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汽车涂装的最新工艺技术及发展趋势

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-10  浏览次数:687

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。

PPG Dura-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,PPG Dura-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。PPG Dura-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。

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