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(tǒng)的3C1B、有水性漆，漆前處理有較為傳統(tǒng)應用較多的噴淋水洗到現(xiàn)代興起的CO₂清洗，以及更為簡潔的人工擦拭。各廠商根據(jù)自身的實際情況及當?shù)丨h(huán)保相關政策作出不同的工藝路徑規(guī)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(tǒng)的塑料件噴涂前處理方式，目前國內(nèi)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(xiàn)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(xiàn)場根據(jù)情況對噴淋壓力進行一定幅度的調(diào)節(jié)。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(tài)，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(xù)水分烘干非常有利;人工吹水通常使用廠區(qū)統(tǒng)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(qū)域，看現(xiàn)場的水分殘留情況，有些工廠僅規(guī)劃預留人工吹水工位，生產(chǎn)階段不設置操作工。常規(guī)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(jié)拍的保險杠生產(chǎn)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(nèi)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(shù)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(xiàn)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(zhì)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(jīng)計算為40Nm?/h;壓縮空氣，用于驅(qū)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?shù)啬茉磫蝺r（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(nèi)外已開始應用在一些保險杠生產(chǎn)線上。CO₂清洗效果一般，特別是表面油脂較重的時候;優(yōu)點是節(jié)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(tài)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(guī)則曲面的產(chǎn)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?？杉毞譃檠┗ㄇ逑春透杀w粒清洗，兩者都需要在室外放置一個液態(tài)CO₂儲存罐，常溫高壓的液態(tài)CO₂從管道進入噴嘴瞬間壓力減小，體積膨脹，變成固態(tài)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(tài)噴嘴，噴嘴數(shù)量排布在設計階段均可調(diào)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(jù)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(jù)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(chǎn)品表面的沖擊會對表面粗糙度產(chǎn)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(huán)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(chǎn)中做好模具保養(yǎng)等工作，杜絕保險杠等產(chǎn)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(chǎn)線規(guī)劃階段，應充分考慮來件的潔凈程度以及最終產(chǎn)品的表面狀態(tài)要求，有條件的情況下經(jīng)過適當?shù)膶嶒灉y試論證，再選擇適合產(chǎn)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(tài)儲存罐、雪花（干冰）制取設備、仿形機器人、送風空調(diào)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(nèi)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(chǎn)能計算，規(guī)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(jù)長三角地區(qū)的工業(yè)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(tǒng)水洗一截。由于各地區(qū)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(tǒng)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(chǎn)品需要噴涂的外表面，根據(jù)產(chǎn)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(chǎn)品在注塑階段就已經(jīng)充分考慮影響后續(xù)噴涂質(zhì)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(chǎn)品表面的污染，保證注塑后產(chǎn)品表面的潔凈度，從而提升產(chǎn)品漆后質(zhì)量及一次合格率。

擦拭方式對進入噴涂線的產(chǎn)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(chǎn)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(xù)拉動生產(chǎn)時以半小時左右?guī)齑媪繛橐?，并將庫存區(qū)設置潔凈區(qū)，生產(chǎn)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(chǎn)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(guī)劃階段進行相關的油漆配套性實驗測試，根據(jù)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(jù)需要可能配備靜電吹塵槍，用壓縮空氣吹去產(chǎn)品表面的靜電浮塵。由于涉及到溶劑，室體內(nèi)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(fā)速度有關，根據(jù)各地環(huán)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(chǎn)品表面潔凈度存在較高的要求。特別是塑料件產(chǎn)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(chǎn)過程中，注塑完的零件設置盡可能少的庫存，連續(xù)拉動時以半小時左右?guī)齑媪繛橐?，并將庫存區(qū)設置潔凈區(qū)，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。可見在需要設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(guī)劃階段進行相關的油漆配套性實驗測試，根據(jù)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(jīng)驗數(shù)據(jù)，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(tǒng)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(jié)省很多。同時我們也應看到，對國內(nèi)目前存在的大部分保險杠等塑料件生產(chǎn)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(zhì)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(nèi)應用較廣發(fā)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(fā)展以及注塑潔凈度的提高，在可見時間段內(nèi)，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(jié)能降耗角度出發(fā)，免前處理應是塑料件噴涂的終極目標。

參考文獻

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