浅谈丝网印刷在活塞印刷中的应用

文 | 李树坤

浅谈丝网印刷在活塞印刷中的应用

文 | 李树坤

丝网印刷石墨涂层工艺是目前较为先进的一种工艺方法，它将现代的四大印刷技术（平版、凸版、凹版和孔版印刷技术）之一的孔版印刷技术中的丝网印刷工艺应用于活塞涂层处理中，其工艺稳定，产品质量好，涂料利用率高。

现代高速发动机和大功率发动机活塞中镀锡层的功能越来越小，基本上不再采用，减摩涂层主要选用石墨涂层，石墨涂层的处理一般有两种工艺方法：喷涂和丝网印刷。本文主要探讨活塞丝网印刷石墨涂层质量问题。

一、丝网印刷简介

丝网是丝网印刷的基础，丝网的材质、厚度、开口等对丝网印刷的质量有着很大的影响，根据印刷品的要求，选择合适的丝网，是获得高质量印刷品的首要问题。

丝网印版的部分孔能够透过油墨或涂料漏印至承印物上。印版上其余部分的网孔堵死，不能透过油墨或涂料，在承印物上形成空白。当承印物直接放在带有模版的丝网下面时，丝网印刷油墨或涂料在刮墨刀的挤压下穿过丝网中间的网孔，印刷到承印物上。印刷时在丝网印版的一端倒入油墨或涂料，油墨或涂料在无外力的作用下不会自行通过网孔漏在承印物上，当用刮墨板以一定的倾斜角度及压力刮动油墨时，油墨通过网版转移到网版下的承印物上，从而实现图像的复制。丝网通常由尼龙，聚酯、丝绸以及金属丝制作而成。丝网印刷最初是用蚕丝作网材，故在早期称丝网印刷为Silk Screen Printing（绢网印刷），自从网材被大量的合成丝替代后，就改称Screen Printing了。

二、丝网印刷技术在活塞表面涂层中的应用

活塞丝网印刷石墨涂层技术是近几年从国外引进的一种新型涂层处理工艺方法（该工艺在国外活塞行业已得到广泛应用）。由于喷涂石墨涂层工艺的一些缺点，现采用D10涂料进行丝网印刷（见图1）。经生产应用发现，该工艺具有以下特点：对环境温度和湿度要求非常高，涂层外观轮廓清晰，厚度均匀（厚度差一般小于2μm） ，涂料利用率高，达95%以上，产品质量稳定，设备操作简单，生产效率高。

通常活塞丝网印刷石墨涂层工艺流程为:

超声波除油→清洗→热水清洗→干燥→丝网印刷→固化。

其中，超声波除油目的是彻底除去活塞表面的油污，使活塞表面清洁。采用适合铝合金的专用清洗剂或含有碳酸钠和磷酸钠及表面活性剂的除油溶液，即可以达到目的。清洗主要是除去活塞表面的清洗剂，使活塞清洁。热水清洗是进一步除去活塞表面的一些残留清洗剂等，同时利于活塞表面快速干燥。干燥是使活塞表面的水迅速挥发，以获得干净的表面，同时防止铸铁镶圈生锈。

超声波除油、清洗、热水清洗、干燥等工艺均属于前处理，对石墨涂层的结合强度有很大的影响，同时也影响涂层的外观质量。清洗用水最好采用去离子水，这样活塞干燥后表面不会残留固体杂质，不会产生水印。固化是使涂层干燥固化，该工序对结合强度影响非常重要，同时也影响涂层外观质量。

三、活塞丝网印刷石墨涂层质量分析

活塞丝网印刷石墨涂层的主要质量问题是涂层结合强度差、外观差。外观主要是鼓泡、针孔、涂层上附着固体异物。

1．涂层结合强度的影响因素

影响涂层结合强度的主要因素是前处理和固化工序，其次是印刷工序。对于印刷工序，在印刷前丝网表面不被污染（灰尘、油污等），基本就不会影响涂层的结合强度。

生产中，采用D10涂料进行丝网印刷时，涂料供应商建议采用超声波除油——漂洗——热水漂洗的工艺流程，所有清洗水建议采用去离子水。而实际生产的工艺流程为超声波除油——超声波漂洗——抽干，所有清洗水采用自来水。经过对采用去离子水和自来水两种工艺进行比较，发现其对结合强度的影响不是很大。因此断定固化工艺对涂层的结合强度影响很大，其中主要的工艺参数是温度和时间。根据D10涂料的特性以及供应商建议的固化温度和时间（180°不低于30min；150°不低于120min）。经过对比试验，并且在固化后还分别浸在7414溶剂和汽油中，以进一步检查结合强度好坏。试验结果如表1所示。

表1 固化工艺对结合强度的影响

经过试验发现，固化工艺只要按照供应商建议的温度和时间（180°不低于30min）进行，石墨涂层的结合强度好，并且固化时间越长其结合强度越好。然而在实际生产中一般温度设定在180°，时间在45~60min，但结合强度却不合格。原来问题出在温度控制仪上，其显示的温度比设定的温度低20~40°。后来，经过校准温度控制仪，生产中再没出现结合强度不合格的情况。

另外，在包装时，为了防止铸铁镶圈在存放时生锈，一般是将产品涂上汽油，然后立即密封保存。由于石墨涂层长期处在汽油的气体氛围中，因此，对涂层的结合强度肯定造成不利影响。为此，对防锈包装工序进行了改进，即在浸涂汽油后待汽油挥发完全再密封包装。

经过对温度控制仪和包装工序进行改进，在用户处再没有出现结合强度不合格的情况。

2．影响涂层外观质量的原因

在丝网印刷过程中石墨涂层外观缺陷主要表现为鼓泡、麻坑、针孔或漏印、涂层表面有固体异物等。

石墨涂层出现鼓泡的原因是涂料在喷涂前没有充分搅拌，涂料中各组分混合不均匀。石墨涂层出现麻坑的主要原因是环境湿度过高，不能满足D10涂料丝网印刷的要求；其次，印刷过程中添加的涂料过多，涂料桶开启后没有及时密封而造成D10吸湿严重，涂料中有水分。

出现针孔或漏印的主要原因是活塞表面清洗不干净，有油污，致使局部表面没有涂层造成。石墨涂层有固体异物的主要原因是活塞表面清洗不干净，印刷环境中灰尘多，地面不干净等造成。此外国产丝网的粘接材料差，不能很好地适应D10涂料的特性，致使其在印刷过程中被溶解而印在涂层表面上。

针对以上的原因，生产中对丝网印刷的环境作了改进，对湿度和温度也作出了相应的要求。此后，活塞丝网印刷石墨涂层的外观质量大大改善，鼓泡、针孔或漏印、表面有异物等现象明显减少，提高了产品质量，减少了废品，极大地降低了生产成本。

四、小结

本文介绍了丝网印刷技术以及运用D10涂料进行活塞丝网印刷技术的工作原理以及活塞丝网印刷石墨涂层的工艺流程。对生产中存在的涂层结合强度差以及造成涂层外观质量问题的各种现象如鼓泡、针孔、漏印和固体异物等的成因进行了分析。指出了固化温度和时间控制是影响涂层结合强度的主要因素。

经过对造成结合强度和外观质量的原因进行分析，对生产过程和工艺、工作环境、设备控制等方面进行改进，活塞丝网印刷石墨涂层的结合强度和外观质量明显提高和改善，产品的合格率大大提高，从而降低了生产成本，提高了生产效率。