1 研究背景
隨著節(jié)能環(huán)保概念的不斷深入，在汽車涂裝生產(chǎn)過程中水性免中涂工藝因其工藝流程短，污染排放降低及能耗低等特點，已逐步成為汽車涂裝工藝設(shè)計首選方案。該工藝的主要流程為：車身處理工藝為脫脂→表調(diào)→磷化→電泳→烘干→電泳打磨→涂膠→膠小烘房→擦凈→面漆B1→面漆B2→水分預(yù)烘干→清漆→清漆烘干→強冷→檢查。
面漆B2涂層主要對顏色效果起支撐作用，實現(xiàn)車身的外觀顏色效果，其噴涂工序大多采用2遍色漆噴涂成膜的方式，噴涂線長度及噴涂機器人數(shù)量也相對增加，導致投資費用相對較高，運行能耗也較大。如B2面漆采用一遍成膜的方式，也達到同樣的外觀效果，將會減少機器人用量和縮短噴漆線長度，極大的降低投資及運行能耗。因此本文主要探討水性免中涂工藝采用面漆一遍成膜的工藝的涂膜外觀質(zhì)量的影響及解決措施。
2面漆一遍成膜的控制難點分析
采用面漆一遍成膜工藝，因色漆一次性上膜較厚，噴涂機器人吐出量相對二遍成膜而言較大，易導致流掛、氣泡及鋁粉的定向排列等顏色效果的實現(xiàn)。具體控制難點如下：
2.1易產(chǎn)生流掛、氣泡、針孔等涂膜弊病
水性免中涂新工藝由于B1、B2和清漆三個涂層均為濕碰濕噴涂，噴涂過程中水分及溶劑揮發(fā)較少，主要依賴B2后的閃干烘房，使得濕膜脫水率達到85%以上。當B2涂層采用一遍噴涂時，B2站濕膜的水分和溶劑更難揮發(fā)，一次上膜膜厚較兩遍噴涂而言，在邊角位置更容易產(chǎn)生流掛、氣泡、針孔等涂膜弊病。為了達到良好的流平外觀并減少涂膜弊病，相較于兩遍噴涂，優(yōu)化仿形軌跡（重點為邊角區(qū)域）及參數(shù)的難度加大。
2.2控制膜厚及色差均勻性難度加大
B2涂層主要用于實現(xiàn)涂膜的顏色效果。當兩遍噴涂改為一遍噴涂時，對機器人仿形及其噴涂過程的一致性要求更高，才能達到膜厚均勻的要求；如典雅白（顏色值L值>85%以上，b值在1.8-2.2之間）等顏色，其顏色遮蓋力差，如若B1、B2站膜厚均一性不好，將嚴重影響其的顏色效果，并導致車身自身色差以及邊角等位置與塑料件的匹配色差。
2.3金屬鋁粉漆的顏色效果實現(xiàn)較為困難
水晶銀、鈦晶灰等金屬鋁粉顏色B2站一般采用兩遍噴涂，以實現(xiàn)其顏色的閃爍效果。若其B2站變?yōu)橐槐閲娡?，在涂料配方不變的情況下，金屬鋁粉的排布會受噴涂方式影響，容易與現(xiàn)有的顏色產(chǎn)生“色差”，如圖1所示，左邊的排布沒有右邊好。
圖1發(fā)花
3面漆一遍成膜的實驗條件
3.1面漆線布置
水性免中涂工藝涂裝生產(chǎn)線噴涂機器人面漆B1站有4臺機器人，面漆B2站6臺機器人，CC站5臺機器人，其中面漆B2站一遍成膜時采用4臺機器人噴涂（另2臺機器人備用），采用兩遍成膜工藝采用3+3臺機器人噴涂。因此在車型相同、重涂率相同的情況下，采用兩遍成膜工藝的噴涂機器人TCP速度會相對較高。
3.2機器人軌跡調(diào)整
為實現(xiàn)面漆B2一遍成膜的整車噴涂驗證，經(jīng)過對機器人仿形軌跡進行了系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整，重點關(guān)注邊角等區(qū)域，經(jīng)調(diào)整后的機器人仿形（以瑞風S5為例）如下圖2所示：
圖2噴涂機器人一遍成膜水平面與垂直面示例
3.3涂料基本參數(shù)
表1水性免中涂工藝涂料基本參數(shù)及涂膜厚度一覽表
|
涂層 |
顏色 |
配套B1 |
施工膜厚/μm |
固體份/% |
|
B1 |
淺灰 |
--- |
16-20 |
41 |
|
中灰 |
--- |
16-20 |
32 |
|
|
深灰 |
--- |
15-18 |
29 |
|
|
B2 |
水晶銀、鈦晶灰 |
中灰 |
10-16 |
18 |
|
典雅白 |
淺灰 |
16-20 |
41 |
|
|
炫酷黑 |
深灰 |
10-13 |
19 |
|
|
拉菲紅 |
中灰 |
10-16 |
18 |
|
|
CC |
透明清漆 |
|
45-55 |
58* |
說明：58*:按主劑：固化劑混合體積比3:1，配比后的固體份含量。
4面漆一遍成膜對不同顏色的涂膜外觀質(zhì)量影響
為驗證面漆一遍成膜可能對涂膜外觀質(zhì)量造成的影響，對不同類型的面漆涂料（按涂料的效果顏料進行分類）進行實車噴涂驗證，通過對工藝參數(shù)進行調(diào)整，達到車身所需的各道涂層涂膜厚度后，觀察面漆一遍成膜與兩遍成膜之間的外觀數(shù)據(jù)差異。
在本文中以汽車常用的三種類型的涂料所對應(yīng)的經(jīng)典的三個顏色(白、黑、銀）進行技術(shù)研究。
4.1實色漆
區(qū)別于金屬漆，只含有傳統(tǒng)的有機或無機顏料的色漆，如汽車車身上常用的典雅白等顏色。本文以典雅白為例進行實色漆面漆B2一遍成膜的工藝探討：
4.1.1 B2兩遍成膜與B2一遍成膜工藝參數(shù)
表2典雅白B2兩遍成膜與B2一遍成膜工藝參數(shù)
|
噴涂涂層 |
旋杯轉(zhuǎn)速 |
內(nèi)成形空氣 |
外成形空氣 |
吐出量 |
電壓 |
槍距 |
|
B2（兩遍） |
50 |
200 |
600 |
240-280 |
70 |
250 |
|
B2（一遍） |
50 |
550 |
380 |
320 |
70 |
250 |
一遍成膜與兩遍成膜的成形空氣設(shè)置值發(fā)生變化，由小噴幅調(diào)整為大噴幅，可實現(xiàn)降低污染，同時一遍成膜的吐出量要高于兩遍成膜的吐出量。
4.1.2典雅白B2兩遍成膜與B2一遍成膜車外觀比較
經(jīng)過機器人仿形優(yōu)化調(diào)試，典雅白顏色一遍成膜的外觀及色差與兩遍成膜基本保持一致，具體數(shù)值見下表3。
表3水性免中涂工藝典雅白涂膜色差及外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)
|
車身位置 |
B2二遍成膜錯位噴 |
B2一遍成膜錯位噴 |
色差 |
||||||
|
DOI |
L.W |
S.W |
G20° |
DOI |
L.W |
S.W |
G20° |
△b* |
|
|
引擎蓋 |
92.1 |
2.9 |
13.7 |
91.6 |
89.6 |
3.2 |
18.5 |
91.0 |
-0.08 |
|
左、右前翼子板 |
91.5 |
8.9 |
15.1 |
91.5 |
88.6 |
9.1 |
16.4 |
89.7 |
0.04 |
|
左、右前門 |
90.5 |
7.2 |
18.0 |
91.3 |
89.6 |
8.6 |
17.9 |
90.4 |
0.04 |
|
左、右后門 |
92.1 |
7.9 |
13.7 |
91.6 |
89.7 |
8.7 |
18.5 |
91.6 |
0.04 |
|
左、右后翼子板 |
91.4 |
5.4 |
15.9 |
90.0 |
90.8 |
8.2 |
16.9 |
91.5 |
0.02 |
|
尾門 |
92.4 |
7.0 |
14.9 |
90.8 |
89.2 |
8.2 |
20.7 |
89.8 |
-0.08 |
說明：△b*對應(yīng)45度的b值色差檢測數(shù)據(jù)。
4.1.3典雅白面漆B2一遍成膜應(yīng)用的建議措施
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及實車驗證，以典雅白為代表的實色漆是完全可以采用面漆B2一遍成膜的工藝，但在實際應(yīng)用過程中，還應(yīng)考慮如下建議措施：
考慮到典雅白的遮蓋力差，對量產(chǎn)車發(fā)生顏色匹配問題的A柱、后視鏡、前后翼子板、人工交界處等部位重點關(guān)注仿形細化及顏色效果，設(shè)定獨立噴涂參數(shù)刷，整車膜厚多次確認保證整車顏色一致性。
通過將B2涂層的膜厚由16-20μm提升至18-22微米，減少典雅白遮蓋問題對整車顏色的影響，將整車顏色控制范圍由原先的b值-0.3提升至0值，與保杠等的b值正向走向進行匹配。
4.2珠光漆
珠光漆是指含有主要以云母效應(yīng)顏料為主實現(xiàn)金屬效果的色漆，如汽車車身常用的炫酷黑等顏色。
4.3.2炫酷黑噴涂方式與噴涂參數(shù)比較
表4炫酷黑B2兩遍成膜與B2一遍成膜工藝參數(shù)
|
噴涂涂層 |
旋杯轉(zhuǎn)速 |
內(nèi)成形空氣 |
外成形空氣 |
流量 |
電壓 |
槍距 |
|
B2（S5） |
50 |
600 |
350 |
290 |
70 |
250 |
|
B2（一遍） |
50 |
600 |
420 |
450 |
70 |
250 |
參數(shù)設(shè)置變化較小，在生產(chǎn)程序基礎(chǔ)上，針對門把手及裙邊等位置設(shè)置獨立的噴涂刷，降低吐出量設(shè)置。
4.2.3炫酷黑B2兩遍成膜與B2一遍成膜車外觀比較
經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試，B2炫酷黑顏色一遍成膜的色差及外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)與兩遍成膜的狀態(tài)基本一致，具體見下表5。
表5水性免中涂工藝炫酷黑涂膜色差及外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)
|
車身位置 |
B2兩遍成膜 |
B2一遍成膜 |
色差 |
||||||
|
DOI |
L.W |
S.W |
G20° |
DOI |
L.W |
S.W |
G20° |
△L* |
|
|
引擎蓋 |
93.7 |
3.7 |
18.5 |
89.5 |
92.0 |
3.8 |
19.2 |
90.3 |
0.47/0.44 |
|
左右翼子板 |
91.7 |
10.1 |
20.2 |
90.1 |
90.2 |
10.5 |
21.9 |
86.3 |
-0.14/-0.03 |
|
左右前門 |
92.2 |
8.0 |
20.3 |
90.3 |
91.3 |
7.8 |
19.6 |
90.1 |
0.27/0.69 |
|
左右后門 |
92.5 |
9.5 |
21.5 |
90.5 |
92.2 |
9.6 |
19.1 |
90.6 |
-0.1/0.33 |
|
左、右后翼子板 |
92.3 |
8.0 |
20.4 |
90.4 |
91.7 |
7.2 |
18.8 |
90.2 |
-0.42/-0.15 |
|
尾門 |
92.1 |
5.4 |
20.1 |
90.4 |
91.6 |
5.7 |
19.7 |
90.6 |
0.5/-0.3 |
說明：針對炫酷黑，重點控制25°/45°L值。
4.2.3炫酷黑面漆B2一遍成膜應(yīng)用過程的建議措施
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及實車驗證，以炫酷黑為代表的珠光漆漆也是可以采用面漆B2一遍成膜的工藝，但在實際應(yīng)用過程中，還應(yīng)考慮如下建議措施：
珠光粉的顆粒較大，外觀橘皮數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)偏差，數(shù)據(jù)會稍偏大，可以通過降低粘度等措施來提高流動性，改善涂膜外觀。
4.3金屬漆
金屬漆主要是指含有各類效應(yīng)顏料（鋁粉，云母）以達到金屬效果的色漆，金屬閃爍效果較為明顯，如一般汽車車身所用的水晶銀等。
4.3.1噴涂方式與噴涂參數(shù)比較
表6水晶銀B2兩遍成膜與B2一遍成膜工藝參數(shù)
|
噴涂涂層 |
旋杯轉(zhuǎn)速 |
內(nèi)成形空氣 |
外成形空氣 |
流量 |
電壓 |
槍距 |
|
B2（兩遍） |
55 |
200 |
600 |
240-250 |
70 |
250 |
|
B2（一遍） |
50 |
550 |
380 |
300 |
70 |
250 |
采用一遍成膜后，成形空氣的設(shè)置值發(fā)生變化，由小噴幅調(diào)整為大噴幅，可降低旋杯污染，吐出量相對一遍成膜增加。旋杯轉(zhuǎn)速由55krpm降低至50krpm，加上成形空氣為內(nèi)環(huán)控制，可減少漆霧反彈及污染。
4.3.2量產(chǎn)車與B2一遍成膜車外觀比較
經(jīng)過優(yōu)化調(diào)試，B2水晶銀顏色一遍成膜錯位噴涂的外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)如表7。
表7水性免中涂工藝水晶銀涂膜外觀質(zhì)量數(shù)據(jù)
|
車身位置 |
B2兩遍成膜 |
B2一遍成膜 |
||||||
|
DOI |
L.W |
S.W |
G20° |
DOI |
L.W |
S.W |
G20° |
|
|
引擎蓋 |
86.0 |
3.0 |
17.9 |
94.9 |
84.0 |
5.5 |
24.6 |
93.6 |
|
左、右翼子板 |
82.6 |
5.6 |
19.6 |
94.4 |
82.9 |
11.5 |
24.5 |
91.4 |
|
左、右前門 |
85.9 |
5.6 |
18.8 |
95.1 |
92.8 |
9.5 |
27.1 |
93.6 |
|
左、右后門 |
86.7 |
6.2 |
17.3 |
94.6 |
83.8 |
9.5 |
29.3 |
93.4 |
|
左后翼子板 |
85.2 |
4.7 |
18.3 |
94.6 |
83.6 |
8.6 |
27.6 |
92.1 |
|
尾門 |
84.9 |
7.1 |
15.4 |
95.2 |
92.4 |
7.5 |
28.6 |
93.1 |
B2水晶銀顏色一遍成膜噴涂的外觀較兩遍成膜的涂膜DOI和光澤值保持一致，桔皮的長短波值有變化，尤其為短波數(shù)值增大較多，其原因在于水晶銀漆為金屬鋁粉漆，當調(diào)整為一遍噴涂時，機器人的吐出量增大，涂料的霧化效果及鋁粉排布發(fā)生變化，不僅影響了顏色效果，也使得桔皮短波變大，但SW總體數(shù)據(jù)沒有超出30。
但對于金屬漆而言，采用一遍成膜還需要重點關(guān)注涂膜顏色數(shù)據(jù)（3個角度）的變化情況，經(jīng)檢測，采用一遍成膜后涂膜的45°、75°明暗度及a值發(fā)生了較大變化，顏色變化如下表8所示。
表8水性免中涂工藝水晶銀涂膜顏色數(shù)據(jù)
|
顏色 |
顏色數(shù)據(jù) |
|||
|
角度 |
L |
a |
b |
|
|
水晶銀（兩遍） |
25° |
102.43 |
-0.65 |
-1.00 |
|
45° |
63.60 |
-0.58 |
-1.40 |
|
|
75° |
41.61 |
-0.68 |
-1.50 |
|
|
水晶銀（一遍） |
25° |
99.60 |
-0.93 |
-0.86 |
|
45° |
67.76 |
-0.93 |
-1.37 |
|
|
75° |
45.01 |
-0.87 |
-1.72 |
|
其中：45°、75°的L值明顯變大
4.3.3金屬漆面漆B2一遍成膜應(yīng)用過程的建議措施
因此針對以銀色漆為代表的金屬漆，如實現(xiàn)一遍成膜，必須考慮如下建議措施：
要充分評估外觀質(zhì)量（長短波）是否滿足要求，對于卡車或質(zhì)量要求相對不高的產(chǎn)品而言，一遍成膜的外觀質(zhì)量是可以接受的。
顏色效果實現(xiàn)問題：可在金屬漆顏色開發(fā)過程中即按一遍成膜的方式進行涂料開發(fā)工作，并允許生產(chǎn)顏色根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試情況進行微調(diào)。
要充分關(guān)注噴涂過程的重涂率，要確保按66%-75%的重涂率進行整車噴涂，防止出現(xiàn)金屬漆出現(xiàn)發(fā)花問題。
5存在的問題及提升措施
總體而言：水性免中涂面漆B2一遍成膜，從產(chǎn)品物理機械性能而言，與面漆B2兩遍成膜并無不同。它所帶來的主要問題是產(chǎn)品施工環(huán)節(jié)和顏色效果上。
5.1存在問題
（1）在施工環(huán)節(jié)方面：由于一遍成膜，單道所需流量加大，對于設(shè)備能力有要求，當需要旋杯高轉(zhuǎn)速時，流量不宜過高。另外由于一遍成膜，濕膜膜厚較厚，增加了產(chǎn)品流掛，針孔，發(fā)花，氣泡等漆膜缺陷的發(fā)生概率。
（2）基于施工的局限性，在產(chǎn)品開發(fā)上，顏色開發(fā)也受到制約。
5.2采用一遍成膜的情況下，從涂料角度可以采取如下措施可以實現(xiàn)外觀要求或提高涂膜外觀質(zhì)量：
從涂料開發(fā)而言，如果由于高流量影響了霧化效果，可以嘗試適當提高材料固體份。但是對于一個固定體系的油漆而言，提高固體份的空間有限。
從涂料開發(fā)角度，可以通過調(diào)整樹脂比例有效的降低材料的觸變性或?qū)τ谝呀?jīng)固定的材料，可以通過降低粘度等措施來提高流動性，但同時具有流掛風險。
對于金屬漆而言，金屬效果和改善流平達到的良好外觀相互制約。
6結(jié)語
水性免中涂涂裝工藝已在我們公司投入使用，通過一年多的不斷工藝調(diào)試工藝優(yōu)化工作，目前我們已實現(xiàn)了新工藝部分顏色面漆B2一遍成膜的生產(chǎn)，外觀數(shù)據(jù)穩(wěn)定，質(zhì)量狀態(tài)良好。本文結(jié)合現(xiàn)場工藝調(diào)試及優(yōu)化，從技術(shù)研究角度對水性免中涂面漆B2一遍成膜進行了施工性、外觀質(zhì)量、色差等進行了分析，為同行業(yè)推廣應(yīng)用此工藝提供有一定參考。
原文刊登于《現(xiàn)代涂料與涂裝》期刊2014年第7期，作者為安徽江淮汽車股份有限公司工藝工程院的邢汶平、張作洋、葛飛，應(yīng)廣大讀者要求，在本刊微信公眾平臺分享。
掃一掃，關(guān)注公眾號