保險杠噴涂前處理工藝淺析

葉曉天 王高坤 胡偉

摘 要：文章主要介紹汽車噴涂塑料件幾種前處理工藝水洗、CO₂清洗、人工擦拭的主要特點。并從投資、運營能耗以及對上游工藝的影響等方面，對以上幾種處理工藝進行了簡單的分析及對比。

關鍵詞：保險杠;前處理工藝;塑料件噴涂;運營能耗

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-155-04

Analysis of Bumper Spray Pretreatment Process

Ye Xiaotian， Wang Gaokun， Hu Wei

（?Geely Changxing Energy Vehicle Co.， Ltd.， Zhejiang Huzhou?313100?）

Abstract：Analyse different plastic pretreatment mode， mainly power wash， CO₂clean and manual wipe for bumper. Focus on investment， operation consumption， production quality from injection， and come to a summary at the end.

Keywords： Bumper; Pretreatment; Plastic paint; Operation consumption

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID：1671-7988（2020）04-155-04

引言

隨著汽車設計的成熟進步，塑料件在汽車上的應用趨多，保險杠、翼子板、門檻條等塑料外飾件需要噴涂成與車身主體相配的顏色，而對塑料件噴涂的工藝各廠商也有所差別，有傳統的3C1B、有水性漆，漆前處理有較為傳統應用較多的噴淋水洗到現代興起的CO₂清洗，以及更為簡潔的人工擦拭。各廠商根據自身的實際情況及當地環保相關政策作出不同的工藝路徑規劃。本文將主要介紹目前幾種不同的塑料件漆前處理方式及其特點。

1 前處理工藝介紹

1.1 水洗前處理

水洗前處理是較為傳統的塑料件噴涂前處理方式，目前國內80%以上的保險杠漆前處理都使用水洗工藝，如延鋒、麥格納、吉利汽車、長城汽車的大部分保險杠車間都使用水洗前處理工藝。在某些車間還有可能存在水洗前進行簡單擦拭的情況。水洗前處理主要特點是清洗效果好，通常一次合格率能達到95%以上。設備投資及運營能耗較大。

1.1.1 水洗原理

通過利用一定壓力的水對工件表面進行噴淋，來實現去除工件表面油污的目的，通常設5道噴淋，噴淋壓力一般設計為1.0 bar，并可在現場根據情況對噴淋壓力進行一定幅度的調節。前兩個噴淋加熱到55℃左右，并加入脫脂液，使用物理化學方法除掉表面臟污，而后3道常溫水洗沖洗除掉工件表面的化學藥劑成分，其中最后一道水洗使用純水，達到表面無污物、無礦物離子的狀態，一般最后一道純水噴淋后，工件上的滴水電導率不大于10μs/cm。某些廠家還可能在最后一道水洗中加入助脫劑，來改變工件表面水的張力，更有利于水分脫離工件表面，有助于防止水分烘不干等情況。水洗之后設置抖水（可選）、自動及人工吹水來除掉工件表面的水膜，對后續水分烘干非常有利;人工吹水通常使用廠區統一供應的壓縮空氣，針對自動吹水不可達的邊角這些容易兜水區域，看現場的水分殘留情況，有些工廠僅規劃預留人工吹水工位，生產階段不設置操作工。常規水洗前處理的工藝流程如圖1所示。

1.1.2 設備投資

以某40掛/小時節拍的保險杠生產線為例，水洗前處理工藝設置一套5序（包括預脫脂、脫脂及3道水洗）水洗和吹水設備，包括不銹鋼槽體5個，通長的不銹鋼室體，水泵6臺，吹水風機一臺，不銹鋼導軌及鏈條輸送機，另包括相應水管、風管、閥門儀表等附屬設備，整體設備尺寸52*3.2*4.2m;水洗后水分烘干及強冷，室體使用不銹鋼內板，外包保溫巖棉及波紋板，烘干高溫鏈條及導軌，耐熱溫度120℃以上，烘干線整體尺寸80*3.2*4m。綜合下來水洗加烘干投資在數百萬。

1.1.3?運行能耗

因設備種類多，水洗前處理在各種工藝中屬于能耗較高的一類，主要表現在以下方面：電，用電設備較多，有水泵、吹水風機、烘干風機及照明等，綜合裝機功率320KW;水，前處理的主要介質是水，水的耗量主要來源于新鮮水噴淋，各工藝槽的補水等，計4t/h;天然氣，烘干爐使用天然氣燃燒加熱工件，經計算為40Nm?/h;壓縮空氣，用于驅動氣動閥，人工吹水工位用來吹干工件，計80Nm?/h;另使用蒸汽加熱脫脂和預脫脂槽液。結合當地能源單價（浙江·湖州），綜合計算能耗450元/小時。

1.2 CO₂清洗

CO₂清洗是近期興起的一項清洗技術，在國內外已開始應用在一些保險杠生產線上。CO₂清洗效果一般，特別是表面油脂較重的時候;優點是節省成本，和水洗相比污染排放物較少。

1.2.1 清洗原理

CO₂清洗主要依靠固態二氧化碳顆粒通過噴嘴噴灑到工件表面，利用干冰的低溫（-60℃～-80℃），使工件表層形成極低溫度，使表面的油脂等贓物冷凍， CO₂在工件表面氣化過程中體積急劇膨脹約700倍，油污灰塵皸裂成碎片，失去粘性;同時從噴嘴噴出高速氣流，氣流的沖擊力將皸裂后的碎片從工件表面吹落，隨后被工位排風管帶走并做過濾處理。對于保杠等外形不規則曲面的產品，通常需要將噴嘴安裝到機器人手臂上，使用機器人對工件表面做仿形，從而形成更好的均勻一致的清洗效果。

CO₂清洗通常可細分為雪花清洗和干冰顆粒清洗，兩者都需要在室外放置一個液態CO₂儲存罐，常溫高壓的液態CO₂從管道進入噴嘴瞬間壓力減小，體積膨脹，變成固態雪花狀CO₂，被壓縮空氣吹向工件表面，雪花清洗的噴嘴接近液態噴嘴，噴嘴數量排布在設計階段均可調整。雪花清洗噴嘴結構如圖2所示。

對于CO₂干冰清洗，需要在CO₂儲存罐后后面增加了壓縮裝置，將極為細小的CO₂雪花壓縮成大塊的干冰冰塊，隨后將干冰切割成為設定好大小的顆粒，粒徑大小從0.5～3mm不等，可在根據需要在設備設計階段設定好。由于是細小顆粒，干冰清洗的噴嘴會大一些，可根據需要將噴嘴設計成相應的形狀。

干冰擠出及干冰清洗如圖3所示。

干冰洗較雪花清洗顆粒較大，干冰顆粒以極快速度沖擊到工件表面，沖擊力較強，對一些粘度較大的油污具有很好的清洗效果，同時也應注意到，干冰顆粒對產品表面的沖擊會對表面粗糙度產生影響，特別是選擇的干冰顆粒較大、工件表面較軟的時候。

和水洗一樣，CO₂清洗后通常也設置人工檢查，火焰處理以及3道噴漆等工序，由于清洗過程中環境會比較干燥，在噴漆前去靜電作用的等離子風是非常有必要設置的。鑒于CO₂對油污的清洗能力比水洗處理要弱，需要在注塑工序使用免脫模劑的塑料粒子，并在日常生產中做好模具保養等工作，杜絕保險杠等產品表面存在重油污、難以清洗的脂類等贓物，否則清洗不干凈會在噴漆過程中引起縮孔、附著力不良等缺陷。在產線規劃階段，應充分考慮來件的潔凈程度以及最終產品的表面狀態要求，有條件的情況下經過適當的實驗測試論證，再選擇適合產品的處理方式。

1.2.2 設備投資

CO₂清洗的包含的主要設備有室外液態儲存罐、雪花（干冰）制取設備、仿形機器人、送風空調廂、其它噴嘴管路等附件。綜合下來設備投資低于水洗前處理約30%的水平，而干冰顆粒工藝由于多了一個將大干冰切割成小干冰的工序，所以設備成本會略高于雪花清洗一點。

1.2.3?運營能耗

CO₂清洗的能耗主要來源于壓縮空氣的使用，室體內的空氣送風以及各個設備的耗電量。為避免從工件上清洗下來的灰塵飄揚二次污染工件，通常設置CO₂清洗室的沉降風速為0.3～0.4m/s左右，濕度在40～70%之間。按照40掛每小時，雙邊3層的產能計算，規劃清洗室相關的設備電功率不超過200Kw，每小時大約400Nm³/h的壓縮空氣耗量。

同時也應注意到，以單位平方計算，根據長三角地區的工業CO₂價格，CO₂的單耗成本遠高于水洗藥品，但CO₂綜合運營成本仍然低于傳統水洗一截。由于各地區CO₂價格存在差異，本文暫不考慮原材料對的影響，只考慮運營能耗。

1.3?人工擦拭前處理

1.3.1 清洗原理

相較與傳統水洗以及CO₂清洗，人工擦拭相對簡單，即通過人工采用黏性抹布去擦拭產品需要噴涂的外表面，根據產品來件的清潔程度，可能還需要沾取一些溶劑去擦拭，常用的溶劑有酒精、異丙醇等。此類擦拭工藝在日系保險杠車間應用較多，日系產品在注塑階段就已經充分考慮影響后續噴涂質量的因素。從塑料粒子的控制、注塑機設計、模具設計加工、及車間日常潔凈度等方面做好管控，杜絕油以及灰塵對產品表面的污染，保證注塑后產品表面的潔凈度，從而提升產品漆后質量及一次合格率。

擦拭方式對進入噴涂線的產品的表面潔凈度要求比干冰清洗更高。特別是塑料件表面不能有油污，一旦油污染到保險杠表面，通過擦拭很難根除，會在噴漆后造成漆面縮孔、附著力不良等缺陷;在排產過程中，注塑完的零件設置盡可能少的庫存，庫存等待時間越長灰塵污染工件表面的概率越大，連續拉動生產時以半小時左右庫存量為宜，并將庫存區設置潔凈區，生產期間開啟送風加濕功能，盡可能減少灰塵污染，若灰塵污染傳遞到噴漆工序，會產生顆粒等缺陷?？梢娫谛枰O置批量毛坯件庫存的地方不太適用于擦拭前處理工藝。建議在規劃階段進行相關的油漆配套性實驗測試，根據情況綜合考慮加以選擇。

1.3.2?設備投資

人工擦拭對設備的要求也比較簡單，主要就擦凈室及照明送風，根據需要可能配備靜電吹塵槍，用壓縮空氣吹去產品表面的靜電浮塵。由于涉及到溶劑，室體內排出的氣體可能含有部分廢溶劑，廢溶劑的含量與來件表面潔凈度以及溶劑的揮發速度有關，根據各地環保政策的差別，可能需要對擦凈的廢氣做過濾處理，消除掉溶劑后再外排。此處我們對設備投資的比較暫不考慮空氣中的廢氣凈化裝置。

1.3.3?運營能耗

人工擦拭的運營能耗相對較小，僅室體送風和照明耗能，以及少量的壓縮空氣。正常送風滿足人員工作舒適度即可，夏季不高于28℃，冬季不低于18℃，濕度保證不結露即可，不做嚴格控制，綜合能耗功率約50Kw，壓縮空氣耗量100Nm³/h。

對于擦拭方式進行的表面處理，對進入噴涂線的產品表面潔凈度存在較高的要求。特別是塑料件產品表面不能有油污，一旦油污染到保險杠表面，通過擦拭很難根除，會在噴漆后造成漆面縮孔、附著力不良等缺陷;在排產過程中，注塑完的零件設置盡可能少的庫存，連續拉動時以半小時左右庫存量為宜，并將庫存區設置潔凈區，具備送風加濕功能，盡可能減少庫存過程中灰塵對工件表面的污染?？梢娫谛枰O置批量毛坯件庫存的地方不太適用于擦拭前處理工藝。建議在規劃階段進行相關的油漆配套性實驗測試，根據情況綜合考慮加以選擇。

2?投資能耗對比

綜合上述3種前處理的描述，結合相關經驗數據，得出各工藝成本關系如下，假設水洗前處理的投資為100，運營能耗為100。投資對比如圖4所示，運營能耗如圖5所示。

可見，不管是從設備投資上還是運營能耗上，傳統水洗、二氧化碳清洗、人工擦拭三者的成本均以降序排列，特別是人工擦拭，投資和能耗節省很多。同時我們也應看到，對國內目前存在的大部分保險杠等塑料件生產車間，噴涂來件的潔凈度較難達到簡單擦拭或吹掃就能噴漆的水平，如此必然要增加較多人工來擦拭，而這樣會帶來人工成本的上升以及潛在的返修等不一致質量成本。

水洗前處理往往在沖洗后需要人工吹水，在噴漆前也需要人工檢查，需要一定的人工干預;由于處理效果較好，對各種來件潔凈度都能適應，目前國內應用較廣發還是水洗前處理工藝。而干冰清洗至噴漆全程幾乎無需人工干預，屬于自動化程度最高的一種清洗工藝;鑒于目前其對重油污的處理能力有限，相信將來隨著CO₂清洗技術的改進發展以及注塑潔凈度的提高，在可見時間段內，CO₂清洗這種綠色清洗技術會得到較大范圍的應用。而隨著注塑潔凈度的進一步提高，以及涂料適用性范圍的提高，從節能降耗角度出發，免前處理應是塑料件噴涂的終極目標。

參考文獻

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