非金屬噴涂工藝在汽車外飾件上的應用

王雯娟 劉養(yǎng)頤 王精武 林嫣紅 王然 張亞娜

【歡迎引用】 王雯娟， 劉養(yǎng)頤， 王精武， 等. 非金屬噴涂工藝在汽車外飾件上的應用[J]. 汽車文摘，2024（XX）： 1-11.

【Cite this paper】 WANG W J， LIU Y Y， WANG J W， et al. Application on Non-Metallic Painting Process of Automotive Exterior Parts [J]. Automotive Digest （Chinese）， 2024（XX）：1-11.

【摘要】重點圍繞非金屬噴涂工藝在汽車外飾零部件上的應用，介紹了非金屬噴涂工藝原理、非金屬噴涂生產(chǎn)線構(gòu)成、油漆材料分類以及非金屬噴涂工藝的發(fā)展趨勢。非金屬噴涂工藝是非金屬零部件常用的表面處理工藝，借助自動化噴涂機器人，按照設計要求對零部件表面進行處理。油漆的功能主要分為3類：保護、裝飾以及功能性，外飾零部件對油漆的功能性要求更為嚴苛，除了要滿足設計要求的熱力學性能外，還需要具有良好的抗紫外線和耐腐蝕功能。油漆材料的發(fā)展趨勢是研究集環(huán)保、裝飾及使用性能為一體的新型油漆，非金屬噴涂工藝則朝著智能化、綠色化的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：汽車；外飾；非金屬噴涂；油漆；智能化

中圖分類號：U469.5；U472.44 ?文獻標志碼：A ?DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20230028

Application on Non-Metallic Painting Process of Automotive Exterior Parts

Wang Wenjuan， Liu Yangyi， Wang Jingwu， Lin Yanhong， Wang Ran， Zhang Yana

（Global R&D Center， China FAW Corporation Limited， Changchun 130013）

【Abstract】 Focusing on the application of the non-metallic painting process of automotive exterior parts， this paper introduces the principle of the non-metallic painting process， the constitute of the non-metallic painting production line， the classification of paint materials and the development trend of the non-metallic painting process. The non-metallic painting process is a common surface treatment method for non-metallic parts. With the help of automatic painting robots， the surface of exterior parts is treated according to design requirements. The functions of paint are mainly divided into 3 categories： protection， decoration and function. The functional requirements of exterior decoration parts are stricter. In addition to meeting the thermodynamic performance， they also need to have excellent UV resistance and corrosion resistance. The research trend of paint materials is to study a new type of paint integrating environmental protection， decoration and performance in use. The development direction of the non-metallic painting process refers to intelligent and environmentally friendly.

Key words： Automotive， Exterior parts， Non-metallic process， Paint， Intellectualization

0 引言

隨著汽車朝著智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化、共享化方向發(fā)展，汽車外飾不僅在美觀和品牌形象塑造方面發(fā)揮作用，還在功能性和市場競爭力方面起到關(guān)鍵作用[1，2]。汽車外飾零部件分布在車身外部，除了要滿足設計要求的熱力學性能外，還需具有優(yōu)良的抗紫外線和耐腐蝕性能，并且要兼顧美觀要求。目前非金屬件在車身外飾零部件中所占比例達到70%以上，非金屬噴涂工藝是非金屬零部件常用的表面處理工藝，借助自動化噴涂機器人，按照設計要求對零部件表面進行處理[3-5]。本文從工藝原理、生產(chǎn)線構(gòu)成、油漆材料分類[6-8]等多個維度系統(tǒng)介紹了非金屬噴涂工藝，介紹了不同外飾零部件對該工藝的應用實例，并對油漆材料的功能及分類進行梳理歸納。

1 非金屬噴涂工藝原理

經(jīng)過非金屬噴涂工藝處理過的零部件表面色彩鮮艷、耐腐蝕性能優(yōu)異、表面光潔度高。圖1為紅旗某車型外飾非金屬噴涂零部件的分布情況。噴涂工藝是利用噴槍將油漆霧化，在待處理零部件表面噴上一層或多層油漆，隨后進行烘烤的一種表面處理工藝。目前噴涂工藝按照工作原理可以分為靜電噴涂和空氣噴涂。

靜電噴涂對基材導電性具有特殊的要求，因此多用于金屬零部件的表面處理?？諝鈬娡渴抢脡嚎s空氣對油漆進行霧化，霧狀油漆在氣流的作用下噴向零部件表面沉積成膜，漆膜厚度均勻，外觀裝飾效果好，該工藝不受零部件、噴涂場地的限制，適用性廣，多用于非金屬零部件的表面處理，前后保險杠面罩、進氣格柵、擾流板等非金屬外飾零部件均利用該工藝進行表面處理。注塑成型的制件經(jīng)過冷卻后被輸送到涂裝車間，經(jīng)過前處理、火焰處理、油漆噴涂、烘烤等工序進行表面處理，圖2為非金屬噴涂工藝具體的工藝流程。

2 非金屬噴涂工藝的設計要點

2.1 非金屬噴涂工藝前處理

前保險杠面罩、擾流板、充電口蓋等汽車外飾零部件長期受到日曬、雨淋等環(huán)境因素的考驗，要求其基材具有良好的耐候性，防止在高溫等惡劣環(huán)境下變形老化等。目前隨著輕量化的要求，外飾零部件基材通常采用具有良好流動性的非金屬材料注塑加工成型，常用的材料有聚丙烯/聚乙烯（Polypropylene/Polyethylene， PP/PE）、PP+三元乙丙橡膠（Ethylene Propylene Diene Monomer， EPDM）、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（Polycarbonate/ Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers， PC/ABS）等，其表面具有良好的油漆附著力，保證油漆不脫落、不變色。

注塑加工成型的制件經(jīng)降溫處理后被運送到噴涂生產(chǎn)線進行表面處理，需經(jīng)過前處理、火焰處理等工序才能進行油漆的噴涂。水洗前處理過程包括預脫脂、脫脂、水洗、水分烘干等工序，表1為水洗前處理各工序的簡介和功能?；鹧嫣幚硎抢没鹧嬷写嬖诘拇罅烤哂袕娧趸缘碾x子，其在高溫狀態(tài)下與制件表面發(fā)生氧化還原反應，使制件表面生成帶電的極性功能團，增強制件表面吸附漆霧的能力，提高噴涂質(zhì)量。

2.2 非金屬噴涂生產(chǎn)線構(gòu)成

非金屬噴涂生產(chǎn)線由上下件區(qū)、前處理設備、自動輸送線、噴涂機器人、凈化送風設備以及廢氣、廢水處理設備等構(gòu)成。非金屬件具有較強的吸塵性，對噴涂環(huán)境的要求極為嚴苛，噴涂環(huán)境中無粒徑大于5 μm的微粒，并且粒徑小于5 μm的微粒數(shù)量控制在1×105個/L以下，表2為非金屬噴涂工藝的環(huán)境參數(shù)設置。不同尺寸的外飾零部件進行非金屬噴涂處理所配備的生產(chǎn)線會存在差異，本文著重介紹自動輸送線以及噴涂機器人。

依據(jù)零部件尺寸和生產(chǎn)節(jié)拍，采用不同的輸送方式可以達到最佳的生產(chǎn)效果。目前，噴涂生產(chǎn)線常用的輸送線有：滑橇輸送線、積放式輸送線、步進式定點旋轉(zhuǎn)輸送線。搭配有停止器的滑橇輸送線可以按照各工位的加工節(jié)奏對零部件進行輸送、存儲，可以實現(xiàn)不間斷地進行生產(chǎn)加工，多用于前后保險杠面罩、進氣格柵等大尺寸零部件傳輸。積放式輸送線的工裝盤可進行90°旋轉(zhuǎn)，搭配有道岔系統(tǒng)，可按照不同的施工要求進行合流、分流，多用于飾條類零部件傳輸。步進式定點旋轉(zhuǎn)輸送線以2個托盤為單位對零部件進行步進輸送，在噴涂過程中，托盤可進行360°旋轉(zhuǎn)，多用于外后視鏡殼體等尺寸較小、外形較為簡單的零部件傳輸。

噴涂機器人可自動對零部件表面進行噴涂處理，機械手臂工作范圍大，可實現(xiàn)內(nèi)外表面漆膜均勻平整，機械手臂轉(zhuǎn)動范圍越小，油漆的利用率越高。利用噴涂機器人可以大幅度提高噴涂效率，噴涂效率可達到150～200 m2/h，是手工噴涂的5～10倍。噴涂機器人可以按照程序仿形軌跡、定位精度高，與手工噴涂相比產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性得到大幅度提高，保證了零部件表面的噴涂質(zhì)量。噴涂機器人可進行離線編程和調(diào)試，使油漆等化學物質(zhì)對人體的傷害降到最低。噴槍配備有智能型輸調(diào)漆系統(tǒng)，對油漆的噴出量和壓縮空氣流量進行自動調(diào)節(jié)，提高了油漆的利用率，圖3為配合滑橇輸送線使用的噴涂機器人。

2.3 油漆材料分類

油漆的功能主要分為3類：保護、裝飾以及功能性，外飾零部件對油漆的功能性要求更為嚴苛，除了要滿足設計要求的熱力學性能外，還需要具有良好的抗紫外線和耐腐蝕功能。以某車企塑料外裝件噴漆標準為例，該標準中對油漆的耐光性和耐氣候性進行了要求，采用短時試驗，要求油漆表面沒有變化。按照PV 1502/12.96要求檢測清漆層抗紫外線輻射能力，試驗時間600 h，要求漆層上未見有裂紋。油漆的制備流程較為復雜，如圖4所示。首先，樹脂、溶劑、助劑等原料經(jīng)過高速攪拌形成光油；樹脂、溶劑、顏料、分散劑等原料經(jīng)過高速攪拌形成色漿。光油、色漿、溶劑以及銀粉、珠光粉等其他顏料進行攪拌、顏色調(diào)制等工序形成油漆樣品，之后再進行檢驗、包裝過濾，最終成品出貨。

按照溶劑的主要成分是否為有機物，油漆可分為油性漆和水性漆。油性漆也叫溶劑漆，是由樹脂、顏料、有機溶劑和各種添加劑組成，其溶劑通常為酯類、酮類等有機物，常用于汽車外飾零部件的表面處理。油性漆組成部分及功能如表3所示，油漆性能、顏色明度等要求不同，各組成部分的比例會進行相應調(diào)整。水性漆溶劑的主要成分是水，其中也含有少量的有機物，不同的國家標準對其有機物含量要求不同，由于其環(huán)保性好多用于汽車內(nèi)飾零部件的表面處理[9]。按照油漆固化方式可將油性漆分為PU漆和UV漆。PU漆是聚氨酯漆的通常叫法，該種類型油漆采用熱固化，固化溫度為80℃，固化時間為30 min，漆膜光澤度較高，只需要噴涂一層即可。UV漆利用紫外線的能量進行固化，漆膜飽滿度高，需要進行多層噴涂，高端車型外飾零部件表面的高亮黑漆就是利用UV漆實現(xiàn)的。

油漆按照漆膜位置又可分為底漆、色漆以及清漆。底漆位于漆膜的最里層，可以提高零部件表面對色漆的附著力，增加色漆的豐滿度，同時起到防腐蝕的作用，通常汽車外飾非金屬零部件底漆厚度為7～20 μm。色漆位于漆膜的中間層，零部件表面的顏色效果就是通過色漆進行呈現(xiàn)的，其功能為增加漆膜的亮度，裝飾美化零部件，通常汽車外飾非金屬零部件色漆厚度為10～32 μm。清漆位于漆膜的最外層，是透明的保護層，可以提高零部件表面的耐刮擦性能，提高漆膜亮度，通常汽車外飾非金屬零部件清漆厚度為25～45 μm。

2.4 噴涂外飾零部件性能要求

汽車外飾零部件起到保護和美化車身的作用，包含保險杠面罩、擾流板、外后視鏡殼體等零部件。對整車的碰撞性能、安全性以及舒適性都起到了重要作用。外飾零部件分布在車身外部，因此，除了基本的性能要求外，對其光照試驗及日曬氣候老化試驗的要求更高，需要進行嚴格的道路試驗。采用非金屬噴涂工藝對外飾零部件進行表面處理，工序簡單，漆膜總厚度原則上小于150 μm，能夠遮蓋非金屬制件的表面缺陷，增加零部件的質(zhì)感以及色彩多樣性，可以進行補充噴涂，提高零部件的合格率。噴涂零部件正面和側(cè)面的涂層平整均勻，無針孔、縮孔、露底等漆膜弊病[10]。與電鍍工藝相比，非金屬噴涂工藝對基底材料的選擇范圍更大，對不導電基材無需做特殊前處理，減少工序，提高加工效率；電鍍工藝對制件形狀要求較高，對于具有復雜結(jié)構(gòu)的制件，采用電鍍工藝進行表面處理可能會導致涂層分布不均勻，覆蓋不良等情況。電鍍工藝會將非金屬制件的表面缺陷進行放大，降低合格率，從而提高成本。非金屬噴涂生產(chǎn)線配備有廢氣、廢水處理設備，污水處理系統(tǒng)使用壽命時間長，3～5年無需更換，與電鍍工藝相比無需進行電解液的處理，更符合環(huán)保的要求[11]。

3 非金屬噴涂工藝的發(fā)展趨勢

3.1 外飾漆環(huán)保趨勢

“雙碳”背景下，材料、工藝的低碳化、環(huán)?；蔀檠芯康囊淮鬅狳c，汽車外飾漆也面臨著新的發(fā)展與挑戰(zhàn)。底漆材料通過性能優(yōu)化，朝著環(huán)保、耐腐蝕、耐鹽霧的方向發(fā)展；色漆材料更加注重裝飾性和耐候性；清漆材料除了環(huán)保性能要求外，朝著更優(yōu)異的耐磨以及機械性能方向發(fā)展[12]。通過改變成分配比、強化性能等手段將3者的綜合性能發(fā)揮到最優(yōu)也是目前油漆材料研究的一個方向。經(jīng)過多年的發(fā)展，油性漆已占據(jù)大量的市場份額，但是由于水性漆的環(huán)保屬性更加突出，因此未來油漆材料發(fā)展的趨勢是研究集環(huán)保、裝飾以及使用性能為一體的新型油漆，水性聚氨酯、水性丙烯酸涂料的性能優(yōu)化也將是研究的一個方向[13]。

3.2 非金屬噴涂工藝優(yōu)化

非金屬噴涂工藝朝著智能化、綠色化的方向不斷發(fā)展。宋昊鵬等[14]利用基于Factory Talk的涂裝車間工藝參數(shù)配置視圖能有效提高人員的響應速度、提高故障的處理速度，從而提高生產(chǎn)運行效率。李保亮等[15]通過對涂裝車間人工及自動化工位的對比分析，找出整體提升車間自動化率的方向。目前，外飾非金屬零部件可以采用“濕碰濕”方法進行表面噴涂處理，即在前一道還未徹底干燥的漆膜上噴涂后一道漆膜，最后一起干燥固化的涂裝方法，大幅降低了揮發(fā)性有機化合物（VOC）的產(chǎn)生，節(jié)約能源，更加突出節(jié)能環(huán)保屬性[16]。利用仿電鍍銀噴漆替代電鍍工藝對非金屬零部件進行表面處理，在保證汽車的外觀設計要求的前提下，還具有低排放、高可靠性等優(yōu)勢，三層漆的效果最好，表面質(zhì)量最穩(wěn)定。司先鋒等[17]采用等離子噴涂技術(shù)制備涂層，增加涂層內(nèi)部的層狀結(jié)構(gòu)以及孔隙率，提高涂層的光學性能。

4 結(jié)束語

為了充分挖掘非金屬噴涂工藝在汽車外飾件中的應用潛力，對非金屬噴涂工藝原理、生產(chǎn)線構(gòu)成、油漆材料等多個維度進行研究分析，得出結(jié)論：

（1）外飾非金屬零部件多采用空氣噴涂的方式進行表面處理，該工藝不受零部件、噴涂場地的限制，適用性廣，前后保險杠面罩、進氣格柵、擾流板等非金屬零部件都是采用該工藝進行表面處理。

（2）非金屬噴涂生產(chǎn)線由上下件區(qū)、前處理設備、自動輸送線、噴涂機器人、凈化送風設備以及廢氣、廢水處理設備等構(gòu)成。常用的輸送線有：滑橇輸送線、積放式輸送線、步進式定點旋轉(zhuǎn)輸送線。依據(jù)零部件尺寸和生產(chǎn)節(jié)拍，采用不同的輸送方式可以達到最佳的生產(chǎn)效果。與電鍍工藝相比，非金屬噴涂工藝對基底材料的選擇范圍更大，對不導電基材無需做特殊前處理，減少工序，提高加工效率。未來，該工藝將朝著更加智能、綠色的方向發(fā)展，其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢將發(fā)揮更大作用。

（3）油漆的功能主要分為3類：保護、裝飾以及功能性，外飾零部件對油漆的功能性要求更為嚴苛，除了要滿足設計要求的熱力學性能外，還需要具有良好的抗紫外線和耐腐蝕功能。油漆材料的發(fā)展趨勢為研究集環(huán)保、裝飾及使用性能為一體的新型油漆。

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（責任編輯 明慧）