淺談絲網印刷在活塞印刷中的應用

文 | 李樹坤

淺談絲網印刷在活塞印刷中的應用

文 | 李樹坤

絲網印刷石墨涂層工藝是目前較為先進的一種工藝方法，它將現代的四大印刷技術（平版、凸版、凹版和孔版印刷技術）之一的孔版印刷技術中的絲網印刷工藝應用于活塞涂層處理中，其工藝穩定，產品質量好，涂料利用率高。

現代高速發動機和大功率發動機活塞中鍍錫層的功能越來越小，基本上不再采用，減摩涂層主要選用石墨涂層，石墨涂層的處理一般有兩種工藝方法：噴涂和絲網印刷。本文主要探討活塞絲網印刷石墨涂層質量問題。

一、絲網印刷簡介

絲網是絲網印刷的基礎，絲網的材質、厚度、開口等對絲網印刷的質量有著很大的影響，根據印刷品的要求，選擇合適的絲網，是獲得高質量印刷品的首要問題。

絲網印版的部分孔能夠透過油墨或涂料漏印至承印物上。印版上其余部分的網孔堵死，不能透過油墨或涂料，在承印物上形成空白。當承印物直接放在帶有模版的絲網下面時，絲網印刷油墨或涂料在刮墨刀的擠壓下穿過絲網中間的網孔，印刷到承印物上。印刷時在絲網印版的一端倒入油墨或涂料，油墨或涂料在無外力的作用下不會自行通過網孔漏在承印物上，當用刮墨板以一定的傾斜角度及壓力刮動油墨時，油墨通過網版轉移到網版下的承印物上，從而實現圖像的復制。絲網通常由尼龍，聚酯、絲綢以及金屬絲制作而成。絲網印刷最初是用蠶絲作網材，故在早期稱絲網印刷為Silk Screen Printing（絹網印刷），自從網材被大量的合成絲替代后，就改稱Screen Printing了。

二、絲網印刷技術在活塞表面涂層中的應用

活塞絲網印刷石墨涂層技術是近幾年從國外引進的一種新型涂層處理工藝方法（該工藝在國外活塞行業已得到廣泛應用）。由于噴涂石墨涂層工藝的一些缺點，現采用D10涂料進行絲網印刷（見圖1）。經生產應用發現，該工藝具有以下特點：對環境溫度和濕度要求非常高，涂層外觀輪廓清晰，厚度均勻（厚度差一般小于2μm） ，涂料利用率高，達95%以上，產品質量穩定，設備操作簡單，生產效率高。

通常活塞絲網印刷石墨涂層工藝流程為:

超聲波除油→清洗→熱水清洗→干燥→絲網印刷→固化。

其中，超聲波除油目的是徹底除去活塞表面的油污，使活塞表面清潔。采用適合鋁合金的專用清洗劑或含有碳酸鈉和磷酸鈉及表面活性劑的除油溶液，即可以達到目的。清洗主要是除去活塞表面的清洗劑，使活塞清潔。熱水清洗是進一步除去活塞表面的一些殘留清洗劑等，同時利于活塞表面快速干燥。干燥是使活塞表面的水迅速揮發，以獲得干凈的表面，同時防止鑄鐵鑲圈生銹。

超聲波除油、清洗、熱水清洗、干燥等工藝均屬于前處理，對石墨涂層的結合強度有很大的影響，同時也影響涂層的外觀質量。清洗用水最好采用去離子水，這樣活塞干燥后表面不會殘留固體雜質，不會產生水印。固化是使涂層干燥固化，該工序對結合強度影響非常重要，同時也影響涂層外觀質量。

三、活塞絲網印刷石墨涂層質量分析

活塞絲網印刷石墨涂層的主要質量問題是涂層結合強度差、外觀差。外觀主要是鼓泡、針孔、涂層上附著固體異物。

1．涂層結合強度的影響因素

影響涂層結合強度的主要因素是前處理和固化工序，其次是印刷工序。對于印刷工序，在印刷前絲網表面不被污染（灰塵、油污等），基本就不會影響涂層的結合強度。

生產中，采用D10涂料進行絲網印刷時，涂料供應商建議采用超聲波除油——漂洗——熱水漂洗的工藝流程，所有清洗水建議采用去離子水。而實際生產的工藝流程為超聲波除油——超聲波漂洗——抽干，所有清洗水采用自來水。經過對采用去離子水和自來水兩種工藝進行比較，發現其對結合強度的影響不是很大。因此斷定固化工藝對涂層的結合強度影響很大，其中主要的工藝參數是溫度和時間。根據D10涂料的特性以及供應商建議的固化溫度和時間（180°不低于30min；150°不低于120min）。經過對比試驗，并且在固化后還分別浸在7414溶劑和汽油中，以進一步檢查結合強度好壞。試驗結果如表1所示。

表1 固化工藝對結合強度的影響

經過試驗發現，固化工藝只要按照供應商建議的溫度和時間（180°不低于30min）進行，石墨涂層的結合強度好，并且固化時間越長其結合強度越好。然而在實際生產中一般溫度設定在180°，時間在45~60min，但結合強度卻不合格。原來問題出在溫度控制儀上，其顯示的溫度比設定的溫度低20~40°。后來，經過校準溫度控制儀，生產中再沒出現結合強度不合格的情況。

另外，在包裝時，為了防止鑄鐵鑲圈在存放時生銹，一般是將產品涂上汽油，然后立即密封保存。由于石墨涂層長期處在汽油的氣體氛圍中，因此，對涂層的結合強度肯定造成不利影響。為此，對防銹包裝工序進行了改進，即在浸涂汽油后待汽油揮發完全再密封包裝。

經過對溫度控制儀和包裝工序進行改進，在用戶處再沒有出現結合強度不合格的情況。

2．影響涂層外觀質量的原因

在絲網印刷過程中石墨涂層外觀缺陷主要表現為鼓泡、麻坑、針孔或漏印、涂層表面有固體異物等。

石墨涂層出現鼓泡的原因是涂料在噴涂前沒有充分攪拌，涂料中各組分混合不均勻。石墨涂層出現麻坑的主要原因是環境濕度過高，不能滿足D10涂料絲網印刷的要求；其次，印刷過程中添加的涂料過多，涂料桶開啟后沒有及時密封而造成D10吸濕嚴重，涂料中有水分。

出現針孔或漏印的主要原因是活塞表面清洗不干凈，有油污，致使局部表面沒有涂層造成。石墨涂層有固體異物的主要原因是活塞表面清洗不干凈，印刷環境中灰塵多，地面不干凈等造成。此外國產絲網的粘接材料差，不能很好地適應D10涂料的特性，致使其在印刷過程中被溶解而印在涂層表面上。

針對以上的原因，生產中對絲網印刷的環境作了改進，對濕度和溫度也作出了相應的要求。此后，活塞絲網印刷石墨涂層的外觀質量大大改善，鼓泡、針孔或漏印、表面有異物等現象明顯減少，提高了產品質量，減少了廢品，極大地降低了生產成本。

四、小結

本文介紹了絲網印刷技術以及運用D10涂料進行活塞絲網印刷技術的工作原理以及活塞絲網印刷石墨涂層的工藝流程。對生產中存在的涂層結合強度差以及造成涂層外觀質量問題的各種現象如鼓泡、針孔、漏印和固體異物等的成因進行了分析。指出了固化溫度和時間控制是影響涂層結合強度的主要因素。

經過對造成結合強度和外觀質量的原因進行分析，對生產過程和工藝、工作環境、設備控制等方面進行改進，活塞絲網印刷石墨涂層的結合強度和外觀質量明顯提高和改善，產品的合格率大大提高，從而降低了生產成本，提高了生產效率。