汽车涂装的最新工艺技术及发展趋势

汽车涂装的最新工艺技术及发展趋势上海大众汽车有限公司周杰随着汽车市场竞争的日趋激烈以及环保呼声的日渐增高，汽车涂装在保证高装饰性、高防腐蚀性能的同时，对于环境保护的效果、涂装材料和涂装生产成本以及设备投资也越来越为重视。汽车涂装工艺的发展方向汽车涂装工艺正朝着简化工序、减少设备投资、减少占地面积、提高生产效率、降低能源消耗、减少人员费用等方向发展。传统的汽车涂装工艺如图1所示。图1传统的汽车涂装工艺在涂装工艺体系中，电泳漆的主要作用是防腐蚀，色漆的主要作用是满足用户对不同颜色的需求，清漆的主要作用是耐候、耐紫外线以及提高光亮度，上述三个涂层均是必不可少的。其中，中涂是一个非常重要的涂层，它不仅要有防石击性能，对电泳表面有良好的填充作用，同时还要有一定的耐候性和紫外线隔绝性能来保护电泳漆。目前，人们的研究重点是取消中涂层，而取消中涂层后，可减少VOC排放、减少设备投资和维修保养费用、降低能源消耗以及减少人员费用等。1、PPG的Dura-Prime技术中涂漆中的颜料可防止紫外线辐射对油漆的影响。取消中涂漆后，紫外线辐射会使传统电泳漆产生光氧化分解和粉化，从而造成电泳与面漆的结合力降低，导致面漆层离。通过调整电泳漆配方和工艺参数，PPG公司开发的耐紫外线电泳漆Dura-Prime在防腐蚀和防石击方面与目前使用的电泳＋中涂体系相同，在耐紫外线方面与粉末中涂相似，同时外观质量与目前常规使用的体系接近。PPGDura-Prime电泳漆＋面漆体系与PPG常规电泳＋中涂＋面漆体系在美国佛罗里达高温爆晒后，其在层间附着力方面的对比见表1。从表1可看出，PPGDura-Prime电泳漆＋面漆体系在层间的附着性能方面完全能够达到PPG常规电泳＋中涂＋面漆体系的水平。PPGDura-Prime电泳漆的工艺参数见表2。从表2可看出，Dura-Prime电泳漆的泳透力比ED-6略高，击穿电压相同。Dura-Prime电泳漆需要较高的烘烤温度和漆膜厚度。Dura-Prime电泳漆在日本Otowa的五十铃公司已完成了在线试验，预计今后的应用前景将非常广阔。2、Dupont的Ecoconcept工艺Dupont的Ecoconcept工艺已在德国大众、墨西哥大众、英国的Mini宝马公司试运行，在西班牙SEAT-Martorell公司正式使用。该工艺采用双组份水性色漆来替代中涂，因此使用的底色漆和传统的底色漆相比有所不同，需要使用更多的对紫外线起阻断作用的颜料，如钛白粉和碳黑；同时对铝粉的粒径和形状也有一定的要求。该工艺还在色漆中添加最低0.25%的阻聚胺光稳定剂，同时提高色漆膜厚，可防止紫外线对电泳和色漆的影响。双组份水性色漆的固化剂有两种：异氰酸酯类反应型固化剂和聚氨酯类非反应型固化剂。Ecoconcept工艺与传统工艺的膜厚对比如表3所示。从表3可看出，采用Ecoconcept工艺的油漆总膜厚比传统工艺低30mm左右，但底色漆的膜厚比传统水性底色漆的膜厚要高，其目的是为了隔绝紫外光对电泳涂层的破坏。虽然底色漆的用量有所增加，但由于取消了中涂，每台轿车可节约油漆1.2kg左右。不论是PPG的Dura-Prime技术，还是Dupont的Ecoconcept工艺，由于取消了中涂，对于板材和电泳缺陷的遮盖力相对较弱，而且对于整个涂层的丰满度有一定的影响。因此，实施上述两种工艺技术的前提条件是必须提高白车身的表面质量，减少板材打磨；优化电泳质量，减少电泳表面缺陷，改善电泳漆的流平性；调整色漆和清漆的施工技术，优化油漆外观和流平性；降低PVC密封材料的烘干温度等。3、中涂面漆湿碰湿碰湿工艺（3C1B）在电泳涂层后以“湿碰湿”的方式喷涂中涂、金属色漆和罩光清漆，并一次性烘干的工艺称为3C1B的工艺。3C1B工艺已被福特公司采用，国内南京福特马自达涂装线也即将采用此工艺。与传统的汽车涂装工艺（见图1）相比，该工艺取消了中涂烘干工序，从而减少中涂打磨、擦净和烘干等涂装设备的投资和占地面积，提高生产效率、降低能源消耗。同时，由于无中涂打磨工序，因而节约了打磨所需的人员和辅料费用。在3C1B材料配方中采用了特殊的丙烯酸树脂和高韧性聚酯树脂，通过调整中涂的树脂结构及溶剂来优化固化速率，使之与面漆有良好的湿碰湿涂装性能。同时，涂料粘度和触变性要求尽可能增大，保证在溶剂挥发时产生的湍流对铝粉片定位取向影响程度不致变差。在施工过程中，3C1B工艺对喷漆室环境温度和湿度要求较高。3C1B工艺的技术发展趋势是采用高固体份中涂、高固体份色漆和高固体份清漆，可提高涂装线速度，减少VOC的排放，降低中涂、色漆和清漆涂层之间的混溶。高固体份中涂采用不透明的颜料防止紫外线的辐射，同时由于中涂膜厚高可防止电泳漆受紫外线辐射的影响。汽车涂装设备的发展1、Bell-Bell技术金属色漆的喷涂一般采用ESTA喷涂第一道金属色漆，用自动气喷枪喷涂第二道金属色漆。采用自动气喷枪的目的是提高金属铝粉的闪光效果，同时满足金属色漆的色差要求。但是气喷枪的喷涂效率仅有30%左右，油漆利用率低，而且喷涂过程中漆雾大，过喷漆雾易造成漆膜缺陷，导致油漆返工率的增加。目前的最新发展趋势是采用Metallic-Bell替代气喷枪，ABB、Duerr和Sames公司均有此类喷杯的专利技术。Metallic-Bell的工艺参数如表4所示。从表4可看出，Metallic-Bell的喷杯转速和成型空气量比普通喷杯要大，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，从而可达到与气喷枪相近的闪光效果。采用ESTA/ESTA替代ESTA/Spraymate，油漆利用率可由40%～50%提高至70%～80%，每台车的金属漆用量可减少0.7kg左右，返工率可降低2%～4%。目前，国内已有日系合资企业（如九江昌河铃木）涂装线采用该技术。2、Ro-Dip输送技术Ro-Dip中文可译成全旋反向浸渍输送技术，它是Duerr公司的专利技术。全旋是指车身可以360°自由旋转，反向浸渍是指车身入槽时旋转180°后底部向上，尾部向前反向前进，再旋转180°出槽（如图2所示）。Ro-Dip输送技术解决了悬挂链和双摆链所无法解决的问题，如彻底消除了输送系统滴水、滴油、滴液对车身和槽液的污染；解决了前后盖和车顶内腔的气泡问题；槽液夹带量由于车身旋转出槽而大大降低。预处理和电泳采用Ro-Dip输送技术后，车身平面的电泳漆沉淀减少、流平性好，漆膜光滑细致，从而减少打磨工作量；电泳漆膜更加均匀；内腔电泳漆膜质量有较大提高。采用Ro-Dip输送技术可节省投资费用，输送链长度也可缩短，同时运行费用也会降低，如节省投槽时的化学品用量、节水、节电、节能、维护保养费用低等。上海大众Polo预处理、电泳涂装生产线就采用了Ro-Dip输送技术。3、VarioShuttle输送技术VarioShuttle又称多功能穿梭机，它是Eisenmann公司的专利技术。该输送系统有三个驱动装置，即行走驱动装置、摆动驱动装置和旋转驱动装置（如图3所示）。VarioShuttle输送技术的最大特点是可根据不同车型来分别优化不同的浸入角度、翻转方式和前进速度来满足最佳处理方式。为了得到最好的质量，通过PLC的控制，车身可灵活地以不同的位置和朝向通过槽体。VarioShuttle与链式摆杆输送机的对比参见表5。采用VarioShuttle输送技术，车身可在槽内摆动，消除车身局部部位的气泡；可在浸槽上方完全将车身滴干，从而将槽液夹带量降至最低；由于处理时可使用不同的速度，甚至停止和倒退，因而槽体的长度可缩至最短；通过倾斜而非完全翻转亦使槽体的深度尽可能地缩小；槽体体积的减少可减少占地空间，同时，节省了首次投料量、能源消耗以及清洁维护工作量。目前，一汽大众新线已采用VarioShuttle输送技术，上海大众四厂涂装线也将采用该技术。