一種發(fā)泡型抗石擊底涂的引進(jìn)與應(yīng)用

陳兆波

摘 要：介紹了一種發(fā)泡型抗石擊涂料及工藝在涂裝車間的引進(jìn)與應(yīng)用，及一些應(yīng)用問題的解決。通過應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了輕量化、減少材料使用量及VOCs排放量減少的綜合效益。

關(guān)鍵詞：車底 抗石擊涂料 發(fā)泡 輕量化 涂裝 揮發(fā)性有機(jī)物 應(yīng)用

1 前言

汽車在使用過程，底盤面對(duì)著惡劣、復(fù)雜的的工作環(huán)境，需要進(jìn)行特殊防護(hù)。PVC抗石擊底涂，被廣泛用來噴涂于車身底盤、輪罩等部位，用以現(xiàn)實(shí)底盤的隔音降噪、密封防水、焊縫防銹、輕量化等性能[1]。為滿足整車輕量化、材料成本降低、環(huán)保化的需求，聯(lián)合開發(fā)及引進(jìn)了一種新型發(fā)泡型的抗石擊涂料及應(yīng)用工藝。通過應(yīng)用該涂料及工藝，可以有更優(yōu)的隔音降噪性能[2]，可以節(jié)約材料用量以降低車重，同時(shí)也減少了VOCs的使用排放量，一舉多得。

2 發(fā)泡型新底涂的引進(jìn)及工藝應(yīng)用準(zhǔn)備

對(duì)于該發(fā)泡型新底涂材料（下文簡(jiǎn)稱為“新底涂”）的適用性，主要關(guān)注該底涂材料與車身現(xiàn)用油漆涂層的適配性、成品性能，及其可施工性能。三方面指標(biāo)通過驗(yàn)證確認(rèn)合格，就可以導(dǎo)入生產(chǎn)線批量應(yīng)用。

2.1 新底涂材料與油漆涂層的適配性實(shí)驗(yàn)

本新底涂，是由聚氯乙烯樹脂、增塑劑、附著力促進(jìn)劑和填料等組成的一種PVC 塑溶膠體系（生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也簡(jiǎn)稱“膠”）。相對(duì)于原在用PVC抗石擊底涂，新底涂多了發(fā)泡劑組份。由于新底涂是附著在電泳層表面（或者附著在裸露的板材表面），所以首先需要考慮新底涂材料與底材（包括與電泳層、裸板材）的附著力問題。

根據(jù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)制樣（膠層厚度2mm，140℃*20min烘烤固化后。冷卻24h）。測(cè)試結(jié)果：膠體良好的附著在試板上，膠層為內(nèi)聚破壞，試板上有殘膠的面積占了膠粘接面積的100%以上，新底涂膠層與底材的附著力指標(biāo)合格。

本處應(yīng)用，涉及到“3C2B”和“3C1B”兩條不同油漆工藝體系的生產(chǎn)線。

“3C2B”線的主要工藝：電泳+噴涂抗性石擊涂料+溶劑型中涂層噴涂+中涂烘干+水性色漆噴涂+色漆閃干+溶劑型清漆噴涂+面漆烘干。

“3C1B”線的主要工藝：電泳+噴涂抗性石擊涂料+膠烘烤+水性中涂噴涂+中涂閃干+水性色漆噴涂+色漆閃干+溶劑型清漆噴涂+面漆烘干。

抗石擊底涂，會(huì)經(jīng)受多重的烘烤及油漆涂層的覆蓋。該底涂會(huì)影響到噴漆后的外觀感知質(zhì)量及漆膜附著力等性能表現(xiàn)。根據(jù)底涂與中面涂涂層的配套性驗(yàn)證規(guī)范，選擇了對(duì)底材較為敏感的白色顏色的水性色漆涂層，與該新底涂進(jìn)行配套性測(cè)試。

經(jīng)測(cè)試：樣件漆后表面的無涂膜缺陷狀態(tài)，油漆層附著在膠層面上的附著力合格，結(jié)果如表1所示。

至此，新底涂與油漆涂層的適配性驗(yàn)證完成，結(jié)果合格。

2.2 新底涂成品性能確認(rèn)

生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)，主要是確認(rèn)與底材狀態(tài)有著密切關(guān)聯(lián)作用的，如耐熱、耐寒性、耐水性、耐濕熱性、耐久性、耐冷熱循環(huán)性、耐腐蝕性和抗石擊性，這8項(xiàng)性能，且需使用施工生產(chǎn)線的按正常工藝流程制作出來的電泳板件，制作測(cè)試樣本，并按測(cè)試規(guī)范，進(jìn)行檢測(cè)確認(rèn)。檢測(cè)結(jié)果如表2所述，結(jié)果合格。

2.3 新底涂對(duì)整車噪聲性能指標(biāo)影響驗(yàn)證

經(jīng)過上述1.1、1.2評(píng)估，已經(jīng)具備應(yīng)用在量產(chǎn)車上的前提條件，可以噴涂該新底涂材料在車身上，驗(yàn)證對(duì)整車的NVH性能的影響。

驗(yàn)證方案：按工藝噴膠2臺(tái)整車（分別：原在用的PVC抗石擊底涂，濕膜厚度750微米左右，干膜厚度也是750微米左右;及本新底涂材料，濕膜厚度375微米左右，經(jīng)固化膨脹后，干膜厚度平均為750微米），然后在試驗(yàn)車跑道上進(jìn)行整車動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

驗(yàn)證結(jié)果：

加速工況：兩測(cè)試車車內(nèi)噪聲相差不大，其中，三檔滑行時(shí)，應(yīng)用原用底涂的測(cè)試車，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2150-2250 r/min區(qū)間存在峰值（說明在該轉(zhuǎn)速區(qū)間，新底涂是有優(yōu)勢(shì)的）;

“5G-60km/h”粗糙路面噪聲對(duì)比：兩測(cè)試車內(nèi)噪聲總聲壓相差不大;

怠速開/關(guān)空調(diào)振動(dòng)噪聲對(duì)比：兩測(cè)試車噪聲、振動(dòng)性能相當(dāng);

驗(yàn)證結(jié)論：兩臺(tái)車的客觀測(cè)試與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相當(dāng)。

實(shí)車驗(yàn)證結(jié)果表明：同等干膜厚條件下，新底涂的隔音降噪性能，與原在用的PVC抗石擊底涂對(duì)比，水平相當(dāng)。但是，新底涂的施工濕膜膜厚，卻是原在用的PVC抗石擊底涂的施工濕膜膜厚的一半。在滿足同樣的性能要求下，新底涂的材料用量，存在著較大的下降空間。

2.4 材料的可施工性能評(píng)估

通過對(duì)材料成分、施工方式、熱固化條件、涂層厚度、儲(chǔ)存期等影響施工操作的因素的可行性分析，本新底涂材料，相對(duì)于原在用的PVC抗石擊底涂材料，基本相同。存在的差異點(diǎn)是：新底涂材料配方中含有發(fā)泡劑（原在用的PVC抗石擊底涂材料配方中無發(fā)泡劑），本新底涂材料烘烤后會(huì)在厚度方向膨脹約200%。

因此，本新底涂材料，基本具備較快速應(yīng)用于本處的“3C2B”和“3C1B”兩條不同油漆工藝體系的生產(chǎn)線批量生產(chǎn)的可行性。

3 新底涂應(yīng)用工藝啟動(dòng)

3.1 材料工藝施工參數(shù)方案

“3C2B”線的底涂施工方式為應(yīng)用高壓無氣噴槍手工噴涂;“3C1B”線的底涂為機(jī)器人自動(dòng)高壓無氣噴涂。基于相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，本新底涂材料施工的干膜膜厚為600微米～1200微米時(shí)，已能滿足相關(guān)產(chǎn)品性能要求，其余的沿用原PVC抗石擊底涂材料施工的相關(guān)參數(shù)方案。

3.2 材料切換及產(chǎn)前調(diào)試

3.2.1 管路清洗及新底涂材料導(dǎo)入

結(jié)合生產(chǎn)停產(chǎn)的時(shí)間窗口許可，材料切換，采取先將原在用PVC抗石擊涂料排出，然后清洗管道，再填充本新底涂材料的切換方案。借鑒行業(yè)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)[3]，制訂了如下的操作流程及要點(diǎn)規(guī)范（見表3）。

新底涂材料導(dǎo)入完成。為了確保生產(chǎn)開班后，能順利使用，并保證產(chǎn)品質(zhì)量，后續(xù)需進(jìn)行試噴涂施工。

3.2.2 “3C2B”線的底涂工位手工試噴

手工噴涂靈活性較強(qiáng)，對(duì)噴膠過程細(xì)節(jié)方面，可以直觀感知并可及時(shí)調(diào)整以適應(yīng)。但對(duì)于濕膜厚度減薄，操作員工的技能習(xí)慣及操作感知是比較難適應(yīng)的。所以對(duì)此新底涂料施工，主要風(fēng)險(xiǎn)在于：濕膜厚度噴涂偏厚，導(dǎo)致干膜膨脹過高，對(duì)后續(xù)總裝零件安裝造成干涉。為規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行試噴驗(yàn)證及操作培訓(xùn)。

試噴目的：確定較好的膠噴涂壓力與噴涂道次（原在用PVC抗石擊底涂，一般噴涂2～3道次）;同時(shí)，讓操作工對(duì)300～450微米厚度進(jìn)行目視感知及體驗(yàn);

試噴方案：在停線狀態(tài)下，按車型噴涂范圍要求進(jìn)行實(shí)車噴涂，目標(biāo)濕膜厚度為300～450微米;

試噴結(jié)果：按習(xí)慣的噴膠走槍速度與噴幅搭接，在膠噴涂壓力1700～1900Psi時(shí)，噴涂一道次，可以達(dá)到目標(biāo)厚度。但是，在同等條件下，噴槍出膠的噴幅有所減小，噴槍的噴涂距離需要稍有增大，走槍速度稍緩。

3.2.3 “3C1B”線的底涂工位機(jī)器人試噴

對(duì)于機(jī)器人噴涂，原在用的噴涂軌跡，是基于750～1000微米設(shè)定的。基于手工試噴的結(jié)果，在不改變噴涂軌跡的前提下，機(jī)器人噴槍的噴嘴的出膠流量需要降低。同時(shí)，噴幅的減小，會(huì)導(dǎo)致漏噴涂的高質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，需新狀態(tài)的噴幅也調(diào)整至與原噴幅大小一致。經(jīng)選型，噴嘴由型號(hào)“GGO529”變更為“GGO525”。

噴幅調(diào)試：應(yīng)用“GGO525”噴嘴，進(jìn)行噴幅調(diào)試。經(jīng)調(diào)整，在“底涂材料溫度33℃，機(jī)器人供膠壓力3.0～4.0bar”時(shí)，按原有機(jī)器人軌跡及噴涂距離，實(shí)測(cè)噴槍噴幅為140～190mm，達(dá)到原噴幅的大小要求。

濕膜厚度確認(rèn)：使用該兩個(gè)型號(hào)噴嘴，按正常工藝及自動(dòng)模式，分別噴涂一輛整車的底盤區(qū)域，選取具有代表性的共14個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行濕膜厚度測(cè)量。除了測(cè)點(diǎn)1、5、9外，應(yīng)用“GGO525”噴嘴的大部分測(cè)點(diǎn)，均在300～600微米的目標(biāo)膜厚范圍內(nèi)，如表4所述。該噴嘴可以應(yīng)用（少部分不在范圍的，可以微調(diào)噴涂速度、噴涂軌跡來適配）。

到此，材料切換及產(chǎn)前調(diào)試完成。通過調(diào)試驗(yàn)證，確定了能達(dá)到目標(biāo)噴涂效果的相關(guān)過程控制參數(shù)。

4 存在問題解決

4.1 機(jī)器人噴嘴維護(hù)優(yōu)化

經(jīng)過數(shù)月的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人噴涂的車輛，出現(xiàn)膠堆積、殘膠飛濺的缺陷率越來越高。

缺陷跟蹤統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：自4月份起應(yīng)用新底涂以來，三個(gè)月后，缺陷率突變升高。通過一系列的排查確認(rèn)，機(jī)器人噴槍的噴嘴磨損是主要原因。對(duì)比用了3個(gè)來月的 “GGO525”及其新零備件，發(fā)現(xiàn)用了3個(gè)月后的噴嘴，孔徑已磨損嚴(yán)重（目視孔徑約變大一倍）。

更換已磨損的噴嘴后，缺陷率恢復(fù)4月份以前的正常狀態(tài)。噴嘴的使用壽命周期優(yōu)化：將“GGO525”噴嘴更換周期由原來的1年/次，變更為1次/3月;同時(shí)，工位員工定期（1次/月）監(jiān)測(cè)噴幅并記錄數(shù)據(jù)，跟蹤噴幅變化趨勢(shì)。

4.2 膠霧導(dǎo)致臟粒缺陷問題解決

從11月中旬起，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)車型的四門裙邊部位出現(xiàn)密集的、大面積的臟粒狀缺陷，中面涂涂層無法覆蓋，導(dǎo)致后續(xù)大量的返修工作。經(jīng)過排查驗(yàn)證，主要機(jī)器人是機(jī)器人噴膠過程，膠霧上揚(yáng)附著所致。影響膠霧上揚(yáng)的因素很多，膠的粘度偏低、噴膠壓力過大，噴涂軌跡不合理、噴涂距離過近、室體壓風(fēng)量不足或出風(fēng)口沒有對(duì)正車身裙邊區(qū)域吹風(fēng)，等等。而且，時(shí)逢天氣氣溫較低，為了維護(hù)機(jī)器噴涂噴幅，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較頻繁的上調(diào)噴膠壓力，導(dǎo)致膠霧量增多。經(jīng)過驗(yàn)證，將膠粘度由53.8提高到54.6，將各臺(tái)機(jī)器人的噴膠壓力由1900～2100Psi下調(diào)至1000～1500Psi，優(yōu)化邊緣局部位置的軌跡及噴涂距離，調(diào)整室體送風(fēng)吹風(fēng)方向，加大送風(fēng)量。經(jīng)一系列調(diào)整，膠霧導(dǎo)致的臟粒缺陷明顯減少，但無法消除。下一步需改造室體送風(fēng)，實(shí)現(xiàn)裙邊區(qū)域風(fēng)幕隔離。

5 結(jié)語

經(jīng)過一年的應(yīng)用，過程使用穩(wěn)定。在保持底盤的隔音降噪、密封防水、焊縫防腐等設(shè)計(jì)性能水平的前提下，該發(fā)泡型抗石擊底涂材料及工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整車輕量化的貢獻(xiàn)（單車平均減輕1.5kg左右）。同時(shí)，相對(duì)于原使用的PVC抗石擊底涂，本發(fā)泡型抗石擊底涂原材料使用上降低了約40%，也同步減少了VOCs的使用排放量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王錫春.汽車涂裝工藝技術(shù)[M].1版1次.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005，81-83.

[2]李富強(qiáng)，張愛平，李丹彤，等.車底抗石擊防護(hù)膠在汽車上的應(yīng)用[J].粘接，2015（2）：056-057.

[3]楊磊.高發(fā)泡型汽車車底抗石擊涂料的應(yīng)用研究[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝，2016（3）：24.