邢汶平，葛菲，邱昌勝

（安徽江淮汽車股份有限公司工藝工程院，安徽 合肥 230601）

水性免中涂涂裝工藝研究

邢汶平*，葛菲，邱昌勝

（安徽江淮汽車股份有限公司工藝工程院，安徽 合肥 230601）

在汽車涂裝中，水性免中涂涂裝工藝因工藝流程少、污染排放和能耗低而受到愈來(lái)愈多的關(guān)注，它將成為今后汽車涂裝的主流。本文從涂膜性能指標(biāo)、面漆顏色效果、閃干流平時(shí)間和清漆設(shè)計(jì)等方面對(duì)水性免中涂涂裝工藝進(jìn)行了研究，分析了清漆厚度、第2道面漆的噴涂遍數(shù)、中間閃干流平時(shí)間和旋杯型號(hào)選擇對(duì)汽車外觀質(zhì)量的影響以及存在的問題，獲得了實(shí)現(xiàn)最佳外觀的汽車水性免中涂涂裝工藝方案。

汽車涂裝；水性涂料；免中涂工藝；涂膜外觀

1 前言

傳統(tǒng)3C2B(將中涂 + 色漆 + 清漆稱為3C，中涂及面漆烘干稱為 2B)水性漆涂裝工藝為：前處理─電泳─電泳烘干─涂膠─涂膠烘干─中涂─中涂烘干─面漆─清漆─面漆烘干─打磨拋光─小修─大返修─交驗(yàn)。水性免中涂涂裝工藝(簡(jiǎn)稱B1:B2工藝)在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上取消了中涂及中涂烘干，以噴涂二道面漆層(分別用B1、B2表示)達(dá)到中涂+面漆的效果，在保證涂膜質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)了縮短工藝流程、降低污染排放、節(jié)約能耗的目的。水性免中涂工藝與傳統(tǒng)工藝對(duì)比見表1，其工藝流程為：前處理─電泳─電泳烘干─強(qiáng)冷─打磨─打膠─膠烘干─面漆 B1─面漆B2─預(yù)烘干─清漆─烘干─強(qiáng)冷─檢查。

關(guān)于水性免中涂工藝，不同的涂料廠商其命名不同。巴斯夫稱為IPⅡ集成工藝，PPG稱為B1B2緊湊型工藝，杜邦稱為Eco-concept工藝。從技術(shù)路線上分析：IPⅡ集成工藝與B1B2緊湊型工藝具有較強(qiáng)的相似性，可以實(shí)現(xiàn)混線生產(chǎn)。從工藝布局及工藝流程的角度而言，IPⅡ集成工藝、B1B2緊湊型工藝與Eco-concept工藝之間都有所區(qū)別。本文主要探討B(tài)1:B2 工藝對(duì)汽車外觀質(zhì)量的影響。

表1 3種涂裝工藝的比較Table 1 Comparison between three kinds of coating processes

2 水性免中涂工藝設(shè)計(jì)

2. 1 汽車涂膜關(guān)鍵性能指標(biāo)

與傳統(tǒng)3C2B水性漆工藝相比，水性免中涂工藝更需要關(guān)注的性能指標(biāo)見表2。

表2 B1:B2涂裝工藝重點(diǎn)關(guān)注的性能指標(biāo)Table 2 Performance indexes emphatically focused in B1:B2 coating process

傳統(tǒng)工藝中，中涂層主要起防紫外線輻射及抗石擊作用。在防紫外線輻射方面，中涂層保護(hù)鋼板表面的磷化、電泳涂層，防止紫外線透過(guò)表面涂層達(dá)到電泳層，使電泳漆膜中的環(huán)氧樹脂吸收能量后發(fā)生粉化。能引起電泳涂層粉化的光譜主要集中在280 ～ 400 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紫外區(qū)域以及 400 nm以上的可見光區(qū)域。在抗石擊性能方面，有一定膜厚的中涂層對(duì)石擊等硬體撞擊有一定的吸能及緩沖作用，起到保護(hù)整體涂層附著力的作用。

水性免中涂工藝取消了中涂層，總體膜厚削弱，其技術(shù)難點(diǎn)在于如何在其他涂層上保有中涂層的防紫外線輻射及抗石擊性能。通常顏料或清漆中的抗 UV成分可吸收380 nm以內(nèi)的短波輻射，因此在水性免中涂中調(diào)整原有面漆中的顏料及添加劑的配方，在噴涂過(guò)程中嚴(yán)格控制各涂層膜厚，用于阻擋280 ～ 400 nm范圍內(nèi)的光對(duì)涂層的輻射，并且油漆原料(包括 B1、B2和清漆)選擇聚酯類樹脂及三聚氰胺交聯(lián)劑，使得復(fù)合涂層柔韌性更好，對(duì)沖擊力的緩沖擴(kuò)散更為容易。

2. 2 面漆的顏色效果

在傳統(tǒng)水性漆噴涂工藝中，面漆多采用杯+杯的兩道噴涂方式。其中，第1道起上膜遮蓋的作用，第2道旨在調(diào)整旋杯狀態(tài)，使金屬色漆的鋁粉排列統(tǒng)一。

水性免中涂中B1涂層主要起底色及中涂作用，推薦使用淺灰、黑、白、紅4色B1涂料，可實(shí)現(xiàn)與所有面漆B2顏色的配套，以保證顏色遮蓋力并降低涂料消耗；B2涂層主要對(duì)顏色效果起支撐作用。B2層的噴涂方式對(duì)素色漆來(lái)講影響較小，但對(duì)金屬顏色來(lái)說(shuō)，會(huì)決定其鋁粉排列狀態(tài)。若B2采用一道噴涂，會(huì)導(dǎo)致部分鋁粉排列效果不理想，輕者造成鋁粉粗糙、橘皮較大(目測(cè))，重者導(dǎo)致發(fā)花、陰陽(yáng)面等。故涂料廠家多推薦在金屬銀粉漆等顏色的B2噴涂上采用2遍噴涂的模式，以保證外觀顏色效果。

2. 3 閃干流平時(shí)間的設(shè)計(jì)

水性免中涂工藝中，B1、B2和清漆基本為濕碰濕噴涂，在B1與B2間有4 ～ 5 min的流平時(shí)間(多為內(nèi)腔噴涂區(qū)域)，B2與清漆間設(shè)有預(yù)烘房，這就要求B1閃干時(shí)達(dá)到85% ～ 95%的失水率，B2閃干時(shí)達(dá)到85% ～93%的失水率，以滿足涂膜的烘干需求。因此，B1層的涂料應(yīng)設(shè)計(jì)為較高的施工固體分，以保障B1層一次噴涂膜厚在15 ～ 18 μm，并在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到快速閃干。另外，B1、B2和清漆還要通過(guò)助劑及閃干特性達(dá)到控制層間獨(dú)立性及防互咬的目的，以保證最終的涂膜狀態(tài)。

2. 4 清漆的選擇

水性免中涂工藝推薦使用雙組分(2K)清漆，2K清漆在不同粗糙度底材上較之單組分(1K)清漆對(duì)DOI(鮮映性)的反映要好。由于 B1B2工藝少一層中涂，其噴涂清漆前的表面粗糙狀態(tài)略差于傳統(tǒng)工藝，加上 B1B2層高施工固體分及高失水性，更需要采用2K清漆，以消除底材粗糙度的影響。

3 水性免中涂工藝汽車外觀質(zhì)量的影響因素

為了推行水性免中涂工藝，筆者對(duì)涂料本身的設(shè)計(jì)和選型進(jìn)行了很多改良，以保證水性免中涂工藝的涂膜性能質(zhì)量能夠達(dá)到現(xiàn)有汽車廠商的要求。但是，還有一個(gè)影響水性免中涂工藝推行的重要因素，那就是在削減膜厚、降低成本后，其涂膜外觀質(zhì)量是否能夠達(dá)到傳統(tǒng)水性 3C2B工藝的標(biāo)準(zhǔn)、滿足消費(fèi)者的需求？針對(duì)這一情況，在保證涂料質(zhì)量的前提下，從影響涂膜外觀的工藝參數(shù)、工藝條件及設(shè)備等幾大因素進(jìn)行了外觀噴涂試驗(yàn)研究，主要考察 DOI、橘皮、色差等參數(shù)，為廣大汽車廠商提供借鑒。

3. 1 清漆膜厚對(duì)外觀的影響

采用Durr的Ecobell2旋杯進(jìn)行噴涂，B2涂層采用兩遍噴涂(旋杯轉(zhuǎn)速50 000 r/min)，排除底材平整度對(duì)外觀的影響，考察不同清漆涂膜厚度下的外觀表現(xiàn)，結(jié)果見表3。由表3可見，提高清漆膜厚可以有效改善垂直面涂膜的長(zhǎng)短波，膜厚達(dá)到50 μm以上時(shí)，外觀數(shù)據(jù)已趨于穩(wěn)定，并接近產(chǎn)品的外觀質(zhì)量要求。因此，建議施工清漆膜厚控制在50 μm以上，可使涂膜外觀維持較好的效果。

表3 不同清漆厚度下的橘皮數(shù)據(jù)Table 3 Data of orange peel at different varnish thicknesses

在清漆涂層一次成膜達(dá)到50 μm以上的情況下，由于車身曲面較多以及靜電的邊角效應(yīng)等影響，在車身上較易產(chǎn)生流掛、肥邊等質(zhì)量問題。因此，在考慮設(shè)備投資的情況下，可選用水平面 1遍噴涂、垂直面 2遍噴涂的工藝，以控制清漆噴涂膜厚，從而獲得良好的外觀效果。

3. 2 工藝條件及設(shè)備的影響

3. 2. 1 B2涂層的噴涂遍數(shù)(1coat/2coat)

采用ABB的RB1000旋杯進(jìn)行垂直面噴涂，B2涂層分別按一遍噴涂與兩遍噴涂的方案進(jìn)行試驗(yàn)，兩遍B2之間的閃干時(shí)間為60 s，清漆均采用兩遍噴涂工藝，則銀色漆和紅色漆噴涂工藝參數(shù)見表 4，色差、DOI及橘皮測(cè)試結(jié)果見表5。

表4 銀色漆和紅色漆的施工參數(shù)Table 4 Construction parameters for silver and red paints

表5 2種涂料的色差、DOI及橘皮測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of color difference, DOI, and orange peel of two types of paints

分析銀色數(shù)據(jù)，B2兩遍噴涂的鋁粉排列較一遍噴涂的好，呈現(xiàn)小角度亮度高、大角度亮度低的結(jié)果，表明鋁粉水平排布的多，這與實(shí)際目視情況一致。另外，在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，B2兩遍噴涂比一遍噴涂的外觀好，B2一遍噴涂的鋁粉排列不佳，導(dǎo)致目視外觀粗糙，帶有暗紋，而兩遍噴涂的銀色板鋁粉細(xì)膩，光澤一致。

分析紅色數(shù)據(jù)，B2兩遍噴涂的顏色比一遍噴涂的更飽滿，明暗度略高，彩度相差不大，一遍噴涂的顏色略顯單薄。

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，B2的噴涂遍數(shù)對(duì)外觀的鮮映性和橘皮影響較小(尤其是素色漆以及珠光漆)，但對(duì)金屬色漆的明暗度影響大，金屬感愈強(qiáng)的顏色，目視差異會(huì)愈明顯。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，需要根據(jù)顏色效果的差異設(shè)計(jì)B2的噴涂遍數(shù)。建議金屬感強(qiáng)或顏色鮮艷的金屬色使用2遍噴涂。

3. 2. 2 中間閃干流平時(shí)間的影響

采用ABB的RB1000旋杯進(jìn)行垂直面噴涂，B2和清漆均采用兩遍噴涂，具體噴涂參數(shù)見表4，2種工藝設(shè)計(jì)的閃干流平時(shí)間a和b的比較如下：

不同流平時(shí)間下，2種涂料的色差、DOI及橘皮數(shù)據(jù)見表6。

比較a和b兩種閃干流平時(shí)間下的涂膜外觀可知，不同的閃干流平時(shí)間對(duì)顏色和鮮映性基本無(wú)影響，但對(duì)橘皮長(zhǎng)短波有較小的影響，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合涂料需求進(jìn)行生產(chǎn)線的排布。

表6 2種涂料在不同流平時(shí)間的色差、DOI及橘皮數(shù)據(jù)Table 6 Data for color difference, DOI, and orange peel of two types of paints at different leveling time

3. 2. 3 旋杯型號(hào)(Durr Ecobell2和ABB RB1000)的影響

結(jié)合3.2.1的B2噴涂遍數(shù)影響因素的內(nèi)容，機(jī)器人旋杯的選型也會(huì)對(duì)涂膜外觀產(chǎn)生一定影響，尤其是金屬色漆的B2噴涂。目前，較通用的旋杯型號(hào)為Durr的Ecobell2和ABB的RB1000，兩種旋杯的噴涂方式及霧化機(jī)理之間存在差異，對(duì)顏色效果的實(shí)現(xiàn)會(huì)有一定的影響。故在開發(fā)新顏色時(shí)，應(yīng)根據(jù)所用噴涂工藝及噴涂旋杯型號(hào)進(jìn)行研究。

4 水性免中涂工藝外觀實(shí)現(xiàn)方法

結(jié)合上述對(duì)水性免中涂工藝外觀質(zhì)量影響因素的分析，推薦最佳的外觀實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1) 降低底材的表觀粗糙度，選擇高質(zhì)量外觀的電泳漆，控制電泳后粗糙度≤0.2(取樣長(zhǎng)度為0.8 mm)。

(2) 金屬感強(qiáng)及顏色鮮艷的金屬色，可采用B2涂層兩遍噴涂的方式以實(shí)現(xiàn)顏色效果，并注意控制B2噴涂的旋杯轉(zhuǎn)速等參數(shù)設(shè)置。素色漆采用一遍或兩遍噴涂方式皆可。

(3) 使用2K清漆，建議膜厚控制在50 μm以上，在控制成本的基礎(chǔ)上可達(dá)到良好的外觀效果，且推薦清漆 2遍噴涂?？紤]到設(shè)備投資，則可采用水平面一遍噴涂，垂直面兩遍噴涂的方式較為穩(wěn)妥。

(4) 在滿足濕碰濕要求的前提下，可適當(dāng)延長(zhǎng)涂層的閃干時(shí)間。

5 存在的問題

(1) 2K清漆工藝難點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)使用2K清漆主要為保險(xiǎn)杠涂裝，整車使用2K清漆的案例較少。由于2K清漆需要雙組分混合，所使用的機(jī)器人配備的混合器及相應(yīng)固化劑管路的日常清洗、保養(yǎng)比一般的機(jī)器人都復(fù)雜，且一旦有空氣及水泄漏，會(huì)導(dǎo)致清漆固化，堵塞管道。故在選用2K清漆的生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，控制2K清漆機(jī)器人的管路狀態(tài)及清洗狀態(tài)，防止漏氣漏水導(dǎo)致的管道堵塞。

(2) 材料成本劣勢(shì)。由于2K清漆存在作為固化劑的B組分，其價(jià)格略高于清漆本身，且2K清漆膜厚需保持在50 μm左右，才能達(dá)到橘皮最佳效果，故會(huì)造成成本較高。同時(shí)，B1、B2等材料的國(guó)產(chǎn)化還需要一定的周期，前期需依靠進(jìn)口。

(3) 垂直面的橘皮情況。本輪實(shí)驗(yàn)垂直面的SW/LW略偏高，并且與水平面的外觀數(shù)據(jù)差異極為明顯，可能是受實(shí)驗(yàn)板及實(shí)驗(yàn)板電泳涂層的影響，后期仍需進(jìn)一步開展試驗(yàn)分析驗(yàn)證，并最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)外觀質(zhì)量的提升。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，全球已有戴姆勒克萊斯勒不來(lái)梅工廠、寶馬美國(guó)(Spartanburg)工廠等多個(gè)工廠采用水性免中涂工藝，國(guó)內(nèi)眾多汽車廠也越來(lái)越關(guān)注水性免中涂工藝的發(fā)展。由全球市場(chǎng)來(lái)看，水性免中涂新工藝憑借其響應(yīng)節(jié)能環(huán)保的主題和降低成本等諸多優(yōu)勢(shì)，必將迅速在國(guó)內(nèi)普及。本文僅從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究角度，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)的需要，對(duì)影響水性免中涂工藝外觀質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，以促進(jìn)水性免中涂工藝在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用。

[ 編輯：韋鳳仙 ]

Study on water-based midcoat-free coating process //

XING Wen-ping*, GE Fei, QIU Chang-sheng

In automobile coating, water-based midcoat-free coating process has aroused more and more attention and will became the mainstream for the future due to its shortened process flow, less pollution discharge, and lower energy consumption. In this article, the water-based midcoatfree coating process was studied from aspects of coating performance indexes, topcoat color effect, flash leveling time, and varnish design, etc. The influence of varnish thickness, spraying number for the second topcoat, medium flash leveling time, and rotary cup selection on the automobile appearance quality and some existing problems were analyzed. A scheme for realization of optimal automobile appearance by using the water-based midcoatfree coating process was obtained.

automobile coating; waterborne paint; midcoatfree process; film appearance

Technological Center, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Hefei 230601, China

TQ639.2

A

1004 – 227X (2012) 06 – 0062 – 04

2012–02–08

2012–02–27

邢汶平（1975–），女，湖北黃梅人，高級(jí)工程師，涂裝工藝部技術(shù)總監(jiān)，研究方向?yàn)槠囃垦b工藝技術(shù)及材料。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) jacxingwp@126.com。