钢制轮毂面漆涂装“油改水”技术难点及解决方案

张官浩

摘  要：文章主要介绍了水性烤漆在悬链线上涂装钢制轮毂技术难点分析及解决方案，钢制轮毂在“油改水”涂装水性烤漆转换过程中，会受到外在因素的干扰，材料、人员、工艺、设备、环境等因素都可能导致涂装水性烤漆效果无法达到预期效果，文章针对涂装水性烤漆转换因上膜厚不足，不均匀、孔洞边缘涂层包裹性差、大面积流挂滑漆等作业弊病，从工艺原理出发，在流平室引入烘道热风加速闪干，通过喷涂重点、设计喷漆室3工位、水性静电喷枪工位、钢圈预热等手段，解决工艺制作出现的问题，提升汽车工业涂装作业水平。

关键词：水漆涂装;热风预热闪干;水性靜电喷涂;钢圈预热

中图分类号：U466 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）35-0116-02

Abstract： This paper mainly introduces the technical difficulty analysis and solution of changing "oil-to-water" coating for steel wheel hub surface paint. During the conversion process of water-based baking paint from oil to water， steel hub will be disturbed by external factors. Material， personnel， process， equipment， environment and other factors may cause the effect of water-based baking paint to fail to achieve the desired effect. This paper aims at the conversion of water paint due to the lack of film thickness. Based on the process principle， hot air is introduced into the leveling chamber to accelerate flash drying， such as non-uniformity， poor encapsulation of hole edge coating， large area flow-hanging smooth paint and so on. By means of spraying key points， we designed 3 positions of spray room， water-based electrostatic spray gun， preheating of steel ring and so on， so that the problems in process production are solved and the painting level of automobile industry is improved.

Keywords： water paint painting; hot air preheating flash drying; water-based electrostatic spraying; steel ring preheating

引言

汽车制造是我国支柱产业，2009年以来我国已经成为世界上第一大汽车产销大国，汽车生产中带来的污染也越来越严重，汽车及零部件所使用的涂料在行业中占比是第二大，第一大是建筑涂料。传统汽车工业涂装过程中使用的油漆包含了50～70%的有机溶剂，溶剂在施工和干燥的过程中大都挥发出来，不仅严重污染了环境和危害了人类健康，同时还对资源造成极大浪费。

当前中国经济发展已进入高品质做强的阶段，生态环境的保护是每个人应当引起关注的重中之重，绿水青山就是金山银山，涂装“油改水”意义重大，随着人们环保意识的不断增强，水性漆将会得到更加广泛的应用，研发汽车水性漆及其配套涂装工艺具有很大的经济效益和社会效益，轮毂制造行业各地厂家也在逐渐选择使用水漆替代高污染的油漆。

俗话说“三分材料七分施工”，推行“油改水”提升涂装技术解决难点是关键，也是大规模普及应用水性漆的当务之急。

1 钢制轮毂表面涂装水性烤漆主要难点分析

目前钢制轮毂很多厂家采用阴极电泳底漆和液体烤漆面漆共计两道涂层来达到防腐及美观效果。国标要求轮毂复合涂层总厚度大于40um，耐中性盐雾试验至少500小时不会失效。

传统悬链烤漆线上油性烤漆面漆在钢制轮毂上涂装工艺路线为：钢圈前处理-钢圈电泳涂装-钢圈下挂-钢圈上挂面漆悬链线-打磨吹灰-2～3工位喷枪喷涂，水性烤漆粘度25～70S（NK-2号杯）-自然流平闪干8～10分钟-进入烤炉烘烤，设置炉温满足工件150℃以上保温20～25分钟（确保固化完全不黄变）-下线冷却-全检-打包入库。

但是钢制轮毂在“油改水”涂装水性烤漆转换过程中由于人员、设备、材料、工艺及环境的影响却很容易出现大规模品质不良现象。

实际生产中遇到的具体技术难点如下：

（1）大面积流挂滑漆。在低温高湿度天气条件下施工，早晨第一炉烘烤出来多次出现有的轮毂表面面漆涂层出现瀑布式流挂滑漆，有的轮毂轮缘粗糙堆漆、气泡针孔等几乎100%不合格。（2）孔洞边缘涂层包裹性差。中孔、风孔、螺孔边缘涂层包裹性差，夹缝漏底。（3）上膜厚不足、不均匀。水漆固体含量在35～40%，比油性漆低10个百分点左右，因此自然条件下普通空气喷涂不容易上厚度，面漆平均膜厚在12～15um，达不到20um;另外膜厚不均匀，悬挂线轮毂上方膜厚28～35um，下方厚度32～45um（均含电泳底漆20um），膜厚不足不均匀，不仅会导致外观不良，也会引起耐中性盐雾试验提前失效。

作者所在车轮集团自2019年在启动钢制轮毂面漆涂装“油改水”喷涂试验工作，试验场所在杏林本部工厂地处厦门海滨，空气相对湿度经常会出现80～100%情况，在低温高湿度自然环境下无论是使用哪家水性烤漆都会出现各种不良率而返工，返工后复合涂层总厚度增加，水漆消耗增加，且返工后的产品外观也不如一次性喷涂合格外观卖相好。由于订单交期原因生产不能等，工厂必须全天候涂装生产水性烤漆，如果不能解决上述技术难点，那么就无法正常使用水性烤漆涂裝轮毂生产出货，“油改水”工作也就不能成功。

技术分析水性烤漆涂装产生以上诸多不良的原因：

水性涂料与溶剂型涂料相比具有低挥发速率、高表面张力、高导电性、腐蚀性以及易产生气泡的特点，导致水性涂料在施工设备和工艺方面与溶剂型涂料相比必须有所不同。

水性涂料使用的主要溶剂水与溶剂型涂料使用的一些常用溶剂的特性比较见表1：

水漆中主要溶剂是水，水性涂层中水的挥发速度主要是通过喷漆室和流平室的温湿度来进行控制的，不同于溶剂型涂料可以通过调整稀释剂的挥发速率来调整施工固体含量。越是低温高湿度条件，涂层中水分挥发速度就越慢，当相对湿度接近100%时候，理论上水漆涂层中水分不会挥发。所以水漆厂家通常不建议在环境温度低于5℃（低温）、空气相对湿度大于80%（高湿）条件下喷涂水漆，因为空气温度越低、相对湿度越大，涂层异常不良情况越多。

大多数旧的液体烤漆线“油改水”时，水性烤漆涂装生产刚开始试验没有熟悉上述水漆特性还是习惯保持原来油性漆工艺施工，当遇到涂装环境低温高湿度情况下，水漆涂层在喷涂较厚时进入流平区域未挥发掉大部分水分，在钢圈电泳底漆表面没有形成初始附着力，则钢圈在进入高温烤炉后快速升温导致表面水漆涂层粘度下降烘烤过程中就出现钢圈表面流挂滑漆、孔洞边缘包裹性差等品质不良;而水漆涂层在喷涂较薄时，有时外观看起来没有明显异常，但是测量膜厚明显不足。

2 解决方案

针对上述水漆施工技术难点，技术人员设计了在流平室引入烘道热风加速闪干、喷漆室3工位设计，喷涂重点最后段是水性静电喷枪工位、钢圈预热解决方案。

经过试验确定， 水漆涂层在进入烘干室之前如果能够脱水达到80%以上，则不会出现流挂滑漆现象，设计在流平室接近烤炉部位烘道侧面加装2台鼓风机（不能挡到轮毂沿悬链前进）把烘道入口段较高温度干燥热风吹向流平室，使得流平室靠烘干室近一端温度在60～80℃，靠烘干室较远一端接近喷漆室部位40～60℃，正好形成分段加热，保持链速与油性漆生产不变产能不会下降，水漆流平闪干在8分钟左右，如图1所示。

设计喷漆室3工位薄喷，在最后采用一把水性静电喷枪喷涂工位，既有助于提高水漆利用率增加膜厚，还能改善钢制轮毂风孔、螺孔等边缘部位涂层包裹性。因为水性涂料高导电性，喷漆室加装空调控制温湿度，喷漆室环境湿度不要超过80%以保证水性静电喷涂系统安全正常使用，喷漆室内温度维持在15～35℃。

经过试验设计喷涂前钢圈预热到30～40℃刚刚好，三工位喷涂时水漆涂层水分较快挥发，既不会干燥过快流平性差产生橘皮，又达到了上膜厚容易不流挂。

在采取上述方案解决了“油改水”施工技术难题以后，水性烤漆涂层品质状况：外观光滑平整，颜色均匀一致，无流挂、起泡针孔、缩孔、透底、失光等异常现象，复合涂层总厚度≥40um，其它涂层性能测试：铅笔硬度≥2H、附着力0～1级、丁酮擦拭固化试验≥50次不变色及耐中性盐雾试验500小时均合格。

3 结束语

在钢制汽车轮毂水性面漆喷涂试制过程中，根据水性烤漆特点设计了：引烘道干燥热风到流平室、控制喷漆室温湿度采用水性静电枪喷涂、钢圈预热等方案，顺利地解决了钢制轮毂面漆涂装“油改水”生产过程中出现的：流挂滑漆、孔洞边缘涂层包裹不良、膜厚不足、不均匀等诸多技术难题，排除了品质不良隐患，达到预定的有机废气出口排放值VOC≤40mg/m3，保证了钢质轮毂使用水性面漆全天候正常涂装生产出货，缩短了订单交付时间和节约材料成本，取得较好的社会效益和经济效益。

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