汽车原厂水性漆三涂一烘涂装工艺外观影响因素分析

杨学红,魏 伟,闫 欣

(1.PPG涂料(天津)有限公司 技术部，天津 滨海300457；2.承德石油高等专科学校 人事处，河北 承德 067000)

地球环境的恶化以及温室效应越来越引起人们的重视，新一轮的雾霾使得政府将会制定更加严格的标准来进行节能减排以达到保护环境的目的。中国的汽车行业发展迅猛，很多汽车厂新建厂房或者改造扩容原有的涂装线来满足市场的需求。汽车涂装属于能源消耗量大、污染物排放量大的工业生产，为了达到新的环保标准规定要求，汽车生产厂和相应的供应商在涂装材料、涂装设备以及涂装工艺等方面进行了创新[1]。本文重点从涂装材料和涂装工艺角度介绍了水性三涂一烘工艺，由于面临较大的外观挑战，本文从电泳，中涂，色漆以及罩光清漆等几个方面浅谈对外观的影响因素。

1 水性三涂一烘涂料体系介绍

1.1 水性三涂一烘涂料产品参数介绍

传统的水性涂料体系中，水性中涂施工膜厚为25 μm～35 μm，烘烤条件为130 ℃～160 ℃/30 min。相比传统的水性涂料体系，水性三涂一烘涂料体系水性功能中涂施工膜厚为15 μm～22 μm，中涂只需要在80 ℃条件下做脱水处理。在中涂的烘烤方面节约大量的能源。车身中涂漆膜厚度大约降低了10 mm～20 mm。低的中涂膜厚使得中涂一遍成膜变得更加的容易，同时低的中涂施工膜厚使得旋杯有足够多的雾化能力来改变车身中涂湿膜的干湿来调节漆膜的流平情况。传统的水性涂料体系与水性三涂一烘涂料体系产品参数见表1。

表1 传统水性三涂两烘涂料体系与水性三涂一烘涂料体系产品参数

1.2 喷涂工艺介绍

水性三涂一烘涂料的涂装工艺中取消了中涂烘干、中涂后打磨工段，减少了生产能耗、人员，及设备投资，车间运行能耗减少了15%～20%。生产工序的缩减，降低了车身的污染机会，水性三涂一烘车和传统的水性涂料车相比不良点数减少了15%左右。同时水性三涂一烘涂料的涂装工艺取消了中涂的打磨工位，减少了人员投入，节约人力成本。水性三涂一烘涂料体系涂装工艺见图1[2-3]。

1.3 水性三涂一烘涂料体系的优点

1.3.1 水性三涂一烘涂料体系的颜色覆盖能力

与传统的水性涂料体系相比，水性三涂一烘涂料体系中的色漆与中涂之间存在一定的相互作用，这种相互作用有利于色漆中效果颜料的排布，因此水性三涂一烘涂料体系具有更宽的颜色覆盖能力。

1.3.2 水性三涂一烘涂料体系的性能

与传统的水性涂料体系相比，水性三涂一烘涂料体系中的中涂采用一种新型的聚氨酯-丙烯酸核壳结构树脂，这种树脂赋予水性三涂一烘涂料体系优异的抗石击性能。

1.4 水性三涂一烘涂料体系面临的外观挑战

与传统的水性涂料体系相比，水性三涂一烘涂料体系具有低的中涂膜厚，低的中涂膜厚使得中涂对底材以及电泳板的粗糙度具有低的遮盖能力，最终导致全图层体系外观变差。可以采取以下的措施来解决这个问题：1)控制底材的粗糙度，需要控制底材的Ra <1.25 μ，峰数<100，电泳板cut-off 2.5 Ra≤0.3 μ；2)采用外观更好的双组分清漆(主要使用异氰酸酯类固化剂)；3)在色漆脱水后需要有冷却装置，使得车身在喷涂清漆前的温度小于32 ℃。

2 功能中涂，色漆以及清漆对外观的影响

2.1 功能中涂对整体外观的影响

色漆喷涂在脱水后的功能中涂上，由于脱水后的功能中涂会吸收色漆上面的水和溶剂，导致色漆流平较差，影响整体的外观水平。本研究中创造性的引入了界面助剂加入到中涂中(2#=1#+0.5%界面助剂)，减少脱水后的中涂对于色漆中水和溶剂的吸收，从而保证色漆的流平，改善整体外观水平。

2.2 色漆膜厚调整对整体外观的影响[4-5]

通过对色漆膜厚变化对外观影响的研究表明，膜厚往低限喷涂外观会有相应的提高，具体提高的幅度不一致，本研究以银色金属漆为例。1#膜厚为16 μm，2#膜厚为12 μm，DOI变化不大。做色漆膜厚调整改善外观的同时需要注意保证颜色的稳定性，膜厚至少需要超过工程遮盖力且全图层UV-Trans结果满足客户检测标准需求。

2.3 清漆膜厚调整对整体外观的影响

通过对罩光清漆膜厚变化对外观影响的研究表明，膜厚往高限喷涂外观会有比较大的提高，罩光清漆在不同色漆上面具体提高的幅度不一致，本研究以银色金属漆为例。1#膜厚为50 μm，2#膜厚为55 μm，DOI变化不大。做罩光清漆膜厚调整的时候需要注意不要发生流挂以及popping等缺陷的产生[6]，特别是在不规则区域容易发生流挂，需要对施工参数做相应的调整。

3 总结

总体而言，与传统的水性涂料体系相比，水性三涂一烘涂料体系具有低单车耗量，低能耗，低人力投入以及高产能的优点：

1)低单车耗量:由于低的中涂施工膜厚使得总体单车耗量降低15%左右。

2)低能耗:与传统的水性涂料体系中涂需要完成烘烤相比，水性三涂一烘涂料体系的中涂只需要做脱水处理。整体车间的能耗减少15%～20%。

3)低人力投入:与传统的水性涂料体系相比，水性三涂一烘涂料的涂装工艺取消了中涂的打磨工位，减少了人员投入，节约人力成本。

4)高产能:与传统的水性涂料体系相比，水性三涂一烘涂料体系取消了中涂的完全烘烤以及中涂的打磨处理，使得整体涂装线变短，提高了车厂的产能。

外观方面三涂一烘工艺比传统的三涂两烘工艺外观调整更多，根据研究结果，结论如下：在功能中涂中加入一定量的界面助剂，可以优先的减少脱水后的中涂对于色漆中水分和溶剂的吸收，从而改善整体外观表现；调整色漆的喷涂膜厚可以对整体外观有一定的提高，同时减少油漆的耗量，需要关注颜色稳定性以及UV-Trans的测试结果；调整清漆的膜厚对整体外观提高具有比较大的提高，需要关注不规则区域的流挂，同时由于膜厚提高需要关注popping等施工缺陷。