水性漆在汽车车身涂装上的应用

第４Ｏ卷第４期　涂料工业　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．４　２０１０年４月　ＰＡＩＮＴ＆Ｃ０ＡＴＩＮＧＳ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　Ａｐｒ．２０１０　水性漆在汽车车身涂装上的应用　王浩，路慧喜，徐春（上海汽车集团股份有限公司乘用车公司，上海２０１８０４）　摘要：基于水性漆与溶剂型油漆的差异，介绍了水性中涂、水性色漆喷漆室、中涂烘房、色漆闪干烘房、输调漆系　统、喷涂机器人等设备在工艺方面的特殊要求，并详细介绍了水性漆在一新建油漆车间项目上的实际应用状况，为汽　车涂装线水性漆的规划、投产、管理维护等提供相关参考信息。　关键词：水性漆；溶剂型油漆；喷涂；汽车车身　中图分类号：ＴＱ６３９．２　文献标识码：Ａ　文章编号：０２５３—４３１２（２０１０）０４—００３３—０４　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　Ｃｏａｔｉｎｇｓ　ｉｎ　Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ　ｏｆ　Ｃａｒ　Ｂｏｄｙ　Ｗａｎｇ　Ｈａｏ，Ｌｕ　Ｈｕｉｘｉ，Ｘｕ　Ｃｈｕｎ　（ＳＡ１Ｃ　Ｍｏｔｏｒ　Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｃｏ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　ｐａｉｎｔ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅｎｔｂｏｒｎｅ　ｐａｉｎｔ，ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｒｅｑｕｉｒｅ—　ｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　ｐａｉｎｔｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｉｎｔｅｒｅｏａｔ，ｓｐｒａｙｉｎｇ　ｂｏｏｔｈ，ｐｒｉｍｅｒ　ｃｏａｔ　ｏｖｅｎ，ｂａｓｅ　ｃｏａｔ　ｆｌａｓｈ　ｏｖｅｎ，ｐａｉｎｔ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｐａｉｎｔｉｎｇ　ｒｏｂｏｔ，ｅｔｃ．ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　ｐａｉｎｔ　ｉｎ　ａ　ｎｅｗ　ｐａｉｎｔｉｎｇ　ｐｌａｎｔ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｗａｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｂｏｕｔ　ｌａｙｏｕｔ，ｌａｕｎｃｈ，ａｎｄ　ｍａｉｌ－　ａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　ｐａｉｎｔｉｎｇ　ｌｉｎｅ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　ｐａｉｎｔ；ｓｏｌｖｅｎｔｂｏｍｅ　ｐａｉｎｔ；ｓｐｒａｙｉｎｇ　引　言　擦净一驼鸟毛自动擦净一喷涂水性底色漆一色漆闪干一喷涂　罩光清漆一烘干。　在汽车制造过程中，车身涂装是工艺流程最长、技术复杂　与传统的溶剂型油漆涂装：［艺相比，喷漆室需要对温度　程度最高的环节之一，也是产生三废排放最多的环节之一。　与湿度严格控制，中涂烘干是需要调整的工序，色漆闪于是需　汽车涂装目前所采用最多的是典型的３Ｃ２Ｂ（三涂二烘）体系　要增加的工序，其他工序基本一致。　涂装工艺，而存国内普遍使用的多是溶剂型油漆（溶剂型中　涂、溶剂型底色漆、溶剂型罩光清漆），在生产过程中，ＶＯＣ的　２　水性漆喷漆室工艺要求　排放一般超过１２０　ｇ／ｍ　。　水性漆中水的含量超过了６０％，由于含水量高，温度和湿　在十Ｈ关法规的驱动下，汽车厂为环保达标，在三涂层体系的　度是喷房内所需控制的最重要的工艺参数。新油漆车间使用　涂装工艺中，开始使用水性中涂、水性底色漆、双组分罩光清漆等　的是与欧美汽车厂同一供应商提供的水性漆产品，其水性漆　新材料、新工艺。通过在三涂层体系涂装工艺中使用水性中涂、　施工窗口如图ｌ所示。　水性色漆，可以将ＶＯＣ的排放降低到≤４０　ｇ／ｍ３，达到国际清洁生　产先进水平　。因此，水性漆将会越来越广泛地应用到汽车涂装　喷漆室相对湿度４０％　５０％６０％７０％８０％　艺卜，并已成为技术发展的趋势。　３２　３０　１　水性漆涂装工艺流程　２８　瑟２６　本厂一新建油漆车间，按水性漆涂装工艺进行规划、建　砖２４　造，并已正常投产，使用了包括水性中涂、水性色漆在内的水　２２　２０　性漆产品，以及双组分罩光清漆（溶剂型）。　结合水性漆自身特点，一般涂装工艺流程为：前处理一电　泳一烘烤一扪‘磨一擦净一密封（车身粗细密封、阻尼垫、底部　图１　水性漆施工窗口　密封）一擦净一喷涂水性中涂一预烘烤＋烘干一打磨一人工　Ｆｉｇ．１　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｎｄｏｗ　作者简介：王浩（１９７５），男，工程师，主要从事涂料及其应用方面的技术支持＿Ｔ－作，以及汽车涂装工艺的规划、涂装技术等工作。　王　浩等：水性漆在汽车车身涂装上的应用　根据水性漆施工窗口，对喷漆室内的温度、湿度进行调　节，并通过生广：验证，最终实际参数控制如表１。　表１喷漆室参数控制　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｓｐｒａｙ　ｂｏｏｔｈ　＼　生产调试过程巾发现，当湿度大于７５％时，漆膜就有可能　产生流拌，湿度稍低一些相对影响较小。　图３　中涂烘厉炉温曲线　Ｆｉｇ．３　Ｂａｋｉｎｇ　ＣｎＦＶｅ　ｏｆ　ｐｒｉｍｅｒ　ｏｖｅｎ　３水性漆烘房工艺要求　３．１　中涂烘房工艺要求　与传统溶剂型　涂喷涂施工后即进行烘干不同，由于水　用闪ｆ烘房对色漆进行强制闪下，使漆膜中含水量控制在　１０％左右，以满足脱水率的要求。如果脱水率过低容易引起　漆膜针孔，脱水率过高义会影响清漆的施工。　为了满足水性色漆闪干的＿［艺要求，新油漆车间闪干烘　房包括进口端气封、升温区、保温　、出口端气封、强冷区等５　的挥发性较低，水性中涂喷涂施工后直接进行高温烘干会产　生气池等弊病，因此需要进行低温预烘烤，才能再进行高温烘　烤崮化。　部分。设备运行参数如表２所示　表２色漆闪干烘房的运行参数　Ｔａｂｌｅ　２　Ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ｆｌａｓｈ　ｏｖｅｎ　水性中涂漆烘烤固化温度曲线如图２所示。　在出口的强冷区要把　身温度降到３５℃以下，再进行清　漆喷涂，以免影响清漆的流平。色漆闪ｒ烘房正常工作炉温　曲线如图４所示。　图２水性中涂烘烤温度曲线　Ｆｉｇ．２　Ｂａｋｉｎｇ　ｅＨＩＷｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ　ｐｒｉｍｅｒ　ｃｏａｔ　从　２可知，水性中涂漆要求在８Ｏ℃的温度下保持约　５　ｎｌｉｎ，使涂料中的水分充分蒸发后，再升温至１６０℃保温约　２０　ｒａｉｎ使涂膜完成固化。　新‘：　采用Ⅱ型中涂烘厂炉，加热区分为预烘干、升温、　保温等３个功能区，其中预烘干区和升温区采用辐射加热方　式，保温　采用热风循环加热方式。辐射与热风循环卡Ｈ结合　的加热方式使：Ｉ：件的升温曲线既满足了烘下工艺要求又提高　图４闪干烘厉炉温曲线　Ｆｉｇ．４　Ｂａｋｉｎｇ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｆｌａｓｈ　ｏｖｅｎ　了烘１　炉的洁净度，保证了中涂涂膜的高质量。中涂烘房实　际炉温曲线如　３所示。　３．２．２　闪干烘吩评价　为评价闪干烘房是否达到要求，车身经过闪干烘房后，对　３．２底色漆闪干烘房工艺要求　３．２．１　闪干烘劈运行参故　色漆　清漆的湿碰湿工艺，一般要求在进行清漆施工之　涂膜的含水量多少，通过脱水率试验进行测定。脱水率测试　方法如下：　（ａ）准备２０　ｃｍ×１０　Ｃｌｌｌ的锅箔，称出其质量为ｍ　。　（ｂ）将铝箔固定于车身的不同部位（如图５所示），喷涂　后称质量为ｍ　，然后进闪干烘房。　前，色漆表而的溶剂或水含量必须挥发到一定的程度来确保　质量和外观。通常情况下色漆和清漆之间的闪干时间在ｌ～　５　ｔｈｉｎ之间。溶剂型油漆依靠自身　干可以达到这个要求，但　水性漆　能像溶剂型漆那样通过自身挥发进行闪干，必须使　（ｃ）待车身出闪干烘房后取下铝箔再次称出其质量　为ｍ，。　王浩等：水性漆在汽车车身涂装上的应用　经过试验测试，各个颜色的色漆的经过闪干烘房后，脱水　率数据如表３所示，数据表明，闪干烘房可满足工艺要求。　４　水性漆输调漆系统工艺要求　４．１　水性漆输调漆设备要求　输调漆系统（涂料循环系统）足将涂料以一定的压力和流　量输送到喷漆工位的一种管道供给系统，并在涂装作业过程　中控制和保持适　的涂料工艺参数，包括中央供漆设备（泵、　图５脱水率测试　Ｆｉｇ．５　Ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｔｅｓｔｉｎｇ　涂料处理元什、窄气处理元件、油漆桶、控制部分）、温度控制　系统、枪站出口组件和管路系统等。由于水性漆与溶剂型油　漆的黏特性不同导致了涂料输调漆系统的差异性。　（ｄ）最后计算出车身上不同区域的脱水率。　脱水率＝（ｍ，一ｍ　）／（ｍ．一ｍ。）×１００％。　表３闪干烘房脱水率测试结果　Ｔａｂｌｅ　３　Ｄａｔａ　ｏｆ　ｄｅｈｙｄｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｉｏ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｆｌａｓｈ　ｏｖｅｎ　脱水率／％　９４　９２　９０　９３　９０　９２　９１　９０　（１）水性漆管路必须选用不锈钢加钝化处理。不仅是管　路材料，包括管路　所有阀门、密封圈等等均要求有非常高的　耐酸性、耐碱性、』『ｌｊ、ｆ有机溶剂性。因为在涂料循环系统清洗过　程中，涂料供腑商有的需要使用较强的碱性材料清洗系统，同　时，也要刈管路不锈钢使用硝酸进行钝化处理。　在管路内循环或者经过自动喷涂机的换色阀进行喷涂的瞬　间，由于高剪切力的作用，水性色漆的黏度可以下降很多。传　统的溶剂型色漆黏度随剪切力变化较小。通常使用Ｆｉｓｈｅｒ或　者Ｆｏｒｄ杯来进行溶剂型漆黏度的测试，对水性漆而言也可以　采用类似的方法进行测试，区别在于使用孔径较大的Ｄｉｎ杯，　（２）水性漆的黏度受剪切力的影响变化很大，要求使用　低剪切的设备消除水性漆黏度特性对涂料特性的影响。如回　设计ｌ　必须使用低剪切力的回压阀。　（３）涂料供给压力需要保持稳定，同时需要对供漆压力、　背压、流速等进行合理设定。　而且测出的时间并不代表该水性漆的黏度，只是它的流动时　间。涂料供应商初期都会在实验室做出涂料的黏度曲线，现　场调漆室所需要做的就是测定流动时间，以判断在相同循环　系统内的涂料是否稳定，或是不同批次的涂料之间是否有大　的差异。　（４）液位控制系统需要保证涂料稳定供给和避免干结。　水性漆对涂料的液位控制系统有较高的要求，因为水溶性的　水性漆黏度对温度的敏感性相对溶剂型色漆来说要弱一　些。新涂料车间水性漆施工黏度范围调节如表４所示。　表４涂料黏度控制范围　Ｔａｂｌｅ　４　Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｐａｉｎｔ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　液体在容器内液位下降后，附着在容器壁上的涂料，由于水的　挥发容易产生粉末剥落，且无法因为新涂料的加入而得到消　除，　此影响涂装质量。而溶剂型涂料因为加新漆时溶剂自　身可冲洗容器内壁，则没有这种情况发生。　（５）水性漆是以水为分散介质或稀释剂的涂料，对水质　水性中涂Ａ　水性中涂Ｂ　水性素色漆Ａ　２３±２　２３±２　２３±２　１８～３０　ｌ８～３０　１８～３Ｏ　１８～３０　ｌ８～３０　１８～３０　２０—５０　４０　提　了较高的要求，要求使用去离子水的电导率低于　５　ｌｘｓ／ｃｍ，并Ｈ需要对水的ｐＨ进行控制。另外对去离子水的　细菌含革也要定期检测。　（６）水性漆要求调漆问环境温度需低于调漆缸内涂料温　度。调漆问温度低于缸内涂料温度时，缸内水蒸汽在缸的内　壁遇冷冷凝成水，可返回涂料系统，避免因涂料干结而造成涂　料里出现漆渣等。　３０～６５　２０～５０　３０～６５　２０～３０　２０～３Ｏ　５５　２８　３５　２４　２８　水性金属色漆Ｂ　溶剂型清漆Ａ　溶剂型清漆Ｂ　２３±２　２３±２　２３±２　另外在水性漆调试过程巾发现，长时间不更新只搅拌的　水性漆，易出现色差问题。　考虑到水性漆不同于溶剂性漆，它可以在静止的情况下　保证涂料内的铝粉颜料不形成沉淀。因此为避免漆液老化，　：　？　誊调漆参数二芝要求　黏度刈‘于传统的涂料来说是一项非常重要的施工：Ｊ二艺参　数。对于水性漆来说，黏度这一概念与传统的溶剂型有较大　的差别。水性色漆的黏度受剪切力的影响变化很大，在低剪　切力的环境下如静止放置于容器内町以达到很高的黏度，而　降低能耗，可以在周末或节假日期问在结束生产以后关闭循　环系统，储漆缸内的涂料每日搅拌１～２　ｈ即可，在开始生产前　２～３　ｈ打开循环，可不影响喷涂质量。如果长时间停止生产，　王浩等：水性漆在汽车车身涂装上的应用　尽可能地在生产结束前在系统内保留较低的液位，停产期间　Ｍｅｔａｌｌｉｃ—Ｂｅｌｌ的喷杯转速和成型空气量比普通喷杯要　处理方法同上，在恢复生产前加入新的涂料进行循环混合。　大，同时新型旋杯的直径也比普通旋杯要大，而且喷杯边缘为　５水－ｌ生漆喷涂工艺　锐边结构，旋杯的边角角度更小。这些特点可使金属漆雾化　后的漆粒更干、粒径更小，从而可达到与空气喷枪相近的闪光　新油漆车间水性中涂、水性色漆采用的主要是机器人喷　效果。　涂，其步骤如下：　“Ｂｅｌｌ＋Ｂｅｌｌ”工艺涂装的漆膜，在点补时，点补工艺基本　机器人喷涂车身外表面中涂一手工喷涂车身内表面中涂一　上与溶剂型色漆的修补工艺相同，修补材料可以直接使用生　手工喷涂车身内表面色漆一机器人喷涂车身外表面色漆一闪干　产线上的水性色漆，并且修补也不易出现色差。　烘房一手工喷涂车身内表面清漆一机器人喷涂车身外表面清漆。　埘于车身外表面的机器人喷涂，无论是中涂，还是色漆，　６　结　语　机器人前后两站均使用的是高速旋杯自动静电喷涂，即所谓　该新油漆车间使用水性漆涂装工艺，调试、生产Ｊ，ｂｑ￣＇１正　的“Ｂｅｌｌ＋Ｂｅｌｌ”工艺。　常，涂膜质量达到或超过了溶剂型油漆的质量标准。尤其是　金属漆使　｝｝ｊ静电喷涂，由于在电场作用下涂膜中的铝粉　涂膜外观（如光泽、鲜映性等）均明　高于溶剂型油漆。　片对车身表面易旱垂直排列，会影响铝粉对光的反射强度，造　近几年，水性漆涂装工艺在欧美汽车行业的涂装线上已　成漆膜明亮度下降（发暗）。常规上，金属色漆的喷涂采用静　经得到了普遍使用，在国内合资汽车＿ｒ厂中，水性漆涂装工艺　电喷枪喷涂第１道，用自动空气喷枪喷涂第２道，这种“Ｂｅｌｌ＋　也已经逐渐成为主流，在上海通用、北京奔驰、北京现代、天津　枪”：［艺在许多汽车厂仍在广泛使用。因为第２道采用自动　丰田、广州丰田、广州本田、东风日产等合资企业中已经开始　空气喷枪，叮改善铝粉的排列分布，提高金属铝粉的闪光效　用水性漆涂装工艺代替传统的溶剂型油漆涂装工艺。　果，同时满足金属色漆的色差要求。但是空气喷枪的喷涂效　该新油漆车问作为国内第一批采用水性漆涂装工艺的企　率仅有３０％左右，油漆利用率低，而且喷涂过程中漆雾大，过　业，已经成为汽车工厂中的环保节能典范，该项目的成功实施　喷漆雾易造成漆膜缺陷，污染设备。目前的最新发展趋势是　为水性漆涂装工艺在国内汽车企业中的推广起到了一定的示　采用Ｍｅｔａｌｌｉｃ—Ｂｅｌｌ替代空气喷枪，ＡＢＢ、Ｄｔｉｒｒ、Ｓａｍｅｓ、Ｆａｎｕｃ等　范效应。　公司均拥有此类喷杯的专利技术。　新油漆车间采用的是Ｆａｎｕｃ公司最新的Ｐ５００型壁挂式机　参考又献　器人自动静电喷涂系统，配备了Ｆａｎｕｃ公司的专利技术——水　［１］　吴涛．汽车车身涂装技术的发展动态［Ｊ］．汽车工艺与材料，２００６　性漆加电组件和Ｖｅｒｓａｂｅｌｌ　ＩＩ型旋杯，其采用的是在机器人手　（１）：１—２．　臂内部集成涂料罐的内部加电方式，具有结构简单、维护方　便、低成本等优势，喷涂效率可达８０％以上。　收稿日期２０１０—０２—１５（修改稿）　（上接第２４页）　一ａ一未防护试样　ｂ一未防护试样盐雾试验１６８　ｈ　ｃ一涂层防护试样盐雾试验１６８　ｈ　图４　乙丙橡胶试样表面形貌照片（×６０）　Ｆｉｇ．４　Ｓｕｒｆａｃｅ　ａｐｐｅａｒａｎｃｅ　ｏｆ　ＥＰ　ｒｕｂｂｅｒ（×６０）　参考文献　［　］　李永清，郑淑贞，晏欣・橡胶制品的防老化涂层［Ｊ］・涂料工业　［１］　杜茂平，魏伯荣，肖琰，等橡胶制品表面涂层的研究进展［Ｊ］．　２００３．３３（１１）：３５—３８　弹性体，２００６，１６（２）：５９—６２．　［５］　Ｍ　ＶＡＮ　ＧＩＮＫＥＬ　Ｎｅｗ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ—ｂａｓｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｓ　ｆｏｒ　［２］　李永清，晏欣，郑淑贞．硫化橡胶防老化涂层的研制［Ｊ］．合成材　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｗｏｏｄ　ｃｏａｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｃｏａｔｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｐａｒｔ　Ａ，　料老化与应用，２００４，３３（４）：３１—３５．　２００１（２）：８５—８８．　［３］　吴鹏，周晓彤．防老化纳米涂料的抗老化性能研究［Ｊ］．涂料工　业，２００４，３４（１１）：４２—４３．　收稿日期２０１０—０２—２４（修改稿）