皮沁1，杨绪1，郉汶平1，李金1，罗川2
1.安徽江淮汽车集团股份有限公司
2.阿克苏诺贝尔粉末涂料
摘要：探讨了在传统的汽车车厢液体涂料线上，改造成粉末涂料生产线的工艺开发过程中，粉末涂层质量的控制要点。通过进行粉末涂料与硅烷前处理、电泳、密封胶材料的工艺配套性验证，与液体涂料的串漆验证，重点针对粉末涂层与各层间的附着力、最终外观光泽度、机械性能、耐盐雾性、耐老化、与装配螺栓拧紧附着力等质量问题进行验证、分析调整和控制，优化至满足车厢涂装质量要求，为汽车车厢推广应用粉末涂装工艺提供了技术储备。
0 、引 言
环境污染已成为世界性问题，中央环保部门及地方政府等陆续对汽车涂装三废排放制定了各种严格的限制标准，粉末涂料以其利用率高达95%、无废水废渣废气（三废）排放等技术特点，具明显的环保和节能优势， 可极大地降低汽车车身及部件的涂装成本。为此开展了粉末涂料在汽车车厢上的应用研究。
本文主要探讨在已建成投产的液体涂料生产线上进行喷粉改造的技术研究, 以及粉末涂料在开发过程及工艺调试过程的质量控制要点。
1 、粉末涂装工艺的应用优势及局限性
粉末涂料与传统的液体涂料，其在施工性、三废、投资，运行成本等方面的对比如下。
1.1 优势
（1）环保：无溶剂，无废水，废气，废渣，减少火灾危险，降低操作者的健康威胁；
（2）资源有效利用：粉末涂料可95%回收利用，具有更高的生产效率；
（3）项目周期短：减少车间建筑面积，无土建成本；
（4）性能：耐候性及防腐性能优异(耐刮磨，遮盖能力强)；
（5）制造成本： 涂料消耗、综合能耗及设备投资均大幅度削减。
1.2 劣势
（1）换色时间较长，一般需要25 min，易串色，杂色；
（2）金属粉闪烁效果无法达到液体涂料外观要求，粉末涂层机械性能与长期耐候性， 自然暴晒保色保光性能无法达到液体涂料标准；
（3）喷粉不适应高节拍生产线，喷涂设备运行速度过快易导致粉末飞溅，通常车身涂装机械手速度可达2m/s；
（4）粉末涂料烘干温度较高，现多为160~180℃，烘干能耗增加。
2 、车厢漆改粉线工艺布置探讨
粉末涂料在国内尚无整车涂装应用经验，对于已批产的车厢液体涂装线，涂装工艺路线如下：前处理（脱脂、硅烷）→底面合一电泳→烘干→焊缝密封→液体色漆喷涂→清漆喷涂→流平→烘干（140-150℃×20 min）→强冷→检查→下线。
其中对于素色如白色，蓝色，可取消粉末清漆喷涂，直接替代液体色漆，方案设计为在流平室增加一套移动喷粉供粉系统。金属色则仍采用液体色漆加液体清漆的工艺。
素色（白、蓝）采用粉末涂装工艺路线，详细如下：前处理（脱脂、硅烷）→底面合一电泳→烘干→焊缝密封→流平（粉末喷涂）→烘干（170~180℃×20min）→强冷→检查→下线。
如生产粉末，烘房温度需提前设置升高至180℃，通常生产线采用粉末颜色集中排产的方式，避免频繁切换烘房和清理及换色。
3 、粉末涂料开发过程中的质量控制要点
车厢素色粉末涂装时，针对与硅烷、电泳、密封胶的配套性进行验证，主要模拟生产现场工艺，在实验室制板进行车厢全套性能验证。
3.1 粉末与硅烷、电泳、密封胶工艺配套性试验
3.1.1 粉末涂料与涂装前处理电泳配套性研讨
研究粉末涂料与车厢涂装硅烷、底面合一阴极电泳材料及密封胶的配套性能，分别按照生产工艺制板与硅烷及底面合一电泳配套后进行相关性能测试，由于粉末面漆烘烤温度为170~180 ℃，而电泳涂层烘烤温度仅150~160 ℃，存在不配套的风险。见表2。
进行上述实验验证后， 配套性能均满足商用车涂层外观质量标准。
3.1.2 粉末涂料与密封胶的配套性验证
因正常的PVC 焊缝密封胶的烘干条件为140℃×20 min，而一般粉末涂料的烘干条件均为170~180℃×15 min以上，为验证焊缝密封胶能否与粉末涂料实现湿碰湿以及在高温下是否出现开裂、附着力下降等问题，进行了密封胶与粉末面漆的配套性验证。粉末与4种密封胶的配套性比较结果见表3。
验证结果：
（1）传统PVC 焊缝密封胶与粉末配套会出现黄变、边缘流挂、胶层不连续等异常现象，需采用与粉末配套的耐高温密封胶；
（2）粉末检测的各项性能达到江淮汽车涂层性能要求；
（3）在胶条与板面的附着力方面，密封胶D较差，用力能将其与电泳漆分离，但是其耐黄变性能很好。由于密封胶烘烤温度比粉末低，约在140℃，所以均出现不同程度的黄变现象，但附着力良好，密封胶D配方选用耐烘烤材料，黄变现象有所缓解，但附着力较差。
密封胶选用耐高温烘烤的PVC 树脂材料，同时对其配方进行反复优化，保证高温烘烤后胶条的附着力。
3.2 粉末涂料外观及涂膜性能验证
为研究粉末涂料的颜色、外观、耐候性、耐化学性和耐环境老化等性能是否符合车厢涂装的产品质量标准，也进行了相关性能验证试验。外观及盐雾性能与配套实验相同，针对粉末面涂的重点性能，如机械性能，附着力，冲击，杯突，老化（氙灯老化与自然暴晒老化）、耐水、耐温变、耐湿热等性能结果进行了详细验证，粉末采用配方1 的详细实验结果见表4。
其中性能实验制板流程按本文3中的工艺流程制备试验板，粉末涂料烘干条件：170℃/15 min。
粉末配方1试验结果表明： 杯突不低于3mm的粉末涂料，其氙灯老化满足1500h 标准，但海南暴晒试验1年即不合格，存在柔韧性与耐候性二者兼顾平衡的问题，为此，调整粉末涂料韧性和耐候性树脂配方，对比试验结果如表5所示。
通过调整不同的粉末涂料配方，最终确认采用杯突2.0 mm，氙灯老化1500 h，海南暴晒24 个月的配方4作为车厢用粉末涂料。
4 、粉末涂料车厢工艺验证过程质量控制要点
在车厢上液体涂料喷漆线的流平室利用移动粉房进行喷粉，需重点对以下质量问题进行验证。
4.1 液体漆雾对粉末涂层干扰性的控制
实验室喷涂粉末样板，分别在喷漆室，流平室，烘房入口，验证漆雾对喷粉外观的影响。结果见表6。
经验证：在控制好生产现场喷漆室，流平室送排风风向风速下，漆雾对喷粉外观无影响。
4.2 粉末涂层与电泳层层间附着力的控制
粉末涂料因一次成膜厚度较液体涂料膜厚越大，分子间的内聚所引起的内应力也越大。当高分子涂层内应力能抵消附着力，使得只需较小的外力就能破坏粘合键时，粉末与电泳层间附着力将会变差，因此，生产现场的粉末涂层层间附着力是需要重点管控的质量要点。
过高的膜厚，其内部收缩力、对下涂层的剥离效应也较高，对涂层间附着、电泳与基材的附着力都会有影响。通常，单层膜厚建议控制在160μm以下。不同膜厚下，涂膜收缩效应的对比测评结果见表7。
生产现场，出现层间附着不良主要体现在粉末从电泳层上剥离， 车厢装配螺栓拧紧处粉末涂层脱落，如图3。
层间附着力通过百格附着力及剥离附着力来测评。
（1）百格附着力测试：美工刀片2 mm 间距划至钢板底材，并用3M 胶带粘起，观察漆膜脱落情况，参考GB/T 9286；
（2）层间剥离附着力：在样板边缘用美工刀片试探伸至电泳与粉末涂膜层间，刀和试板表面15~30°角，然后在刀背上施加一定的推力，均匀地推动美工刀，判断能否将涂膜从电泳层上剥离。如能轻松将涂膜从电泳层上连续完整地剥离下来，且电泳层和涂膜互不粘连，则结果判定为不合格；如果剥离时，电泳层仍留在基材上， 找不到电泳层和涂膜之间清晰的界限，涂膜不能连续剥离且和电泳层互相粘连，则结果判定为通过。
试验1：电泳表面能对附着力影响验证。结果见表8。
表面能：样板的表面能使用Data Physics Instrument进行测试，实验中使用水、二碘甲烷和乙二醇3种液体作为标准。为了测试具有代表性，每个测试样品测试了3个位置，然后结果取平均值。
结论：在线电泳不同阶段电泳表面能逐渐下降，微观表面张力下降，涂层之间润湿效果下降，层间附着力发生变化。
试验2：验证电泳漆中成分的变化
通过测量电泳漆的灰分：准确称取约10g试验电泳漆于已知质量的瓷坩埚中，放入120℃的烘箱中干燥1h，然后放入马弗炉中，徐徐升温至（800±50）℃加热灰化1h，放入干燥器内冷却至室温，求瓷坩埚增加的质量（g）。实验结果见图4。
结论：电泳表面状态发生变化，是导致层间附着不良的主因。电泳漆中混入杂质，红褐色铁锈类物质，进一步排查为车厢板材带入槽中的铁离子， 试验验证，电泳经打磨擦净后，层间附着力OK。
建议措施：
（1）车厢上件前人工擦拭油污及铁渣，并检查；
（2）硅烷重新换槽，并更换过滤袋至50（由100更换至50）；
（3）电泳漆建立并规范除油过滤袋等更换频次，管理槽液的状态；
（4）规范生产现场的拧紧工艺，人工辅助插入螺栓，拧紧时勿超时用力，两声后即停止，制定标准；
（5）热轧板上粉末涂层膜厚建议适当降低，生产现场总膜厚控制在80~120μm最佳，尽量不超过200μm；
（6）生产线硅烷换槽及电泳除油后，重新安排生产，小件层间附着力测试合格后，再安排车厢板试生产、装配、评审，以稳定生产线车厢粉末涂层附着力。
5 、结 语
针对在成熟液体涂料生产线上进行粉末喷涂改造项目，总结经验如下：
（1）由原喷漆室改为喷粉室，喷粉室注意改造送排风，避免喷粉和喷漆产生互串；
（2）汽车工艺中要对粉末与前处理，电泳，涂胶各个涂层的配套性充分验证，界面附着力，粉末喷涂的全系列涂膜性能均需要充分验证，尤其是自然暴晒性能；
（3）生产现场质量控制要关注上道涂层电泳及前处理表面能的变化，保持硅烷及电泳槽烨工艺参数的稳定性，以及车厢本身表面的洁净度。
通过以上试验验证，粉末涂装工艺能够满足汽车车厢产品的涂装质量要求，从投资和运行成本及环保发展趋势而言，都是汽车车厢值得推广的一种绿色涂装工艺。
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