多種底材共線涂裝工藝應用

李蘭蘭，呂玲芳，秦靖赫

（浙江吉利新能源商用車集團有限公司，浙江 杭州 310000）

引言

隨著國家環保要求的不斷提高，汽車涂裝逐漸向節能環保的綠色涂裝發展。汽車涂料逐步實現了水性化和高固體分化，目前除了罩光清漆還是以溶劑型為主外，底漆、中涂、色漆都水性化，或中涂、底色漆、清漆高固體分化。節能型的3C1B 工藝及B1B2 工藝也得到了廣泛的應用。同時隨著新能源汽車的發展，汽車輕量化也逐漸成為一種趨勢，目前大多數汽車廠主要使用低密度材料替代鋼材從而實現輕量化，車身底材也多樣化。那么如何讓涂料、涂裝工藝、底材多樣化這三者相互適應，也就是在如何解決輕量化汽車涂裝工藝的同時實現綠色涂裝是當今各大主機廠亟待解決的問題。寶馬i3 電動汽車車身采用了PP/DPDM（車身外殼）、ABS/PC（頂蓋側圍）、CFRP（頂蓋）三種材料，涂裝工藝采用水性3C2B 工藝。蔚來ES8 使用了全鋁車身，全鋁底盤及車身架構，涂裝工藝為水性3C2B 工藝。長城華冠前途K50為鋁框架轎車車身，車身結構為鋁合金框架車艙+塑料或CFRP 覆蓋件。某商用車公司某工廠車身框架為鋁合金，外覆蓋件為SMC、PP、鋁合金三種材質，采用了低溫水性3C1B工藝，實現了多種材質的共線生產，對汽車輕量化和新能源化發展過程中的涂裝應用有一定的指導作用。

1 材料選擇

1.1 車身材料

為了適應汽車工業的發展，近年來汽車輕量化在選材方面主要考慮選用鋁合金板和復合材料。鋁合金材料質輕且柔軟，密度為2.7 g/cm3，約為鋼密度的三分之一，其具有優異的耐腐蝕性能，強度高，加工性能好，易于再生，被廣泛用于車身框架和外覆蓋件。常用的復合材料包括CFRP（碳纖維增強復合材料）和SMC（玻璃鋼復合材料）等。CFRP 的特點是輕質高強，已在很多新能源汽車上有應用。SMC 具有優越的電氣性能、耐腐蝕性能、質輕及工程設計靈活等優點，其機械性能可以與部分金屬材料相媲美。該工廠選用鋁合金制備車身骨架、發動機罩蓋、車門內板等，SMC 復合材料應用于頂蓋、左側圍、右側圍、左車門外板、右車門外板、行李箱蓋外板等外覆蓋件，PP 主要用于前后保險杠的制備。這種設計很大程度上減輕了車身重量，某車型所用材料重量比如圖1 所示，70%以鋁合金為主，外覆蓋件主要以SMC 為主，重量約占14.9%。

圖1 某車型所用材料重量占比

1.2 涂裝材料

隨著低VOC 時代的到來，水性涂料和高固體分涂料成為了各大主機廠關注的焦點。水性涂料是以水為溶劑或分散介質的涂料，是一種綠色環保涂料，但是水性涂料的一些特性在施工過程中也給水性涂裝帶來了許多難點，例如對環境要求高、漆膜易產生流掛、導電率高、靜電涂裝難。高固體分涂料是指固體份含量在60%以上的溶劑型涂料，主要有醇酸、環氧聚酯、聚氨酯和丙烯酸等，其有機溶劑含量低，施工效率高，一次涂覆膜厚能夠達到40μm 以上，具有良好的裝飾性，涂膜光亮豐滿，鮮映性較好。

該車型外覆蓋件的材質有鋁合金電泳件、PP 件、SMC件，涂裝方案為散件共線涂裝，PP 件熱穩定性為（80～120）oC，SMC 件為（-50～200）oC，考慮三種底材共線涂裝，必須選用能夠低溫固化的涂料。針對保險杠PP 類材料，低溫3C1B 工藝已廣泛應用，其PP 底漆，色漆、雙組份清漆也已經應用很成熟。SMC 件一般為模壓成型，若共用PP 底漆，一般PP 底漆噴涂膜厚為10 μm 左右，底漆噴涂太薄無法遮蓋模壓成型過程中因內應力產生的缺陷，故需選擇雙組份底漆，其色漆和清漆可與PP 類保持一致。

該工廠選用了某公司高固體分2K 底漆、PP 底漆、水性色漆、雙組份清漆，其主要特征值見表1。

表1 涂料主要特性值

2 涂裝工藝

為了滿足環保要求，同時滿足該工廠后期車輛出口要求，另外需考慮多種材質共線涂裝，前期我們提出了四種涂裝工藝方案，如表2 所示。

表2 涂裝工藝方案

經過對比分析，方案一為傳統3C2B 工藝，底漆需要烘烤，不能通過環保要求；方案二底漆、色漆、清漆均為高固體分涂料，能夠達到環保要求，但是目前還無成功案例，而且色漆難以實現高固體分；方案3 為3C1B 工藝，底漆采用高固體分免烘烤底漆，能夠達到環保要求；方案四均為水性漆，最為環保，但是目前無成功案例，風險較大。綜合以上，采用方案三：高固體分底漆+水性色漆+高固體分清漆，并進行了進一步的驗證。

傳統磷化前處理不適用于塑料件，針對于PP 件，前處理一般采用的是火焰處理。由于外覆蓋件大部分是SMC 件，火焰處理不適用，該工廠選用了干冰前處理，干冰的溫度為-79oC，工件表面油污在低溫下失去了粘性；當干冰通過壓縮空氣高速噴射到工件表面時，干冰體積急速膨脹，清理了污垢及殘留物。干冰前處理占地面積小、空間靈活、節能環保、投資少、成本低，目前國內外多個保險杠線，如寶馬、延峰彼歐等，都成功地應用該技術。故針對PP、SMC 的共線，該工廠選用了干冰前處理。

該工廠選用的工藝方案如圖2 所示：

圖2 3C1B 涂裝工藝

3 試驗結果及分析

為了更好的驗證底材與涂料、涂層與涂層之間的配套性，選用現場底材PP、SMC、鋁合金電泳件進行了噴涂驗證，配套某公司的涂料產品，按照上述圖2 所示的涂裝工藝進行了噴涂驗證，其中SMC 件和鋁合金電泳件噴涂2K 高固體分溶劑型底漆、水性色漆、2K 清漆；PP 件主要作為保險杠，選擇專用的PP 底漆、色漆和清漆與其他材質一致。由于干冰設備目前較少見，試驗過程中對底材的處理主要是進行一定的打磨擦拭，再進行噴涂，其涂層的試驗結果如表3所示。

表3 漆膜性能試驗結果

三種底材的涂層性能均達到了該工廠的技術要求。傳統保險杠涂裝工藝采用的是溶劑型3C1B 工藝（PP 底漆+溶劑型色漆+2K 溶劑型清漆），將溶劑型的色漆更換為水性色漆，其漆膜的附著力能夠達到0 級（劃格試驗，間距2mm），鉛筆硬度達到HB，光澤、DOI 均能達到85。SMC 件作為新材料，經過材料廠家不斷的改進，表面粗糙度Ra 能夠達到0.2 μm，可以與金屬電泳件的粗糙度媲美，其最終的涂層性能也與鋁合金電泳件相當，但是橘皮還存在一定的改進空間，2K底漆涂層越厚，對底材缺陷的遮蓋性越好，外觀也會越好，一般2K 底漆膜厚控制在35μm 左右。

4 總結

某商用車公司某工廠車身框架為鋁合金，外覆蓋件為SMC、PP、鋁合金三種材質，采用了低溫3C1B 涂裝工藝，應用某公司高固體分涂料、水性涂料、雙組份清漆，噴涂效果良好，獲得了優異的外觀質量效果，光澤和DOI 均達到了85 以上，在橘皮方面還有一定的改進空間。該工廠實現了多種材質的共線生產，其試驗結果為未來新能源汽車項目提供了可靠性的案例和數據，同時推動了低溫塑料涂裝工藝水性化、高固體分化的發展。