陈海华 闫振升

北京北汽模塑科技有限公司 北京市 102606

为保护人类生存环境，现今汽车涂装发展趋势是低公害、无公害化。水性漆的最大优点是涂层质量可以与传统溶剂型漆相媲美，但VOC排放量却小很多。基于以上优势，现如今国际上开始大力发展水性漆技术，且已广泛应用于车身喷涂。近些年，中国汽车产业蓬勃发展，众多高端汽车厂家已经实施水性漆的涂装。作为汽车外饰件，尤其是保险杠产业肯定要跟随各大汽车厂商，实施水性漆的涂装战略，降低VOC排放，响应国家蓝天白云的号召。

1 水性漆的简介

1.1 水性漆与溶剂型漆对比

在传统的溶剂型涂料中不含有水性溶剂，其中主要由15%的固体与85%的挥发性有机物组成。在喷涂的过程中，溶剂型涂料VOC的排放量≥120g/m3，不仅会对人体造成伤害还会对周边的环境造成极大的污染。相比之下，水性涂料则主要由10%的VOC、20%的固体以及70%的水性溶剂组成，其VOC排放量≤40g/m3。所以水性涂料是一种更环保、更符合国家绿水蓝天号召的选择，也是汽车喷涂行业以后发展的大势所趋。

1.2 水性漆的优缺点

1.2.1 水性漆的优点

（1）水性漆主要以为水作为溶剂，节省了大量的资源，并且降低或消除了施工时火灾的危险性；

（2）水性漆显著降低了VOC的排放，减少了大气污染，改善了作业环境；

（3）水性涂料对材质表面的适应性好，油漆图层的附着力强，其在湿表面和潮湿环境中可以直接涂覆施工；

（4）由于相似相容，水性漆的喷涂工具可用水直接清洗进而大大减少了清洗溶剂的消耗。

1.2.2 水性漆的缺点

（1）水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔，因而水性漆对施工过程中基材表面清洁度要求较高；

（2）水性漆对抗强机械作用力的分散稳定性差，要求输送管道形状良好，管壁无缺陷；

（3）水性漆对涂装设备腐蚀性大，需采用防腐蚀衬里或不锈钢材料，设备造价高；

（4）水性漆中水分含量较高，流平间、烘房需增加抽湿设备进而增大了能耗；

（5）水性漆需要用塑料桶进行运输，进一步增加了成本。

1.3 水性漆的性能

（1）水性漆中颜料的分散性不佳；

（2）分散粒子的稳定性较差；

（3）水性漆的表面张力较大；

（4）水性漆的蒸发值和热容值较高，其性能受温度与湿度影响较大；

（5）水性漆中含水量较高，其导电性好；

（6）水性漆的腐蚀性较强；

（7）水性漆具有很好的流变行为。

2 水性漆设备的选取

2.1 水性漆的调漆与供漆系统

2.1.1 油漆搅拌

在油漆进行搅拌的过程中，如果搅拌速度过快，会导致其产生破乳现象，进而导致粘度急剧下降。反之，搅拌速度过慢，则会造成分散粒子的不均匀分布，从而影响涂装效果。因此，对于水性漆的搅拌应当格外注意以下五点：

（1）搅拌温度：23-25℃；

（2）搅拌器：使用搅拌杯，禁止使用叶轮（需根据油漆的剪切力选择相应搅拌杯），如图1所示；

（3）搅拌速度：90-140 r/min；

（4）搅拌目标：在搅拌时搅拌桶内的涂料不能混有空气；

（5）搅拌驱动：使用电机搅拌，且保持转速恒定。

2.1.2 粘度测量

由于水性漆的流变行为，用传统的流杯测量其粘度值不具有重现性。因此需要利用旋转粘度计测量出水性漆在高剪切速率及低剪切速率下的数据点，并将其绘制成流变曲线才能给出水性漆完整的流变行为。目前常使用的转子型号为MV-DIN和NV-DIN。由于水性漆的腐蚀性较大，调漆、供漆系统所用的调漆罐及管道以及前处理和喷涂室等容易受潮部位均需要采用不锈钢或塑料材质，以确保其稳定的性能。

图1 搅拌杯

2.1.3 输漆管道

对于水性漆的输气系统需要做钝化处理，供漆泵应采用双向柱塞泵或电动泵，禁止使用上下式柱塞泵。输送管道采取不锈钢管或合金材料以防止生锈腐蚀。此外，漆房的地面应当铺设钢板并接地：（1）防止静电产生；（2）对于散落的油漆及灰尘易于清理以便于维持干净的喷涂环境。

2.2 喷涂设备

由于水性漆具有电导率高及电阻低的特性，采用传统的内加电机器人进行喷涂会产生漏电现象，因此国内外目前大多数车身喷涂使用外加电喷涂，其加电方式为外加电极，具有涂料利用率高、成本低的优点，同时也有电极稳定性较差、电极易受污染等不足。如喷涂保险杠等塑料件，由于零件本身导电性差，应避免使用外加电喷涂，应选择国外同步的水性漆内加电方式喷涂，才能达到很高的涂料利用率，并能避免外加电电极易受污染等不足；水性漆内加电方式喷涂缺点是系统设备比较复杂、成本投入高、维护要求高，生产高端高附加值零件时可采取此方案。图3、图4和图5为三种不同的加电方式。

水性漆对于其它喷涂设备的要求相比于溶剂型涂料更为苛刻。由于水性漆分散性较差，旋杯头或空气帽特别容易受到污染，因此喷涂机械手必须配备专门的洗枪机等清洗设备，并在喷涂过程中尽量使用高气压、高雾化喷枪，避免采用HVLP喷枪；而换色阀、齿轮泵、空气马达等零配件需使用不锈钢材质；机器人雾化单元要求较高，旋杯的转速应达到30-60krpm，因而旋杯应选取钛合金材质；水性漆喷涂使用的软管需为特氟龙材料。

与溶剂型漆相比，水性漆对流量和漆雾变化更为敏感。如有不当，则易造成喷涂缺陷，如漆膜发花和针孔等。因此目前水性面漆施工普遍采用旋杯加喷枪的喷涂方式，该种模式有效于流体环路控制、雾化空气控制、瞬时触发控制、喷枪目标距离控制等，进而有效解决相关的喷涂缺陷。

图3 外加电（适合车身喷涂）

图4 弹匣式

图5 囊式内加电

2.3 过程设备

由于水性漆具有含水量高、电导率高、分散性较差等特性，其喷涂中对于过程设备的要求主要集中在以下几点：

（1）在喷涂过程中，容易受潮湿部位设备需采用不锈钢材质；

（2）水性漆烘房需增加控制湿度装置；

（3）流平间需增加控制湿度装置；

（4）所有过程设备密封处应使用不含硅的密封胶；

（5）文丘里水泵需要使用不锈钢泵体；

（6）用碱性溶液进行预处理容易结垢，因而停线时需用双氧水进行循环清洗，时间要达到4个小时以上；

（7）预处理所有水要使用DI水，电导率应严格控制，严禁超标运行以确保表面清洗效果；

（8）对于喷房文丘里漆渣的处理，由于药剂添加不同，因而必须与溶剂型文丘里分开，建议每个喷房都有相对独立的文丘里，以达到漆渣处理的要求。此外还可以使用刮渣机。

3 水性漆保险杠涂装工艺设置

在水性漆保险杠涂装工艺过程中，最为主要的几个环节依次为：产品摆放、塑件预处理、塑件除湿烘干、火焰处理、底漆喷涂与烘干、面漆喷涂与烘干以及清漆喷涂与烘干。

3.1 产品摆放方式

处于装车状态摆放时，有利于涂料水平流平，桔皮状态可以迅速提高。如反置的话，产品尖角处容易产生漆滴、流挂等缺陷。因而，在喷涂过程中，产品合适的摆放方式格外重要。

3.2 塑件预处理

在这个环节中，主要含括上件、预处理水洗（主脱脂→热水脱脂→漂洗I→漂洗II→新鲜DI水漂洗）、抖水、吹水、水分烘干等几大步骤。该操作的主要目的是为了清除塑件上的杂质、油污等，以便于提高喷涂的合格率；

3.3 塑件火焰处理

预处理后，塑件需要通过火焰处理以提高表面张力，进而有利于底漆更好地附着在其表面上。经实验测试，火焰处理后塑件表面张力应≥42达因，方可满足相关性能要求。通过火焰喷房后，塑件冷却至常温状态，进入底漆喷房。

3.4 底漆喷涂

塑件进入底漆喷房前，先经过电离除尘以进一步确保其表面的清洁度。底漆喷房的温度需控制在24±1℃，湿度需控制在65±5%，风速控制在0.35m/s，以此确保底漆正常稳定喷涂。喷涂完毕后，进行流平10min，其温度控制在30±3℃，风速维持在0.15m/s。流平完，底漆进行烘干，其烘干效果必须达到油漆TDS要求。紧接着是底漆的冷却，塑件表面温度必须在25±1℃范围内才可进入面漆喷房。

3.5 面漆喷涂

同底漆喷涂，进入面漆喷房前也需进行电离除尘。面漆喷房内的相关参数依次为，喷房温度：24±1℃，湿度：65±5%，风速：0.35m/s。流平间的相关参数为，流平时间：10min，温度：30±3℃，风速：0.15m/s，含水率：40-50%。面漆进行烘干也需达到TDS要求。然后经过冷却后，塑件的温度应不高于27℃，方可进入清漆喷房。

3.6 清漆喷涂

进行清漆喷涂前也需经过电离除尘的过程。清漆喷涂的过程中应控制好相关参数，喷房温度：24±1℃，喷房湿度：65±5%，喷房风速：0.35m/s，流平时间：10min，流平温度：30±3℃，流平风速：0.15m/s。同理，清漆烘干后也必须满足油漆TDS的相关要求。最后经过冷却后，塑件表面温度维持在23±5℃区间内，则可进入下件环节进行质检。

4 缺陷分析与解决方案

4.1 喷涂线的选择

由于国内大部分涂装线为溶剂型涂装线，如果改造成水性漆涂装，应尽量避免溶剂型漆和水性漆混喷。混喷容易产生以下缺陷：

（1）漆膜容易脱落，产品性能不佳；

（2）产品不耐潮湿，贮储后零件会出现起泡、黄变等不良现象；

（3）产品失光、溶剂反渗；

（4）喷涂过程颗粒增加，制成率低等。

4.2 前处理清洗

在喷涂过程中，塑件前处理清洗的状态直接关系到喷涂后零件的制成率与性能。目前，主要采取前处理的方式有两类：

（1）碱性清洗和酸性清洗：总体来说，碱性清洗效果优于酸性清洗效果。酸性清洗容易滋生细菌，需加杀菌剂、表调剂等，而碱性清洗可以少加或不加。另外水性漆的PH值在8.0-8.6之间，呈弱碱性，水性漆对酸性物质非常敏感，一旦混入酸性物质，性能以及很多指标马上下降，因此必须使用碱性清洗；

（2）二氧化碳冷冻汽化处理(-60℃，4bar)：该种前处理方法适用于正反面都比较干净的零件；雪花处理也能达到一定的处理效果，但这两种方式成本投入高。

4.3 表面处理方式

常见的塑件表面处理的方式有以下两种：

（1）传统模式火焰处理：可使用天然气或丙烷，如喷涂水性漆，必须要火焰处理，并且所有面和角落必须到位，以保证表面张力的一致性；

（2）氟化处理：零件结构比较复杂，难用火焰处理的小零件可以采取此方式，但处理机构需要有相关资质、等级。

4.4 喷涂工具与喷涂方式

在喷涂过程中，使用静电旋杯（负高压、内放电、向后绝缘）的方式，即杯+杯的喷涂方式，可以达到85%以上的高上漆率。底漆喷涂时，旋杯应选择一次成膜，此喷涂方式可有效控制底漆喷涂时颗粒的产生。为了达到颜色、外观的要求，色漆喷涂时需要对颜色匹配区进行两次或两次以上走枪以达到最佳的效果，杯+枪的喷涂方式对颜色控制比较有利，但会影响上漆率。

4.5 喷涂工具清洗换色

由于静电旋杯喷涂时向后绝缘，所以肯定存在清洗死角。另外，水性漆的清洗不能使用强溶剂反复冲刷，需要使用专用清洗液，清洗换色必须保持完全干净，以保证换色喷涂后的产品没有串色问题。

4.6 烘房设计与实际温度控制

烘房风向需从上往下循环，以保证零件在烘房中每个点的温度保持一致，上、中、下、左、右温度一致，从而保证零件的性能要求。

4.7 支架印痕

在喷涂过程中，支撑零件的支架进入底漆强冷后不能完全冷却，造成所支撑部位的塑料基材温度过高，色漆喷涂后，该区域水分迅速挥发，造成铝粉、珠光排列不均匀，形成印痕。该种缺陷的主要解决方法有：

（1）在涂装线设计的过程中，底漆强冷区域应适当延长，确保冷却时间大于12分钟，并安装制冷装置以进一步降低基材温度避免印痕产生；

（2）零件与支架触碰部位，避免使用钢结构，使用橡塑制品替代。

4.8 颜色调整

喷涂时，由于产品明暗、红绿、黄蓝等颜色数据与外观不符合质量要求，有时需要对油漆颜色进行调整。在调整的过程中，需要注意以下几点：

（1）由于水性漆粘度高，不容易分散，在涂装过程中，需尽量减少色浆、铝粉等助剂的添加，以保证生产的稳定；

（2）当确实需要调整，那就应该让涂料回罐（涂料厂商投料罐），重新调整；

（3）不建议在生产现场调色。

4.9 针孔、凹陷的预防与解决

在喷涂过程中，针孔、凹陷等是经常性会出现的缺陷问题，其产生的根本原因是由于异物的排斥导致物体表面张力不一致。因而解决该问题应当从以下几点出发：

（1）水性漆烘干后，表面含水率过高，造成清漆和水排斥，形成凹陷。此类凹陷比较大，非常直观。解决办法：降低烘烤后水性漆的含水率，如：提高烘烤温度、适当调整涂料中的含水量、调整涂料中的溶剂等；

（2）零件表面有不规则的针孔、凹陷。此问题一般为油漆没有完全雾化开，漆点子过大，造成油漆点中含水量过高从而不能有效烘干所导致的。解决办法：喷涂时机械手提高雾化空气压力和流量、调整喷枪开关枪等；

（3）色漆流平温度过低，造成水份没有挥发。提高流平温度，流平间调整为逐步升温、增加吹风和抽湿功能；

（4）控制水性漆膜厚，以保证产品每个区域烘烤效果一致，降低针孔、凹陷产生的几率。

4.10 水迹的控制

水迹作为一种常见的缺陷，很大程度上会影响喷涂的合格率；水性漆喷涂，特别要注意零件缝隙中水份的排除。因此解决该问题应着重两点：

（1）如果涂装线前处理设计为 power wash 方式，结束后应加震动抖水装置，并在震动抖水后加装水份烘房，此可有效控制水迹的产生；

（2）如果涂装线没有设计震动抖水装置，应该采取人工吹水，降低水迹产生的几率。

4.11 色漆烘干后水的含有量的控制

由于色漆完全烘干后，基本处于不导电状态，控制色漆烘干后水和溶剂的含有量，决定了色漆导电性的高低，最终影响清漆喷涂的稳定性，因此建议将色漆的含水量控制在5%-10%以达到较好的喷涂效果。

5 结语

水性漆保险杠涂装是溶剂型油漆喷涂的升华。水性漆的性能、缺陷的分析、塑件的质量、设备的稳定性、喷涂工具的合理性、工作沟通的快捷性、管理团队的自主性都会最终影响涂装质量和制成率。因此对水性漆涂装过程控制的全方面深入了解并在实际中广泛应用，方可大大推动作为新兴且环保的水性漆在国内的蓬勃发展。

图6 加装双向抖水装置，有利于水份清除