水性漆在低地板車輛涂裝線的運用

■ 戴惠新 方振衛(wèi)

戴惠新：南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，高級工程師，江蘇南京，210031

方振衛(wèi)：南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，助理工程師，江蘇南京，210031

我國城市軌道交通建設(shè)迅猛，預(yù)計至2016年總建設(shè)里程為2 500 km，因此需要配屬的車輛約1萬輛。目前使用的溶劑型涂料中有機(jī)溶劑的排放是僅次于汽車尾氣的全球第二大大氣污染源，且溶劑排到大氣中后，會造成光化學(xué)污染，形成溫室效應(yīng)。目前低地板車輛上使用的溶劑型涂料在涂裝過程中產(chǎn)生大量VOC，致使作業(yè)環(huán)境惡劣，危害操作者身體健康，施工場所易燃易爆，同時會對周邊環(huán)境造成影響。在環(huán)保日漸重視的今天，水性漆在低地板車輛上的使用是大勢所趨。

1 低地板車輛介紹

低地板車輛為100%低地板設(shè)計結(jié)構(gòu)。車輛寬2.65 m，雙向有軌低地板車輛包括5個模塊，至少56個座椅和2個多功能區(qū)，并且有4扇單頁門和8扇雙頁門。車體結(jié)構(gòu)主體顏色種類是4種，油漆材料類型是水性漆（見圖1）。

圖1 水性漆涂裝外觀

2 低地板車輛水性漆施工工藝

2.1 工藝流程（見圖2）

2.2 水性漆作業(yè)方法

2.2.1 前處理

（1）除油清洗。因為水性漆是以水作為溶劑的涂裝材料，而金屬基材面不可避免地會有許多油漬、銹蝕物，根據(jù)相似相容原理，這些油漬的存在會嚴(yán)重影響涂層的附著力，甚至涂層無法覆蓋到金屬表面；而金屬表面涂刷的防護(hù)涂層通常是靠涂料分子與金屬表面極性基團(tuán)之間的范德華力相互吸引，以及基料、顏料與金屬鐵之間的化學(xué)反應(yīng)，使涂層緊密覆蓋，達(dá)到保護(hù)金屬的目的。因此，涂裝前，表面處理應(yīng)盡可能除去雜質(zhì)，使金屬裸露在表面。

（2）打砂處理。車體噴砂處理后，提高了基材表面的粗糙度和表面積，隨著粗糙度和表面積的增大，涂層與基材表面的基礎(chǔ)面積成倍增加，界面間的引力也增大，還為涂層附著力提供了機(jī)械齒合作用，有利于提高涂層附著力；涂層在固化中會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，粗糙度的存在可以有效消除涂層中的應(yīng)力集中，防止涂層開裂；同時表面粗糙度的存在有助于消除流掛現(xiàn)象，對于垂直涂裝的表面作用尤為明顯，但表面過于粗糙也會帶來不利影響。與光滑表面相比，使用相同的涂料量，其涂層厚度降低，尤其在波峰處，涂層厚度往往不足，造成涂層破壞。此外，粗糙度過大還會在涂裝時截留空氣，造成涂層起泡、脫落，實踐證明粗糙度為6.3~12.5μm是較合適的生產(chǎn)工藝。

圖2 低地板水性漆施工工藝流程

2.2.2 水性環(huán)氧底漆噴涂

（1）參照溶劑型現(xiàn)有工藝，底漆每道工序間隔24 h，要求水性環(huán)氧底漆不改變生產(chǎn)效率；

（2）底漆采用高壓無氣噴涂施工，分2次噴涂達(dá)到要求厚度，濕碰濕工藝，每次間隔20~30 min；

（3）底漆涂裝完成后可以進(jìn)行烘烤，烘烤溫度約60 ℃，要求漆膜具有良好的外觀，要求“15~25 ℃，24 h；25 ℃以上，18 h”后用P120目砂紙打磨，打磨性好。

2.2.3 膩子刮涂

參照溶劑型現(xiàn)有工藝，膩子每道工序間隔4 h，要求膩子無縮孔。

2.2.4 水性聚氨酯中涂、面漆噴涂

（1）參照溶劑型現(xiàn)有工藝，面漆每道工序間隔24 h，要求水性聚氨酯漆不改變生產(chǎn)效率；

（2）面漆采用高壓無氣噴涂施工，分2次噴涂達(dá)到要求厚度，濕碰濕工藝，每次間隔20~30 min；

（3）面漆涂裝完成后可以進(jìn)行烘烤，烘烤溫度約70 ℃，要求漆膜具有良好的外觀。

3 水性漆的優(yōu)缺點

3.1 使用水性漆的優(yōu)勢

水性漆用水作溶劑，具有環(huán)保、安全、簡便、節(jié)能四大特征，通過試制，認(rèn)為在低地板車輛使用水性漆有以下幾個優(yōu)勢：

（1）水性漆不含有害溶劑和重金屬，不會危害員工健康；

（2）水性漆以去離子水作溶劑，施工后工具也可用水清洗，大大減少有機(jī)溶劑的消耗，節(jié)省大量石油資源，同時施工時由于VOC排放量低，改善了操作員工的作業(yè)環(huán)境條件，降低了對大氣污染 ；

（3）水性漆以水作溶劑，施工時消除了火災(zāi)危險，運輸、儲存的安全隱患也較低；

（4）水性漆對鋁合金或碳鋼材質(zhì)城軌車輛車體表面適應(yīng)性好，涂層附著力強(qiáng)；

（5）水性漆漆膜均勻、平整，流平性好，城軌車輛車體焊縫、棱角、棱邊部位都能涂上一定厚度的漆膜，提高了車體的防腐性能。

3.2 使用水性漆的問題

（1）水性漆成本較高；

（2）水性漆施工時溫度、相對濕度要求較為苛刻，需要增加空調(diào)調(diào)整溫濕度，增加能耗；

（3）水的揮發(fā)受環(huán)境影響大，溫度低、濕度大嚴(yán)重影響漆膜干燥速度；

（4）水的揮發(fā)速率慢，噴涂時揮發(fā)較少，容易流掛；

（5）水的表面張力高，對基材潤濕差容易產(chǎn)生縮孔；

（6）可使用時間短，且超過可使用時間水性漆就不可以再用；

（7）溫度低于0 ℃時，水會結(jié)冰，且不可逆，水性漆只能報廢；

（8）水性漆對抗強(qiáng)機(jī)械作用力的分散穩(wěn)定性差，調(diào)配油漆攪拌時需注意；

（9）水性環(huán)氧底漆烘烤時間較長；

（10）車輛維護(hù)時，修補(bǔ)區(qū)域油漆接口不好處理；

（11）施工后廢水的處理困難。

4 水性漆免中涂工藝的優(yōu)勢

4.1 節(jié)能減排，降低運行成本

節(jié)能環(huán)保是世界發(fā)展的主題。世界各國車輛制造企業(yè)投入大量資金進(jìn)行研究，不斷改善工藝設(shè)備，提升工藝水平。這些企業(yè)對車輛涂裝過程的耗能和污染更加重視，并且都在組織各方面資源，不斷研發(fā)，在涂裝工藝方面已取得很大進(jìn)展。通過優(yōu)化和簡化涂裝工藝，達(dá)到節(jié)能減排和降低運行成本的目的。免中涂工藝的實施及推廣是逐漸實現(xiàn)車輛涂裝節(jié)能減排的重要措施之一。

4.2 免中涂工藝經(jīng)濟(jì)性及VOC排放性能

免中涂工藝的實施，設(shè)備成本降低約15%，人工成本降低約10%，能源成本降低約8%，生產(chǎn)效率提高約30%，總成本比較約降低15%；VOC減排約30%。

4.3 免中涂工藝的應(yīng)用情況

免中涂工藝在英國牛津?qū)汃R工廠有應(yīng)用實例。目前國內(nèi)的奇瑞汽車、上海通用五菱汽車和煙臺工廠均進(jìn)行了評估。在車輛涂裝中采用免中涂涂裝工藝，經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保和節(jié)能效果明顯。該工藝除具有保證面漆漆膜的特性外，還完全符合涂膜質(zhì)量要求，是實現(xiàn)車輛涂裝節(jié)能減排的重要措施之一，在涂裝生產(chǎn)工藝中值得推廣與應(yīng)用。

5 水性漆最新設(shè)備要求

（1）風(fēng)速。所有噴漆室都有送排風(fēng)系統(tǒng)，一般是頂部送風(fēng)，底部抽風(fēng)。這樣不但凈化了噴漆室的環(huán)境，也保證了涂裝產(chǎn)品質(zhì)量，同時也避免了操作者吸入更多的漆霧而危害健康。一般來說噴漆室內(nèi)的風(fēng)速在0.4~0.5 m/s比較好。

（2）照度。在涂裝車間，對照度要求最高的工位就是噴漆工位和檢查工位。對于噴漆車間，噴漆室的照度要求為800 lx。

（3）潔凈度。噴漆工序和烘干工序?qū)τ跐崈舳鹊囊蠓浅８摺Ａ酱笥?μm的粉塵混入漆膜，都會造成肉眼可視的缺陷。

（4）自動化。噴涂機(jī)器人對于涂裝的連續(xù)化生產(chǎn)有著至關(guān)重要的作用，同時也對勞動者的勞動環(huán)境和勞動強(qiáng)度有著明顯的改善。工人不用每天承受高污染的空氣進(jìn)行作業(yè)，大大降低了工人患上職業(yè)病的幾率。

（5）循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)。新風(fēng)量降低約47%，可以增效，降低成本。

（6）烘干后強(qiáng)冷。可以提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)節(jié)拍。

6 水性漆涂裝的清潔生產(chǎn)

6.1 涂裝清潔生產(chǎn)的內(nèi)涵

在工藝、產(chǎn)品、服務(wù)中持續(xù)的應(yīng)用整合、預(yù)防環(huán)境策略，增加生態(tài)效益和減少對于人類、環(huán)境的危害及風(fēng)險，是一種創(chuàng)新思想。該思想是將整體預(yù)防的環(huán)境戰(zhàn)略持續(xù)用于生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務(wù)中心，以提高生態(tài)效率，并減少對人類及環(huán)境的風(fēng)險。對生產(chǎn)過程而言，要求節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒原材料，減少、降低所有廢棄物的數(shù)量和毒性；對產(chǎn)品而言，要求減少從原材料獲取到產(chǎn)品最終的生命周期的不利影響；對服務(wù)而言，要求將環(huán)境因素納入設(shè)計和所提供的服務(wù)之中。

6.2 清潔生產(chǎn)謀求達(dá)到的目的

通過資源的綜合利用、短缺資源的代用、二次能源的利用，以及節(jié)能、降耗、節(jié)水，合理利用自然資源，緩解資源耗竭。減少廢物和污染物的排放，促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、消耗過程與環(huán)境相融，降低工業(yè)活動對人類和環(huán)境的風(fēng)險。

7 結(jié)束語

結(jié)合生產(chǎn)實際情況，說明水性漆噴涂的工藝流程。通過低地板項目涂裝生產(chǎn)線的試制過程，分析水性漆的運用，對城軌公司后續(xù)項目的涂裝過程使用水性漆具有指導(dǎo)和借鑒意義。隨著環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，水性漆將會越來越受到青睞，同時其應(yīng)用也將會更加普及，水性漆施工工藝將進(jìn)一步得到改進(jìn)和提升。