減少，有害物質(zhì)的排放量隨之減少，能耗大幅降低，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求[1]。

(2)工藝特點(diǎn)

水性免中涂工藝的出現(xiàn)是涂裝領(lǐng)域的一次技術(shù)革新，使汽車涂裝發(fā)生根本性的改變。該工藝的特點(diǎn)體現(xiàn)在如下方面：應(yīng)用水性免中涂工藝開展汽車涂裝，能夠在原本的基礎(chǔ)上，大幅度減少涂料用量，不但節(jié)約了資源，而且成本也隨之降低；操作流程的進(jìn)一步簡(jiǎn)化，使整個(gè)涂裝車間變得更加寬敞，作業(yè)環(huán)境得到顯著改善，涂裝時(shí)間的減少，提高了生產(chǎn)效率；該工藝可以減少70%左右的VOC和30%左右CO2排放量，具有良好的環(huán)保效益。

2.汽車涂裝水性免中涂工藝要點(diǎn)

(1)工藝流程

與傳統(tǒng)的3C2B（三涂?jī)珊妫┕に囅啾龋悦庵型抗に囀褂镁邆渲型抗δ艿腂1涂層，與具備色漆功能的B2涂層對(duì)車身進(jìn)行涂裝，整個(gè)工藝流程得以簡(jiǎn)化，涂裝效率顯著提升。水性免中涂的具體工藝流程如圖1所示。

圖1 水性免中涂工藝流程示意圖

(2)工藝控制要點(diǎn)

在汽車涂裝過程中，應(yīng)用水性免中涂工藝時(shí)，為保證涂裝質(zhì)量，應(yīng)了解并掌握該工藝的控制要點(diǎn)，具體如下：

①電泳粗糙度的控制

使用水性免中涂工藝對(duì)汽車車身涂裝時(shí)，電泳粗糙度是需要重點(diǎn)控制的指標(biāo)之一。實(shí)踐表明，當(dāng)電泳粗糙度過大時(shí)，容易造成短波增加，橘皮現(xiàn)象會(huì)隨之加重，并且還會(huì)導(dǎo)致面漆的外觀效果下降。因此，在應(yīng)用水性免中涂工藝開展汽車涂裝時(shí)，要對(duì)電泳粗糙度加以控制，具體可從白車身粗糙度和電泳槽液的參數(shù)兩個(gè)方面著手，相應(yīng)的控制措施如下：

A.在汽車生產(chǎn)線上，白車身的粗糙度標(biāo)準(zhǔn)為≤1.0μm，大量的生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)白車身的粗糙度均值為0.8μm時(shí)，能夠獲得較好的電泳粗糙度。若是白車身的粗糙度超過標(biāo)準(zhǔn)，則會(huì)導(dǎo)致電泳粗糙度變差?；谶@一前提，應(yīng)用水性免中涂工藝時(shí)，為達(dá)到預(yù)期中的涂裝質(zhì)量，必須確保白車身具有良好的粗糙度。

B.當(dāng)白車身的粗糙度達(dá)到0.8μm時(shí)，通過調(diào)整電泳槽液，使電泳粗糙度的波動(dòng)幅度控制在0.3μm以下，由此能夠達(dá)到預(yù)期的涂裝效果[2]。在對(duì)電泳槽液進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整的過程中，可將表1中的相關(guān)數(shù)值作為參考依據(jù)。

表1 電泳槽液參數(shù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)

②電泳打磨

A.濕度控制。由汽車涂裝水性免中涂工藝的基本原理和工藝流程可知，該工藝無中涂層覆蓋，與傳統(tǒng)的3C2B涂裝工藝相比，水性免中涂工藝的遮蓋效果略顯不足，從而使得電泳打磨成為影響漆膜質(zhì)量的關(guān)鍵性因素之一，即電泳打磨的好，漆膜質(zhì)量高，反之則低。在電泳打磨過程中，室體濕度的控制是重點(diǎn)環(huán)節(jié)。在充分考慮能耗情況的前提下，并滿足環(huán)境舒適度的要求，室體濕度為65%左右時(shí)，可使漆膜達(dá)到最佳效果。同時(shí)，在這個(gè)濕度條件下，灰塵、纖維都會(huì)相對(duì)減少。

B.在電泳打磨的過程中，為確保打磨位置處平整、光滑，應(yīng)當(dāng)以圓圈打磨為宜，不得采用直線或是單指打磨。使用打磨機(jī)進(jìn)行打磨操作時(shí)，設(shè)備與打磨面要保持平行，避免打磨過度引起露底的現(xiàn)象；打磨棱角邊緣時(shí)，可采用雙指打磨的方法，不宜采用全掌打磨，邊緣位置處可以呈羽毛狀 過渡[3]。

C.當(dāng)電泳打磨完畢后，可以用具有粘性的抹布，將車身從內(nèi)向外擦拭干凈。操作過程中，要確保抹布與手掌面平行，不得采用指壓的方法，當(dāng)車身內(nèi)外全部擦拭干凈后，用壓力在0.5MPa左右的壓縮空氣，將車身從上到下、從內(nèi)到外吹干、吹凈。車身擦拭干凈后，要做靜電除塵，保證表面無灰塵附著。

③噴涂控制

在汽車涂裝過程中，噴涂是與涂膜質(zhì)量關(guān)系最為密切的一道工序，通過對(duì)噴涂過程的有效控制，能夠在保證涂膜質(zhì)量的前提下，提高漆膜的穩(wěn)定性。在應(yīng)用水性免中涂工藝對(duì)汽車涂裝時(shí)，可對(duì)噴涂機(jī)器人的作業(yè)參數(shù)進(jìn)行控制，具體如下：

第一，B1與B2噴涂旋杯的轉(zhuǎn)速控制在50000r/min，清漆的轉(zhuǎn)速控制在45000r/min；噴涂軌跡的行間距，可以按照機(jī)器人的噴涂速度、車身的噴涂面積，依據(jù)所用旋杯的具體型號(hào)，對(duì)噴涂的行間距合理設(shè)定，以150mm為宜[4]。

第二，要對(duì)噴幅的大小及噴涂的重疊率加以控制，車身的外部鈑金，以400mm的噴幅為宜。通過大量的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴涂的重疊率達(dá)到60%后，涂膜的厚度呈現(xiàn)出較為均勻的態(tài)勢(shì)，并且在這個(gè)重疊率下，基本上不會(huì)出現(xiàn)過度噴涂的情況，所以，可將60%作為噴涂重疊率的控制標(biāo)準(zhǔn)[5]。

第三，為避免色漆出現(xiàn)發(fā)花的現(xiàn)象，可以采用兩站成膜的方式噴涂色漆，并在操作過程中，凸顯閃爍度。兩站噴涂的軌跡錯(cuò)開70mm，兩站的涂膜厚度比例設(shè)定為6:4。

④色漆預(yù)烘干

汽車涂裝過程中，應(yīng)用水性免中涂工藝時(shí)，水性涂料的預(yù)烘干是一道非常重要的工序。因該工藝在預(yù)烘干前，濕膜比較厚，約為傳統(tǒng)3C2B涂裝工藝濕膜厚度的1倍左右，若是溫度快速升高，則可能引起質(zhì)量缺陷，如針孔等。由于濕膜的含水量大幅度增加，傳統(tǒng)的烘干室無法滿足濕膜閃干的需要。為得到質(zhì)量達(dá)標(biāo)的漆膜，并確保水性免中涂工藝在汽車涂裝中的推廣使用，結(jié)合工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)全新的涂料預(yù)烘干爐，經(jīng)不斷優(yōu)化改進(jìn)，得出較優(yōu)的參數(shù)，具體如下：

A.分為兩段加熱，其中加熱一段的時(shí)間為2-3min，加熱二段的時(shí)間為3-4min，總加熱時(shí)間以6min為宜，強(qiáng)冷時(shí)間控制在3min以內(nèi)；加熱一段的溫度控制在60-70℃之間，加熱二段的溫度控制在90-100℃之間，強(qiáng)冷溫度控制在20-22℃之間[6]。

B.工件的溫度在加熱一段時(shí)，不超過50℃，在加熱二段時(shí)，最高溫度不超過80℃，噴涂清漆前的強(qiáng)冷溫度以30℃為宜；新風(fēng)的比例控制在20%-25%左右，脫水率不低于85%；加熱一段和加熱二段噴嘴的出風(fēng)速度分別控制在3-5m/s和7-10m/s，強(qiáng)冷段以15m/s為宜。經(jīng)過強(qiáng)冷之后，車身內(nèi)板和外板的溫度分別為25-30℃和30-37℃[7]。

⑤面漆烘干

在水性免中涂工藝中，面漆烘干是整個(gè)工藝流程的最后一道工序，該工序直接關(guān)系到涂裝質(zhì)量，必須采取合理可行的措施加以控制。以油漆固化窗口的實(shí)際情況作為依據(jù)，對(duì)烘干爐各個(gè)區(qū)域的溫度合理設(shè)定，確保面漆的烘干過程達(dá)到最佳的升溫速率及固化保溫時(shí)間，具體的控制要點(diǎn)如下：

A.汽車涂裝生產(chǎn)線可以采用橋式烘干爐，這種類型的烘干爐具有良好的保溫效果，并按油漆固化窗口，對(duì)各區(qū)域的爐溫合理設(shè)置，具體如下：一區(qū)至五區(qū)的最佳溫度依次為140℃、155℃、165℃、155℃和150℃。在對(duì)爐溫進(jìn)行反復(fù)多次的測(cè)試后得到滿足油漆固化窗口要求的最佳保溫時(shí)間，即在140℃的溫度下，保溫20min。

B.實(shí)踐表明，水性免中涂工藝的面漆烘干升溫速率過快，容易造成針孔缺陷。通過反復(fù)試驗(yàn)后得出如下結(jié)果：將面漆烘干的升溫速率控制在11-13min之間，能夠達(dá)到最佳效果。

⑥涂層外觀

為獲得良好的面漆涂層外觀效果，要確保漆膜的厚度適宜，并且還要使形成的漆膜具有一定的光澤度和DOI（鮮映性），具體標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 DOI與光澤度的標(biāo)準(zhǔn)

A.對(duì)流平室內(nèi)的滾床進(jìn)出程序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在原有的基礎(chǔ)上適當(dāng)延長(zhǎng)流平時(shí)間，以7min以上為宜。同時(shí)，使用相應(yīng)的助劑，通過助劑，提高清漆的流平性能，達(dá)到預(yù)期中的流平效果。需要注意的是，助劑的用量不宜過多，以免影響漆膜的效果，應(yīng)控制在0.3%以內(nèi)。

B.對(duì)閃干溫度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并進(jìn)一步增強(qiáng)B1與B2涂層的脫水率，確保脫水率達(dá)到88%以上。同時(shí)，對(duì)閃干升溫段和保溫段的輥床進(jìn)出程序進(jìn)行優(yōu)化，以此來延長(zhǎng)保溫時(shí)間，控制在80℃以上，3min左右。

C.對(duì)油漆中的顏料粒徑大小加以控制，確保使用的顏料粒徑在0.3μm以內(nèi)。通過上述措施，對(duì)DOI和光澤度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，能夠在原本的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步提升。

⑦清漆膜的厚度

漆膜的飽滿度是評(píng)價(jià)涂裝質(zhì)量的關(guān)鍵性指標(biāo)之一，為在原本的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升漆膜飽滿度，應(yīng)對(duì)清漆膜厚進(jìn)行控制。在對(duì)相關(guān)參數(shù)優(yōu)化后，得出如下結(jié)果：當(dāng)清漆膜的厚度超過50μm時(shí)，涂裝外觀數(shù)據(jù)的變化趨于穩(wěn)定，并逐步減小。因此，可將清漆膜厚控制在50μm。在實(shí)際生產(chǎn)中，可對(duì)機(jī)器人的噴涂軌跡加以優(yōu)化，以達(dá)到理想的效果。

(3)免中涂品質(zhì)優(yōu)化

為在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升汽車涂裝的整體品質(zhì)，可從工藝規(guī)劃、材料設(shè)計(jì)等方面，對(duì)免中涂工藝加以優(yōu)化，具體如下：

①底材填充性優(yōu)化

汽車免中涂工藝中，對(duì)涂裝外觀裝飾性產(chǎn)生影響的主要因素有涂料本身的性能、工藝參數(shù)以及基材的Ra值等。免中涂B1層膜的厚度通常為15-20μm，這個(gè)厚度并不能對(duì)基材及電泳后表面存在的凹凸缺陷有效填充，由此可能會(huì)引起涂層外觀不平且不夠飽滿的現(xiàn)象，導(dǎo)致免中涂品質(zhì)下降。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，漆膜的最終橘皮與底材的粗糙度有著密切的關(guān)聯(lián)?；诖?，采用免中涂工藝時(shí)，基材的粗糙度應(yīng)當(dāng)控制在0.6-1.5之間，經(jīng)過電泳處理后的表面粗糙度，應(yīng)當(dāng)不超過0.3，這樣才能使涂裝外觀的品質(zhì)得到保障。

②抗石擊性優(yōu)化

相關(guān)研究結(jié)果顯示，當(dāng)厚度一定時(shí)，漆膜的抗石擊性主要與涂料中所含的樹脂有關(guān)，就是既要有足夠的硬度和強(qiáng)度，還要具備良好的柔韌性及附著力。在上述條件中，硬度與柔韌性存在沖突，所以在免中涂工藝中，要找到二者的平衡點(diǎn)。試驗(yàn)表明，涂層間的附著力，尤其是B1與電泳的附著力，對(duì)抗石擊性的影響比較大。因此，要進(jìn)一步增加B1對(duì)電泳層的附著力，以此來提高免中涂的整體品質(zhì)。當(dāng)B1涂層膜厚較低時(shí)，將無法抵抗石子的破壞，所以要對(duì)B1涂層的配方進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，借此來增強(qiáng)漆膜的附著力和抵抗外力沖擊的能力，如可在配方中加入某種樹脂材料。

③涂層界面品質(zhì)優(yōu)化

從本質(zhì)的角度上講，免中涂就是多層涂膜的濕碰濕工藝，通過對(duì)涂層界面的優(yōu)化，能夠使免中涂品質(zhì)得到進(jìn)一步提升。具體措施如下：強(qiáng)化工藝控制，可將重點(diǎn)放在噴涂霧化參數(shù)、脫水率以及噴涂間隔等方面，在此基礎(chǔ)上，增加B1膜的厚度。在實(shí)際生產(chǎn)中，涂層界面的品質(zhì)與涂料的類型、技術(shù)、參數(shù)等諸多因素有關(guān)，所以在開發(fā)設(shè)計(jì)涂料配方時(shí)，可通過添加界面控制劑、降低膜層間的截面混淆等措施，優(yōu)化涂層界面品質(zhì)，以此來促使免中涂整體品質(zhì)的提升。對(duì)免中涂工藝的優(yōu)化，能夠使汽車的涂裝效果獲得顯著提高。

(4)經(jīng)濟(jì)效益

在汽車涂裝中，應(yīng)用水性免中涂工藝能夠獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，具體體現(xiàn)在如下方面：不需要設(shè)置輸漆系統(tǒng)和中涂噴漆房，無需為中涂配置場(chǎng)地和位置，減掉了中涂噴漆工序中的水、壓縮空氣、送排風(fēng)等能耗，達(dá)到節(jié)能效果；工序減掉后，人力成本隨之降低。由此可見，水性免中涂工藝具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，可在汽車涂裝生產(chǎn)中推廣使用。

3.結(jié)論

綜上所述，汽車涂裝是汽車制造的關(guān)鍵工序之一，為確保涂裝質(zhì)量，要選擇合理的工藝。傳統(tǒng)的工藝雖然可以保證質(zhì)量，但能耗較高，并且對(duì)環(huán)境具有一定的影響。水性免中涂工藝的提出，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工藝的不足，在對(duì)該工藝進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，應(yīng)掌握控制要點(diǎn)，確保涂裝質(zhì)量。