水性涂料在汽車車身涂裝上的運(yùn)用分析

鄒峰

江西江鈴集團(tuán)新能源汽車有限公司

水性涂料在汽車車身涂裝上的運(yùn)用分析

鄒峰

江西江鈴集團(tuán)新能源汽車有限公司

水性涂料最大的特性就是用水作為分散劑，與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，VOC含量大幅下降,對(duì)大氣污染程度較低。這種新型的涂料，在噴涂過程中，它的涂裝工藝也會(huì)與傳統(tǒng)涂料有所區(qū)別。本文從水性涂料的特點(diǎn)出發(fā)，探究水性涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的區(qū)別與優(yōu)勢(shì)所在；同時(shí)探究水性涂料涂裝的工藝要求，對(duì)于傳統(tǒng)溶劑型涂料噴涂車間的改造給出一定的建議。

水性涂料；汽車噴漆；工藝要求

涂裝生產(chǎn)線是汽車生產(chǎn)中投資最大，工藝要求最高的生產(chǎn)線，同時(shí)也是能耗、三廢排放量最高的生產(chǎn)線。目前傳統(tǒng)的汽車涂裝采用的溶劑型3C2B工藝體系，在這個(gè)過程中使用的溶劑型油漆會(huì)產(chǎn)生超過120g/m3可揮發(fā)性有機(jī)物，這些有機(jī)溶劑逸散到空氣中不僅污染大氣環(huán)境，同時(shí)對(duì)人類健康也造成巨大的危害。隨著國(guó)家對(duì)清潔生產(chǎn)的日漸重視，針對(duì)限制VOC排放的環(huán)保政策逐步出臺(tái)，水性涂料在汽車涂裝行業(yè)開始逐步得到應(yīng)用。在水性3C2B工藝體系中，使用水性中涂和水性色漆替代原有的溶劑型中涂和溶劑型色漆可將VOC排放降低至40g/m2。這已經(jīng)達(dá)到國(guó)際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平的排放量。僅從環(huán)保的角度來看，水性漆就比傳統(tǒng)溶劑型油漆具有更大的優(yōu)勢(shì)。接下來具體探究水性漆的各種特點(diǎn)及其優(yōu)勢(shì)。

一、水性涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的對(duì)比

1.1 水性涂料與溶劑型涂料最大的區(qū)別就在于兩者的成分不同

傳統(tǒng)溶劑型涂料中有70%以上的成分均為有機(jī)溶劑,而水性涂料的成分中有60%左右的水，有機(jī)溶劑僅占到10%左右。兩者的顏料和樹脂占到比重大致相當(dāng)，溶劑型和水性涂料的固體分含量也基本相同。

1.2 揮發(fā)性

水性涂料與溶劑型涂料在揮發(fā)性方面也有著巨大的差異，從上圖可以看出，溶劑型涂料在晾干的過程中會(huì)有60%-70%的溶劑會(huì)被揮發(fā)掉，而水性涂料在晾干的過程中僅有25%-35%的水分會(huì)揮發(fā)掉。那么水性涂料在噴涂罩光漆前，去除濕漆膜中所含的水分是十分有必要的。

1.3 濕膜固體分

本來溶劑的揮發(fā)性就極高，幾乎不受濕度影響。即使在常溫濕度下，涂料中的溶劑也會(huì)大量蒸發(fā)，溶劑型涂料在霧化過程中，溶劑的快速揮發(fā)使得涂料的粘度提高、濕膜固體分增加，而在水性涂料的霧化過程中，水分不易揮發(fā)，其粘性也就受到了限制，它的濕膜固體分也就沒有太大的變化。

1.4 觸變性

水性涂料的觸變性比溶劑型涂料要大，而且非常容易受剪切力的影響，要求整個(gè)輸調(diào)漆系統(tǒng)從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩(wěn)壓器、過濾器等皆為低剪切設(shè)計(jì)；同時(shí)水性涂料的涂料普遍較高，與溶劑性涂料比較，輸調(diào)漆系統(tǒng)需要提高泵的輸送能力。

二、水性涂料的特點(diǎn)

2.1 水性涂料的表面張力較高，是一般溶劑的2.5倍左右,因此對(duì)施工底材的浸潤(rùn)能力較低,容易因?yàn)槲廴驹斐杀砻鎻埩μ荻炔?從而產(chǎn)生縮孔。

2.2 由于水性涂料中含有大量的水分，而水的蒸發(fā)潛熱比一般溶劑高出約5倍左右,導(dǎo)致水性涂料蒸發(fā)極慢,在噴涂霧化過程中的揮發(fā)較少，涂著面的NV難以上升形成低粘度,這樣就容易影響到抗流掛性、鋁粉排列以及桔皮等品質(zhì)問題。

2.3 水的蒸發(fā)速度受到環(huán)境中濕度、溫度的影響比較大，水的蒸發(fā)速率與相對(duì)濕度密切相關(guān)，相對(duì)濕度高時(shí)，水的蒸發(fā)速率很低；因此，噴漆室的相對(duì)濕度和溫度必須控制在一定范圍內(nèi)，以確保噴漆霧化過程中適量的水揮發(fā)掉，并且使水和有機(jī)溶劑在涂膜中保持適當(dāng)平衡。這個(gè)適當(dāng)?shù)钠胶馐呛苤匾模淇墒雇苛嫌泻线m的表面張力以潤(rùn)濕噴涂表面。

2.4 水性涂料中的大量水分容易與金屬部件發(fā)生氧化反應(yīng)生銹，需要將接觸水性涂料的容器、輸送管路的材質(zhì)變更為SUS等耐腐蝕性材料。

2.5 導(dǎo)電性好。水的介電常數(shù)大，因此水性涂料的導(dǎo)電性好，一般水性漆的電阻小于0.1MΩ，而溶劑型漆有一定的電阻：0.5～20MΩ。水性漆的導(dǎo)電性好，水性涂料的靜電涂裝必須有具備絕緣功能的專用涂裝機(jī)系統(tǒng)。

三、水性涂料涂裝的工藝要求

3.1 水性涂料涂裝的工藝流程

根據(jù)前文對(duì)水性漆的特點(diǎn)的介紹中可以看到，水性漆中含有大量的水分，需要對(duì)中涂烘干設(shè)備進(jìn)行一定的調(diào)整，在進(jìn)入高溫固化烘烤前對(duì)漆膜進(jìn)行預(yù)烘干。同時(shí)在噴涂色漆的時(shí)候需要將色漆也需要進(jìn)行閃干。對(duì)于噴漆室的溫度、濕度需要進(jìn)行嚴(yán)格的把控，使之符合水性漆的噴涂要求。接下來具體探究水性涂料對(duì)噴涂室的環(huán)境要求。

3.2 水性涂料噴漆室的要求

水性涂料中含有60%左右的水分，由于含水量高，使得噴漆室的溫度、濕度成為所需控制的最重要的參數(shù)。在對(duì)水性漆噴涂的試驗(yàn)中認(rèn)為溫度在20℃-26℃，濕度在60%-70%之間為最合適的施工環(huán)境。在試驗(yàn)調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)濕度大于75%時(shí)，漆膜較為容易產(chǎn)生流掛。但是濕度稍微低一點(diǎn)產(chǎn)生流掛的可能性就會(huì)降低。

3.3 水性涂料烘房工藝要求

3.3.1 中涂烘房工藝要求

水性中涂噴漆施工后如果立即進(jìn)行高溫烘干則會(huì)產(chǎn)生氣泡、針孔等問題。這與傳統(tǒng)溶劑型中涂噴漆有著較大的差別，傳統(tǒng)溶劑型涂料噴涂后即可立即進(jìn)行高溫烘干。這就要求水性中涂噴漆的烘干需要先進(jìn)行較低溫度的預(yù)烘烤，之后才能提高溫度，高溫烘烤固化。在試驗(yàn)中，水性中涂漆需要現(xiàn)在60-80℃的溫度下先進(jìn)行5分鐘的預(yù)烘干，然后將溫度提升到150℃保持20分鐘后才能使水性中涂漆完全固化。

3.3.2 底色漆閃干烘房工藝要求

在底色漆的噴涂過程中，色漆表面的溶劑必須揮發(fā)到一定程度在噴涂清漆才能保證底色漆較好的質(zhì)量和外觀。這個(gè)閃干過程需要在1-5分鐘之內(nèi)完成。傳統(tǒng)溶劑型油漆可以通過自身的性質(zhì)來自行揮發(fā)完成。但是水性漆水含量較高，在這么短的時(shí)間內(nèi)，難以自行揮發(fā)。這就需要通過閃干烘房對(duì)水性漆進(jìn)行強(qiáng)制閃干，使漆膜中的水含量控制在10%左右。在閃干的過程中，如果時(shí)間稍長(zhǎng)，使得水含量過低會(huì)使漆膜產(chǎn)生針孔。如果脫水不充分則會(huì)影響清漆的噴涂。所以水性漆對(duì)底色漆閃干烘房的要求就比較高。

3.4 水性涂料輸調(diào)系統(tǒng)工藝要求

在前文中已經(jīng)提到水性涂料對(duì)輸調(diào)系統(tǒng)有一定的要求，接下來具體論述。由于水性涂料和溶劑型涂料的成分的不同，導(dǎo)致水性涂料輸調(diào)漆設(shè)備也具備其不同的特性。

（1）由于水的導(dǎo)電率高，金屬在水中會(huì)發(fā)生電蝕反應(yīng)，容易導(dǎo)致輸調(diào)漆管路的氧化和生銹，為防止設(shè)備及管路的腐蝕，減少銹斑變成碎屑混入涂料內(nèi)形成顆粒的幾率，所有接觸水性漆的部位材質(zhì)均采用304L材質(zhì)。

（2）配管中不能使用不同種類的金屬材質(zhì)（如銅、鐵等），防止不同材質(zhì)產(chǎn)生的電位差帶來的電蝕，管道的焊接部位采用同材質(zhì)的不銹鋼焊條進(jìn)行焊接。

（3）攪拌速度維持在較低水平，避免攪拌器在油漆攪拌產(chǎn)生大漩渦引起涂料分層或者空氣進(jìn)入使涂層產(chǎn)生針孔。

（4）要求整個(gè)系統(tǒng)為低剪切設(shè)計(jì)，從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩(wěn)壓器、過濾器等皆為低剪切設(shè)計(jì)。

（5）由于水性涂料對(duì)施工溫濕度的要求嚴(yán)格，通過管中管換熱設(shè)備將輸調(diào)漆系統(tǒng)的溫度控制在25±1℃，所有管路均采用保溫處理。

（6）水性涂料是使用水作為分散劑的涂料，對(duì)水質(zhì)的要求較高；電導(dǎo)率和PH值的控制均需要納入日常管控范圍，一般電導(dǎo)率要求低于5us/cm，PH值控制在5.8-6.2之間，另外純水供應(yīng)裝置還需要加裝殺菌設(shè)備。

結(jié)束語(yǔ)

通過本文的論述可知水性涂料有著較好的環(huán)保性，在噴涂過程中僅產(chǎn)生較少的可揮發(fā)性有機(jī)物，這種環(huán)保型的油漆很快就會(huì)得到普遍的使用。水性漆的涂裝工藝也會(huì)很快替代傳統(tǒng)的溶劑型油漆工藝。但是在對(duì)傳統(tǒng)工藝的改造過程中，諸多工藝的實(shí)際可行性并不一定能夠完全符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。需要在實(shí)際的噴涂過程中，對(duì)各種相應(yīng)的情況做出明智的判斷。同時(shí)在水性漆的發(fā)展中，不斷解決各種問題，逐步提高水性涂料運(yùn)用的實(shí)際可行性。

[1]王浩,路慧喜,徐春.水性漆在汽車車身涂裝上的應(yīng)用[J].涂料工業(yè),2010,（04）

[2]周杰,陳慕祖.水性漆在中國(guó)汽車涂裝線的應(yīng)用及展望[J].上海涂料,2007,（03）

[3]李文峰,徐洪雷,楊學(xué)巖,姚銘.水性漆在轎車涂裝線上的應(yīng)用[J].汽車工藝與材料,2009,（12）

[4]李勇.水性漆噴涂系統(tǒng)在我國(guó)汽車涂裝中的實(shí)際應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2015,（03）

[5]吳濤.汽車車身涂裝技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].汽車工藝與材料，2006（01）