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      水性免中涂工藝的色漆一遍成膜的技術研究

      時間:2017-10-25 來源:《現代涂料與涂裝》期刊2014年第7期

        

      1 研究背景

      隨著節能環保概念的不斷深入,在汽車涂裝生產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→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。具體控制難點如下:

      2.1易產生流掛、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,一次上膜膜厚較兩遍噴涂而言,在邊角位置更容易產生流掛、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,優化仿形軌跡(重點為邊角區域)及參數的難度加大。

      2.2控制膜厚及色差均勻性難度加大

      B2涂層主要用于實現涂膜的最終顏色效果。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,將嚴重影響其最終的顏色效果,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,以實現其顏色的閃爍效果。若其B2站變為一遍噴涂,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,容易與現有的顏色產生“色差”,如圖1所示,左邊的排布沒有右邊好。

      圖1發花

      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機器人軌跡調整

      為實現面漆B2一遍成膜的整車噴涂驗證,經過對機器人仿形軌跡進行了系統優化調整,重點關注邊角等區域,經調整后的機器人仿形(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

      表1水性免中涂工藝涂料基本參數及涂膜厚度一覽表

      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量影響

      為驗證面漆一遍成膜可能對涂膜外觀質量造成的影響,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,通過對工藝參數進行調整,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據差異。

      在本文中以汽車最為常用的三種類型的涂料所對應的最經典的三個顏色(白、黑、銀)進行技術研究。

      4.1實色漆

      區別于金屬漆,只含有傳統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

      表2典雅白B2兩遍成膜與B2一遍成膜工藝參數

      噴涂涂層

      旋杯轉速
      /krpm

      內成形空氣
      /NL

      外成形空氣
      /NL

      吐出量
      cc/min

      電壓
      /kV

      槍距
      /mm

      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置值發生變化,由小噴幅調整為大噴幅,可實現降低污染,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

      經過機器人仿形優化調試,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量數據

      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45度的b值色差檢測數據。

      4.1.3典雅白面漆B2一遍成膜應用的建議措施

      根據試驗數據及實車驗證,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,但在實際應用過程中,還應考慮如下建議措施:

      考慮到典雅白的遮蓋力差,對量產車發生顏色匹配問題的A柱、后視鏡、前后翼子板、人工交界處等部位重點關注仿形細化及顏色效果,設定獨立噴涂參數刷,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顏料為主實現金屬效果的色漆,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比較

      表4炫酷黑B2兩遍成膜與B2一遍成膜工藝參數

      噴涂涂層

      旋杯轉速
      /krpm

      內成形空氣
      /NL

      外成形空氣
      /NL

      流量
      cc/min

      電壓
      /kV

      槍距
      /mm

      B2(S5)

      50

      600

      350

      290

      70

      250

      B2(一遍)

      50

      600

      420

      450

      70

      250

      參數設置變化較小,在生產程序基礎上,針對門把手及裙邊等位置設置獨立的噴涂刷,降低吐出量設置。

      4.2.3炫酷黑B2兩遍成膜與B2一遍成膜車外觀比較

      經過優化調試,B2炫酷黑顏色一遍成膜的色差及外觀質量數據與兩遍成膜的狀態基本一致,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量數據

      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B2一遍成膜應用過程的建議措施

      根據試驗數據及實車驗證,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,但在實際應用過程中,還應考慮如下建議措施:

      珠光粉的顆粒較大,外觀橘皮數據可能會出現偏差,數據會稍偏大,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比較

      表6水晶銀B2兩遍成膜與B2一遍成膜工藝參數

      噴涂涂層

      旋杯轉速
      /krpm

      內成形空氣
      /NL

      外成形空氣
      /NL

      流量
      cc/min

      電壓
      /kV

      槍距
      /mm

      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,成形空氣的設置值發生變化,由小噴幅調整為大噴幅,可降低旋杯污染,吐出量相對一遍成膜增加。旋杯轉速由55krpm降低至50krpm,加上成形空氣為內環控制,可減少漆霧反彈及污染。

      4.3.2量產車與B2一遍成膜車外觀比較

      經過優化調試,B2水晶銀顏色一遍成膜錯位噴涂的外觀質量數據如表7。

      表7水性免中涂工藝水晶銀涂膜外觀質量數據

      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,尤其為短波數值增大較多,其原因在于水晶銀漆為金屬鋁粉漆,當調整為一遍噴涂時,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總體數據沒有超出30。

      但對于金屬漆而言,采用一遍成膜還需要重點關注涂膜顏色數據(3個角度)的變化情況,經檢測,采用一遍成膜后涂膜的45°、75°明暗度及a值發生了較大變化,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據

      顏色

      顏色數據

      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,如實現一遍成膜,必須考慮如下建議措施:

      要充分評估外觀質量(長短波)是否滿足要求,對于卡車或質量要求相對不高的產品而言,一遍成膜的外觀質量是可以接受的。

      顏色效果實現問題:可在金屬漆顏色開發過程中即按一遍成膜的方式進行涂料開發工作,并允許生產顏色根據現場調試情況進行微調。

      要充分關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,防止出現金屬漆出現發花問題。

      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品施工環節和最終顏色效果上。

      5.1存在問題

      (1)在施工環節方面:由于一遍成膜,單道所需流量加大,對于設備能力有要求,當需要旋杯高轉速時,流量不宜過高。另外由于一遍成膜,濕膜膜厚較厚,增加了產品流掛,針孔,發花,氣泡等漆膜缺陷的發生概率。

      (2)基于施工的局限性,在產品開發上,顏色開發也受到制約。

      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外觀要求或提高涂膜外觀質量:

      從涂料開發而言,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。

      從涂料開發角度,可以通過調整樹脂比例最大限度的降低材料的觸變性或對于已經固定的材料,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試工藝優化工作,目前我們已實現了新工藝部分顏色面漆B2一遍成膜的生產,外觀數據穩定,質量狀態良好。本文結合現場工藝調試及優化,從技術研究角度對水性免中涂面漆B2一遍成膜進行了施工性、外觀質量、色差等進行了分析,為同行業推廣應用此工藝提供有一定參考。


      原文刊登于《現代涂料與涂裝》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,應廣大讀者要求,在本刊微信公眾平臺分享。

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