水性涂料在汽車車身涂裝上的運用分析

鄒峰

江西江鈴集團新能源汽車有限公司

水性涂料在汽車車身涂裝上的運用分析

鄒峰

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水性涂料最大的特性就是用水作為分散劑，與傳統(tǒng)溶劑型涂料相比，VOC含量大幅下降,對大氣污染程度較低。這種新型的涂料，在噴涂過程中，它的涂裝工藝也會與傳統(tǒng)涂料有所區(qū)別。本文從水性涂料的特點出發(fā)，探究水性涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的區(qū)別與優(yōu)勢所在；同時探究水性涂料涂裝的工藝要求，對于傳統(tǒng)溶劑型涂料噴涂車間的改造給出一定的建議。

水性涂料；汽車噴漆；工藝要求

涂裝生產(chǎn)線是汽車生產(chǎn)中投資最大，工藝要求最高的生產(chǎn)線，同時也是能耗、三廢排放量最高的生產(chǎn)線。目前傳統(tǒng)的汽車涂裝采用的溶劑型3C2B工藝體系，在這個過程中使用的溶劑型油漆會產(chǎn)生超過120g/m3可揮發(fā)性有機物，這些有機溶劑逸散到空氣中不僅污染大氣環(huán)境，同時對人類健康也造成巨大的危害。隨著國家對清潔生產(chǎn)的日漸重視，針對限制VOC排放的環(huán)保政策逐步出臺，水性涂料在汽車涂裝行業(yè)開始逐步得到應用。在水性3C2B工藝體系中，使用水性中涂和水性色漆替代原有的溶劑型中涂和溶劑型色漆可將VOC排放降低至40g/m2。這已經(jīng)達到國際清潔生產(chǎn)先進水平的排放量。僅從環(huán)保的角度來看，水性漆就比傳統(tǒng)溶劑型油漆具有更大的優(yōu)勢。接下來具體探究水性漆的各種特點及其優(yōu)勢。

一、水性涂料與傳統(tǒng)溶劑型涂料的對比

1.1 水性涂料與溶劑型涂料最大的區(qū)別就在于兩者的成分不同

傳統(tǒng)溶劑型涂料中有70%以上的成分均為有機溶劑,而水性涂料的成分中有60%左右的水，有機溶劑僅占到10%左右。兩者的顏料和樹脂占到比重大致相當，溶劑型和水性涂料的固體分含量也基本相同。

1.2 揮發(fā)性

水性涂料與溶劑型涂料在揮發(fā)性方面也有著巨大的差異，從上圖可以看出，溶劑型涂料在晾干的過程中會有60%-70%的溶劑會被揮發(fā)掉，而水性涂料在晾干的過程中僅有25%-35%的水分會揮發(fā)掉。那么水性涂料在噴涂罩光漆前，去除濕漆膜中所含的水分是十分有必要的。

1.3 濕膜固體分

本來溶劑的揮發(fā)性就極高，幾乎不受濕度影響。即使在常溫濕度下，涂料中的溶劑也會大量蒸發(fā)，溶劑型涂料在霧化過程中，溶劑的快速揮發(fā)使得涂料的粘度提高、濕膜固體分增加，而在水性涂料的霧化過程中，水分不易揮發(fā)，其粘性也就受到了限制，它的濕膜固體分也就沒有太大的變化。

1.4 觸變性

水性涂料的觸變性比溶劑型涂料要大，而且非常容易受剪切力的影響，要求整個輸調(diào)漆系統(tǒng)從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩(wěn)壓器、過濾器等皆為低剪切設計；同時水性涂料的涂料普遍較高，與溶劑性涂料比較，輸調(diào)漆系統(tǒng)需要提高泵的輸送能力。

二、水性涂料的特點

2.1 水性涂料的表面張力較高，是一般溶劑的2.5倍左右,因此對施工底材的浸潤能力較低,容易因為污染造成表面張力梯度差,從而產(chǎn)生縮孔。

2.2 由于水性涂料中含有大量的水分，而水的蒸發(fā)潛熱比一般溶劑高出約5倍左右,導致水性涂料蒸發(fā)極慢,在噴涂霧化過程中的揮發(fā)較少，涂著面的NV難以上升形成低粘度,這樣就容易影響到抗流掛性、鋁粉排列以及桔皮等品質(zhì)問題。

2.3 水的蒸發(fā)速度受到環(huán)境中濕度、溫度的影響比較大，水的蒸發(fā)速率與相對濕度密切相關，相對濕度高時，水的蒸發(fā)速率很低；因此，噴漆室的相對濕度和溫度必須控制在一定范圍內(nèi)，以確保噴漆霧化過程中適量的水揮發(fā)掉，并且使水和有機溶劑在涂膜中保持適當平衡。這個適當?shù)钠胶馐呛苤匾模淇墒雇苛嫌泻线m的表面張力以潤濕噴涂表面。

2.4 水性涂料中的大量水分容易與金屬部件發(fā)生氧化反應生銹，需要將接觸水性涂料的容器、輸送管路的材質(zhì)變更為SUS等耐腐蝕性材料。

2.5 導電性好。水的介電常數(shù)大，因此水性涂料的導電性好，一般水性漆的電阻小于0.1MΩ，而溶劑型漆有一定的電阻：0.5～20MΩ。水性漆的導電性好，水性涂料的靜電涂裝必須有具備絕緣功能的專用涂裝機系統(tǒng)。

三、水性涂料涂裝的工藝要求

3.1 水性涂料涂裝的工藝流程

根據(jù)前文對水性漆的特點的介紹中可以看到，水性漆中含有大量的水分，需要對中涂烘干設備進行一定的調(diào)整，在進入高溫固化烘烤前對漆膜進行預烘干。同時在噴涂色漆的時候需要將色漆也需要進行閃干。對于噴漆室的溫度、濕度需要進行嚴格的把控，使之符合水性漆的噴涂要求。接下來具體探究水性涂料對噴涂室的環(huán)境要求。

3.2 水性涂料噴漆室的要求

水性涂料中含有60%左右的水分，由于含水量高，使得噴漆室的溫度、濕度成為所需控制的最重要的參數(shù)。在對水性漆噴涂的試驗中認為溫度在20℃-26℃，濕度在60%-70%之間為最合適的施工環(huán)境。在試驗調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，當濕度大于75%時，漆膜較為容易產(chǎn)生流掛。但是濕度稍微低一點產(chǎn)生流掛的可能性就會降低。

3.3 水性涂料烘房工藝要求

3.3.1 中涂烘房工藝要求

水性中涂噴漆施工后如果立即進行高溫烘干則會產(chǎn)生氣泡、針孔等問題。這與傳統(tǒng)溶劑型中涂噴漆有著較大的差別，傳統(tǒng)溶劑型涂料噴涂后即可立即進行高溫烘干。這就要求水性中涂噴漆的烘干需要先進行較低溫度的預烘烤，之后才能提高溫度，高溫烘烤固化。在試驗中，水性中涂漆需要現(xiàn)在60-80℃的溫度下先進行5分鐘的預烘干，然后將溫度提升到150℃保持20分鐘后才能使水性中涂漆完全固化。

3.3.2 底色漆閃干烘房工藝要求

在底色漆的噴涂過程中，色漆表面的溶劑必須揮發(fā)到一定程度在噴涂清漆才能保證底色漆較好的質(zhì)量和外觀。這個閃干過程需要在1-5分鐘之內(nèi)完成。傳統(tǒng)溶劑型油漆可以通過自身的性質(zhì)來自行揮發(fā)完成。但是水性漆水含量較高，在這么短的時間內(nèi)，難以自行揮發(fā)。這就需要通過閃干烘房對水性漆進行強制閃干，使漆膜中的水含量控制在10%左右。在閃干的過程中，如果時間稍長，使得水含量過低會使漆膜產(chǎn)生針孔。如果脫水不充分則會影響清漆的噴涂。所以水性漆對底色漆閃干烘房的要求就比較高。

3.4 水性涂料輸調(diào)系統(tǒng)工藝要求

在前文中已經(jīng)提到水性涂料對輸調(diào)系統(tǒng)有一定的要求，接下來具體論述。由于水性涂料和溶劑型涂料的成分的不同，導致水性涂料輸調(diào)漆設備也具備其不同的特性。

（1）由于水的導電率高，金屬在水中會發(fā)生電蝕反應，容易導致輸調(diào)漆管路的氧化和生銹，為防止設備及管路的腐蝕，減少銹斑變成碎屑混入涂料內(nèi)形成顆粒的幾率，所有接觸水性漆的部位材質(zhì)均采用304L材質(zhì)。

（2）配管中不能使用不同種類的金屬材質(zhì)（如銅、鐵等），防止不同材質(zhì)產(chǎn)生的電位差帶來的電蝕，管道的焊接部位采用同材質(zhì)的不銹鋼焊條進行焊接。

（3）攪拌速度維持在較低水平，避免攪拌器在油漆攪拌產(chǎn)生大漩渦引起涂料分層或者空氣進入使涂層產(chǎn)生針孔。

（4）要求整個系統(tǒng)為低剪切設計，從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩(wěn)壓器、過濾器等皆為低剪切設計。

（5）由于水性涂料對施工溫濕度的要求嚴格，通過管中管換熱設備將輸調(diào)漆系統(tǒng)的溫度控制在25±1℃，所有管路均采用保溫處理。

（6）水性涂料是使用水作為分散劑的涂料，對水質(zhì)的要求較高；電導率和PH值的控制均需要納入日常管控范圍，一般電導率要求低于5us/cm，PH值控制在5.8-6.2之間，另外純水供應裝置還需要加裝殺菌設備。

結束語

通過本文的論述可知水性涂料有著較好的環(huán)保性，在噴涂過程中僅產(chǎn)生較少的可揮發(fā)性有機物，這種環(huán)保型的油漆很快就會得到普遍的使用。水性漆的涂裝工藝也會很快替代傳統(tǒng)的溶劑型油漆工藝。但是在對傳統(tǒng)工藝的改造過程中，諸多工藝的實際可行性并不一定能夠完全符合實驗結果。需要在實際的噴涂過程中，對各種相應的情況做出明智的判斷。同時在水性漆的發(fā)展中，不斷解決各種問題，逐步提高水性涂料運用的實際可行性。

[1]王浩,路慧喜,徐春.水性漆在汽車車身涂裝上的應用[J].涂料工業(yè),2010,（04）

[2]周杰,陳慕祖.水性漆在中國汽車涂裝線的應用及展望[J].上海涂料,2007,（03）

[3]李文峰,徐洪雷,楊學巖,姚銘.水性漆在轎車涂裝線上的應用[J].汽車工藝與材料,2009,（12）

[4]李勇.水性漆噴涂系統(tǒng)在我國汽車涂裝中的實際應用[J].價值工程,2015,（03）

[5]吳濤.汽車車身涂裝技術的發(fā)展動態(tài)[J].汽車工藝與材料，2006（01）