水性中涂與膩子匹配工藝研究及應(yīng)用

楊 緒，皮 沁，邢汶平，葛 菲 （安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601）

工藝·設(shè)備

水性中涂與膩子匹配工藝研究及應(yīng)用

楊 緒，皮 沁，邢汶平，葛 菲 （安徽江淮汽車股份有限公司，安徽合肥 230601）

通過詳細分析水性中涂與膩子匹配不良的各個環(huán)節(jié)因素，從水性中涂本身的施工工藝及噴涂烘干裝備的滿足性，刮涂膩子的施工工藝參數(shù)、施工環(huán)境等方面對中涂與膩子匹配的各項工藝參數(shù)進行反復調(diào)整驗證，最終確定了膩子型號及膩子的施工工藝，并噴涂樣車對漆膜外觀質(zhì)量進行評審。

水性中涂；膩子；配套性能

0 引言

隨著國家對環(huán)保的日益關(guān)注，采用水性涂料成為汽車涂裝的主流趨勢。受制于商用車白車身表面沖焊工藝導致的焊裝白車身平整度的影響，白車身避免不了刮膩子工藝，由于材料特性，水性涂料表面張力較大，尤其是在膩子層上，其分子間內(nèi)聚力較大，潤濕效果比傳統(tǒng)溶劑型涂料差，必須提高界面的表面能，才能提高膩子施工后水性中涂的附著力，水性涂料與膩子匹配性較差的問題成為業(yè)內(nèi)的技術(shù)難題，因此水性涂料在商務(wù)車、輕客等車型較大的車身上的應(yīng)用局限性較大。

本研究針對不同膩子與水性中涂，不同匹配工藝的對比研發(fā)，將水性中涂與膩子匹配工藝成功應(yīng)用于輕客的涂裝，一方面，降低溶劑型涂料帶來的揮發(fā)性有機化合物（VOC）對空氣的污染；另一方面，在保證輕客外觀平整的前提下，提升整車的涂膜性能。

1 水性中涂與膩子匹配工藝特點及應(yīng)用前提條件

1.1 膩子的施工特點

在輕型客車的沖焊制造過程中，往往會因為汽車鋼板來料、模具、夾具、設(shè)計缺陷、運輸?shù)确矫娴脑?，導致車身電泳漆表面不可避免地出現(xiàn)凹凸不平的外觀缺陷，需要在電泳工藝之后進行刮膩子處理，隨后再噴涂水性中涂。

膩子一般由主劑、固化劑、填料等組成，汽車用膩子主劑由不飽和聚酯、苯乙烯組成，固化劑主要由過氧化物組成，填料由鋅鋇白、滑石粉、碳酸鈣等組成，主劑在固化劑的氧化作用下體積收縮，迅速發(fā)生聚合反應(yīng)，生成大相對分子質(zhì)量聚合物。不同的主劑與固化劑之間的調(diào)配比例會影響膩子的固化速度。膩子中的溶劑容易與中涂中的溶劑發(fā)生互溶，引起界面之間的咬底，使品質(zhì)受到影響；另外，膩子中的填料選擇也很關(guān)鍵，打磨后的粉塵會影響中涂在膩子上的附著力，一旦配套不佳，界面工藝處理不佳，嚴重時會導致中涂層直接脫落。

1.2 膩子與水性中涂配套的前提條件

膩子與水性中涂匹配優(yōu)良的前提條件是電泳層與中涂之間匹配良好。主要通過隨線掛板及隨車試驗進行驗證。

1.2.1 隨線掛板驗證

（1）按照正常生產(chǎn)工藝隨線制作電泳試板，烘烤條件為170℃，20 min；

（2）在試驗車身引擎蓋及U形面板處貼電泳試板，共計22塊，見圖1；

（3）試驗車按照正常生產(chǎn)工藝進行機器人噴涂，中涂烘房按常規(guī)設(shè)定溫度烘干。

圖1 隨線掛板試驗驗證電泳層與水性中涂的匹配性Figure 1 Verify matching performance between electrophoresis coating and waterborne primer by the hanging plate test with the line

按照上述驗證方法，電泳層與水性中涂施工后，附著力較好，外觀無互溶、吸光等缺陷，滿足中涂外觀質(zhì)量要求，即電泳層與水性中涂匹配性較好。

1.2.2 整車驗證試驗

（1）按照正常生產(chǎn)工藝前處理電泳3臺車身，電泳后用無水乙醇溶劑擦拭車身1和車身3，車身2未擦拭；

（2）3臺電泳車身均未涂膠、打磨、刮膩子；

（3）3臺試驗電泳車身按照正常生產(chǎn)工藝進行機器人噴涂，連續(xù)通過中涂烘干室，按常規(guī)設(shè)定溫度烘干（圖2）。

圖2 驗證整車電泳層與水性中涂的匹配性Figure 2 Verify matching performance between electrophoresis coating and waterborne primer by vehicle test

按照上述驗證方法，電泳層與水性中涂施工后，附著力較好，外觀無互溶、吸光等缺陷，滿足中涂外觀質(zhì)量要求，即電泳層與水性中涂匹配性較好。

在保證電泳層與水性中涂匹配良好的前提下，對膩子與水性中涂的匹配工藝進行研發(fā)驗證。

2 膩子選型、膩子與中涂匹配刮涂、烘干工藝，界面能的影響

目前市面上膩子品牌較多，膩子主劑成分中含有苯乙烯成分，苯乙烯是較強的溶劑，它對后道工序中的中涂有吸收作用，同時，中涂中有大量有機溶劑，中涂與底層膩子相互溶脹，易出現(xiàn)咬底、失光、起泡、灰疤印等漆膜外觀缺陷，視覺上能夠明顯感受到漆面光澤的差異。

膩子刮涂工藝通常需要進行預(yù)處理、車身填補、粗打磨、擦凈、細填沙眼，精打磨等工序，為避免膩子一次性刮涂過厚在固化時體積收縮引起開裂，一般需分幾次刮涂，因此，對車身表面較大凹凸處必須離線刮涂。

2.1 不同品牌膩子與中涂之間的匹配驗證

2.1.1 試板驗證（圖3）

（1）分別在兩塊電泳底漆樣板上一半刮涂A、B兩種品牌的膩子，一半不涂。

（2）待膩子干燥固化后，對整個板面進行打磨，用溶劑擦凈樣板上的粉塵（肉眼已看不到任何粉塵）。

（3）噴涂中涂，漆膜干燥固化后，按GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》檢測膩子與中涂配套后的附著力。

圖3 不同品牌膩子與中涂的匹配試驗Figure 3 The matching test of different brands putties and primer

圖3結(jié)果表明：B品牌膩子與中涂配套性較好，對中涂附著力影響較小，而A品牌膩子配套不佳，對附著力影響非常顯著。

2.1.2 實車驗證

（1）按照正常生產(chǎn)工藝前處理電泳2臺車身。

（2）按照工藝要求刮涂膩子，膩子烘干，打磨，涂膠，擦凈。

（3）按照正常生產(chǎn)工藝進行機器人噴涂，2臺車連續(xù)通過中涂烘干室，按常規(guī)設(shè)定溫度烘干。

分別采用兩種品牌膩子進行試驗，檢查中涂的表面狀況。品牌B膩子測試結(jié)果：2臺車共測試29個點，其中28個點附著力為0級，1個點附著力為1級；附著力情況良好。品牌A膩子測試結(jié)果：2臺車共測試29個點，其中19個點附著力為0級，7個點附著力為1級，3個點附著力為2級。經(jīng)過對比驗證，挑選品牌B膩子作為生產(chǎn)線使用膩子。

2.2 膩子固化工藝的影響

膩子層固化程度過低，疏松，附著力差；固化程度過高，膩子層柔韌性差，易發(fā)脆干裂，因此，必須選擇適宜的固化條件，推薦80℃，60 min。待膩子干透后再進行打磨，否則影響施工性能及附著力。

在生產(chǎn)線上新建一條膩子烘烤線，投資較大，通常是在膩子施工線上安裝移動紅外烤燈，對刮涂膩子部位進行在線烘烤。

2.3 膩子與水性中涂層間清潔工藝的影響

膩子的打磨產(chǎn)生大量粉塵，成為涂裝車間粉塵的主要來源，是導致漆面顆粒缺陷的主要原因。打磨粉塵因摩擦帶靜電粘附在車身表面，采用普通的黏性擦凈布較難去除，直接降低了刮涂膩子部位及其周邊區(qū)域甚至整個車身的中涂附著力。膩子打磨后的粉塵清理，對膩子與水性中涂的匹配性起著決定性的作用，開發(fā)過程中，需驗證不同的打磨擦凈工藝對膩子粉塵的潔凈能力以及匹配性。

通常的擦凈方法有：強溶劑擦拭、壓縮空氣吹掃、黏性紗布擦拭、噴淋加濕器除塵等。

為考察不同擦凈工藝方法的優(yōu)劣，進行如下驗證試驗：

（1）對1#、2#、3#、4#、5#、6#6輛車分別進行前處理電泳，刮涂膩子工藝；

（2）1#車未采取任何擦凈工序，直接噴中涂，隨后烘干；2#、3#車用乙醇溶劑擦拭，整個前蓋擦拭1遍，未避開刮涂膩子區(qū)域的平面；4#、5#、6#車用分析級乙醇溶劑擦拭，完全避開刮涂膩子區(qū)域的平面，分別擦拭引擎蓋左側(cè)、右側(cè)、U型面板區(qū)域；

（3）6輛車連續(xù)通過烘干室正常烘干，進行中涂的附著力測試。

試驗結(jié)果表明：1#、2#、3#車因污染程度不一，部分區(qū)域中涂附著力為2級甚至更低；4#、5#、6#車中涂附著力全部為0級。

2.4 中涂烘干工藝裝備及烘干工藝條件的影響

對中涂烘房設(shè)備爐溫曲線是否在中涂的工藝烘烤窗口范圍內(nèi)，是否對膩子存在過烘烤問題進行驗證。水性中涂的爐溫曲線見圖4。

圖4 水性中涂的爐溫曲線Figure 4 The furnace temperature curve of waterborne primer coating

爐溫曲線顯示，發(fā)動機蓋和尾門烘烤條件一般為150℃，15 min左右，其它部位烘烤條件為150℃，20 min以上。中涂烘烤條件要求見表1。

水性中涂推薦烘烤窗口見圖5。圖5推薦窗口中漆膜凝膠含量在89%～95%之間，該區(qū)域最低烘烤溫度為135℃，20 min。烘干爐設(shè)計需滿足中涂最低烘烤溫度要求，同時此溫度不會導致膩子的過烘烤。

圖5 水性中涂推薦烘烤窗口Figure 5 The baking window recommended for waterborne primer

2.5 中涂配方優(yōu)化調(diào)整，提高膩子與水性中涂的界面能

通過對水性中涂用助劑進行調(diào)整，調(diào)整中涂在膩子表面的界面能，提高中涂的潤濕效果。中涂調(diào)整后，需要對膩子刮涂后的中涂匹配性，如硬度、附著力，以及中涂的抗石擊效果進行驗證，確保中涂配方調(diào)整后的品質(zhì)，優(yōu)化配方后的漆膜性能見表2。

表2 優(yōu)化配方后的漆膜性能Table 2 The film performance after formula optimized

3 膩子與中涂匹配工藝總結(jié)及確認

3.1 水性中涂與膩子匹配工藝確認

根據(jù)以上膩子與水性中涂匹配性相關(guān)環(huán)節(jié)的開發(fā)驗證試驗，確定了膩子的刮涂、烘烤、擦凈工藝，以及中涂擦凈、中涂噴涂烘干的工藝條件，匹配工藝流程如下：

前處理電泳及烘干→刮涂膩子→膩子烘烤→膩子除塵→電泳打磨→涂膠→中涂打磨→中涂打磨除塵→中涂人工擦凈→噴涂水性中涂→水性中涂閃干→水性中涂烘干。

對于膩子的除塵工藝，需進行如下規(guī)范：

（1）現(xiàn)場工藝調(diào)整為：刮涂膩子→干燥→濕打磨膩子→壓縮空氣吹掃→黏性擦布擦凈→刮涂密封膠→第1遍黏性擦布擦凈電泳整車→第2遍采用異丙醇或酒精擦拭電泳部位（要完全避開刮涂膩子區(qū)域）→噴涂中涂；

（2）濕打磨膩子時盡量控制用水量，打磨時盡量減少膩子粉塵的擴散；

（3）氣吹采取從上至下、從里往外的方式進行，盡量減少粉塵飛舞，相互干擾；

（4）膩子打磨氣吹后立即采用黏性擦布進行擦拭，一定要勤換黏性擦布，并保證所有部位擦拭干凈；

（5）在中涂噴涂線的擦凈室內(nèi)先進行一次黏性擦布擦凈，整車擦拭完后再采用異丙醇或者酒精對電泳部位進行擦拭（注意擦凈布的顏色、勤更換，盡量不要擦拭到膩子部位，以免膩子粉塵二次污染）。

為避免人工除塵管理不到位，可以采用噴淋加濕除塵設(shè)備對膩子灰塵進行處理。

膩子施工厚度控制在150 μm范圍內(nèi)，分多次薄刮，車身凹陷較大時，必須進行人工鈑金修正后再刮膩子。

3.2 水性中涂與膩子匹配工藝生產(chǎn)線驗證

輕客水性中涂與膩子匹配工藝開發(fā)確認后，需對各工藝段參數(shù)進行調(diào)試驗證。采用噴淋加濕除塵設(shè)備代替人工除塵，分別在電泳打磨及中涂打磨室設(shè)置噴淋加濕除塵系統(tǒng)，采用以上驗證的水性中涂型號、膩子型號，及上述工藝參數(shù)進行試生產(chǎn)，并對車身外觀質(zhì)量進行評審。關(guān)鍵指標，附著力：1級；抗沖擊強度：50 cm；硬度：H，均達到設(shè)定的目標值，漆膜外觀滿足產(chǎn)品檢驗指導書要求。

4 結(jié)語

針對不同膩子與水性中涂，不同匹配工藝進行研究，首次將水性中涂與膩子匹配工藝成功應(yīng)用于輕客涂裝，一方面降低溶劑型涂料帶來的揮發(fā)性有機化合物對空氣的污染，為社會創(chuàng)造更多的價值；另一方面，水性中涂與膩子的匹配開發(fā)，在保證輕客外觀平整的前提下，提升了整車的涂膜性能。

1 秘自永.原子灰在汽車涂裝工藝中的正確使用［J］. 汽車工藝與材料，1999（12）：11-13.

2 徐中瓊，鄭勇，肖宇.膩子對汽車涂裝的影響［A］.第四屆中國重慶涂料涂裝學術(shù)大會論文集［C］. 重慶：重慶市涂料涂裝行業(yè)協(xié)會，2010：65-67.

Research and Application of Matching Process Between Waterborne Primer and Putty

Yang Xu，Pi Qin，Xing Wenping，Ge Fei
（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.，Hefei Anhui，230601，China）

The type and application process of the putty were determined through detailed aspects analysis why it is poorly matched between waterborne primer and putty，including the application process of waterborne primer itself，satisfiability of spray and baking equipments，application process parameters of putty and application environment etc.，and various matching process parameters between waterborne primer and putty were adjust and verified repeatedly. The sample vehicle was sprayed to assess the quality of film appearance.

waterborne primer；putty；matching performance

TQ 639

A

1009-1696（2017）02-0015-05

2016-12-20

楊緒（1983—），男，大學本科，工程師，汽車工藝技術(shù)經(jīng)理，目前主要從事汽車制造工藝技術(shù)研究工作。