双组分清漆在溶剂型三涂一烘汽车涂装工艺上的应用

牟彬*，段雪娜，杜洪林，刘多丽，李红艳

（浙江吉利控股集团有限公司，浙江 宁波 315300）

三涂一烘(3C1B)工艺是指在车身电泳后以“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。与传统的三涂两烘(3C2B)工艺相比，它取消了中涂烘干工序，从而减少了中涂打磨、擦净、烘干等设备的投资和占地面积，节约了人力以及生产辅料费用，提高了生产效率，降低了能耗。

装饰性直接影响着汽车的商品价值，其主要取决于涂层的色彩、光泽、鲜映性、丰满度等方面。目前采用传统溶剂型3C1B工艺的涂装线大多配套使用单组分(1K)清漆，但随着消费者越来越高的审美要求，1K清漆已经很难满足客户对漆膜外观的心理需求。

笔者所在公司的某基地采用“3C1B + 1K面漆”涂装工艺。市场反映其产品的车身漆膜质量明显差于竞争对手的产品，已经影响到该产品在某地区的销售。市场部门希望能够尽快解决此问题，改善销售状况。

从表1的市场调研结果可见，明显的橘皮、鲜映性低、丰满度不高、耐划伤和耐蚀性差这几种漆膜弊病在投诉中的总占比高达 88.6%。经过分析收集到的车型所用材料，发现抱怨此类问题的客户所购买的产品均使用 1K清漆，而本公司其他使用双组分(2K)清漆的产品基本没有此类投诉。因此决定在原3C1B涂装线上引入2K清漆来减少客户抱怨。

表1 使用1K清漆时客户反馈的问题Table 1 Problems fed back from customers when using 1K clear coating

1 常见2K清漆的性能

1. 1 技术指标

2K清漆的主要成分为丙烯酸树脂和聚氨酯，与传统1K清漆(丙烯酸氨基树脂)相比，具有较好的抗流挂性和较高的施工固含量，而且在较好地提高漆膜外观的同时，能够有效地降低挥发性有机化合物(VOCs)的排放。表1列出了某跨国涂料公司提供的常规2K清漆(GL2KC1050)与1K清漆(HTC2000M)的技术指标。

表2 常见2K和1K清漆的技术指标Table 2 Technical specifications of common 2K and 1K clear coat paints

1. 2 特点

与单组分清漆相比，双组分清漆的漆膜具有更优异的外观，更好的鲜映性、耐磨性和耐蚀性。用蔡司Axio Vert.A1型金相显微镜放大2 000倍后清晰地看到2K清漆与1K清漆的漆膜外观差异(见图1)。在不同粗糙度(Ra)的基材上分别喷涂相同膜厚的2K清漆和1K清漆时(见图2)，随着粗糙度增大，DOI的差异愈发明显，而DOI直接影响目视外观，其越低，目视感官就越差。从图3可见，使用1K清漆的汽车在多次清洗后漆膜失光非常严重，而同等条件下 2K清漆所制漆膜的光泽变化不大，且体现出优异的耐磨性能。

图1 用不同清漆所制漆膜的微观形貌Figure 1 Micro-morphologies of the coatings prepared with different clear coat paints

图2 2K与1K清漆所制漆膜在不同粗糙度的底材上的DOIFigure 2 DOI values of the coatings prepared with 2K and 1K clear coat paints on the substrates with different roughness

图3 2K与1K清漆所制漆膜在多次洗车后的光泽Figure 3 Glossiness of the coatings prepared with 2K and 1K clear coat paints on a car after being washed for several times

2 2K清漆在溶剂型3C1B工艺上的应用

参考行业内引入2K清漆的经验，直接在该基地对设备进行改造，投入2K清漆试用。但是在试用初期，从表3的漆膜外观数据可知未取得预期效果：除丰满度得到较大改善以外，其他参数的改善不明显，主要体现在橘皮偏重，鲜映性差，以及清漆与中涂之间的界面不清晰。于是在不影响产能的前提下，结合溶剂型3C1B工艺的特点，对工艺进行了调整。

表3 优化工艺前使用1K 清漆与2K清漆所得漆膜的外观参数(平均值)Table 3 Average parameters for appearance evaluation of the coatings prepared with 1K and 2K clear coat paints before optimization of the process

2. 1 中涂闪干方式对漆膜外观的影响

在3C1B工艺中，中涂、色漆、清漆这3道工序之间没有烘烤，所得漆膜较厚，其中溶剂含量高，在烘烤时容易产生针孔、流挂等弊病，也难以取得较好的外观，因此在设计3C1B工艺生产线时一般会考虑在喷涂完中涂后增加一道热闪干，即加一个预烘炉以加快漆膜中溶剂的挥发。在本次引入 2K清漆时，为了取得较好的外观，同时考虑到运行成本，将预烘温度设定为45 °C。从表4可见，在中涂与色漆之间增加预烘烤工序对提升漆膜的外观有一定的帮助，但综合评价后一致认为目视外观还不是很理想，需要进一步优化。

表4 中涂后增加预烘烤工序后漆膜的外观参数(平均值)Table 4 Average parameters for appearance evaluation of the finish obtained by adding a pre-heating procedure after midcoat painting

2. 2 清漆成膜方式对漆膜外观的影响

在其他参数不变的前提下对机器人仿形进行调整，将清漆的成膜方式由之前的两次喷涂成膜改为一次喷涂成膜。在使用相同喷涂设备的情况下，一次成膜能有效提高喷幅的重叠率(二次成膜的重叠率为50%，而一次成膜的重叠率可以达到75%)，还能使漆膜更均匀。从表5可知，改变成膜方式对短波的改善非常大，同时有利于鲜映性的提高。

表5 清漆1次喷涂成膜的外观参数(平均值)Table 5 Average parameters for appearance evaluation of the clear coat formed by spraying for only one time

2. 3 工艺改进后的漆膜外观

鉴于在中涂增加预烘以及更改清漆的成膜方式对橘皮的改善都有较大的贡献，因此将2种方法结合使用，从对实车外观的测量数据(见表 6)来看，这样操作对汽车外观的提升确实更明显。为了探究具体原因，对色漆和清漆之间做了剖面分析，如图4所示。可见未调整工艺之前，色漆与清漆之间存在混溶现象，界面不清晰；而改变工艺后，色漆层与清漆层之间的界面非常清晰。这也从微观方面印证了改进的效果。

表6 工艺改进后漆膜的外观参数(平均值)Table 6 Average parameters for appearance evaluation of the clear coat obtained by the improved process

图4 工艺改进前后清漆与色漆之间剖面的微观形貌Figure 4 Sectional micro-morphologies of the interface between clear coat and colored coat before and after improvement of the process

3 结语

使用2K清漆后，市场方面针对漆膜外观的投诉明显减少，由原来的每年180余次降到目前的每年30余次。2K清漆的引入虽然有利于漆膜外观的提升，但还需要对溶剂型3C1B施工工艺进行优化。在调整过程中，笔者总结出以下经验：

(1) 几道涂层之间是湿碰湿的话，溶剂含量高，不容易挥发，在烘烤过程中容易出现痱子、针孔、流挂等问题。2K清漆的活性比1K清漆高，更易出现此类问题，在使用时尤其需要注意。

(2) 2K清漆能显著降低短波，从而改善橘皮，但短波并不是越小越好，需处于一个合理的范围。以笔者经验来看，10 ≤ Sw≤ 20是比较合适的。

(3) 在以前的应用中一直只注重提高色漆的重叠率以保证颜色的稳定性，此次发现：对于清漆而言，高的喷涂重叠率也有利于获得良好的漆膜外观。