朱少成

摘 要：乘用车外饰件中，除了车身本体为金属材质外，其余的保险杠、门板、门槛、导流板等各种外饰件，主要为塑料基材，其中汽车用改性聚丙烯（PP）材料的应用最为广泛。由于PP料的油漆附着力远低于金属材料，为了满足油漆性能需求，目前市面上主流的欧系汽车如大众、宝马、奔驰等公司，保险杠等外饰件需要在火焰处理后才能喷涂底漆、色漆与清漆，从而确保油漆附着力达标。火焰处理工序如何处理，才能达到效果最优化？文章在这里进行了探讨，确认了燃气空气混合比，处理的速度，火焰与工件的距离等关键因素，从而确保火焰处理效果达到最优化。

关键词：处理工艺;表面张力;达因值;机理

中图分类号：U466  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）14-186-03

Abstract： Most of the automotive exterior parts like bumper， rocker panel and spoiler use plastic material like PP， which have much lower surface extension than metallic material. In order to reach the demand of paint performance， the mainly automobile company like SVW/BMW/BENZ all do the flaming on the exterior parts before paint the primer， basecoat and clearcoat. How to make the flaming process to get the best performance？ This thesis will make the introduction on the key points like speed， the ratio between gas and air， TCP， and so on.

Keywords： flaming process; Surface extension; Mechanism

CLC NO.： U466  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）14-186-03

1 前言

在汽車外饰件喷涂中，针对PP料的油漆涂装，部分主机厂如宝马、奔驰、大众等，保险杠等外饰件，须使用火焰处理后再喷涂油漆，才能满足油漆性能要求，比如大众集团的TL211试验标准，特别是冷、热存放后的蒸汽喷射试验要求非常严格，需要火焰处理来提升塑料基材的表面张力，使油漆能够与基材表面牢固的结合，从而达到提升油漆附着力的目的。大部分日系、美系等主机厂如通用汽车、丰田汽车则无此要求，保险杠等外饰件无需火焰处理也能达到性能要求。本文主要讨论的是PP料的火焰处理工艺，如何确保工件在火焰处理后，能够有效的提升油漆附着的效果。

2 火焰处理基本原理

汽车用改性聚丙烯（PP）材料，是在PP料中加入了增韧剂等改性剂，提升了材料的冲击韧性及耐低温性，产品为非极性材料，具有化学惰性，不容易与其它化学基团发生反应。而火焰处理工序，将燃气与除油除水后的压缩空气，在混合头混合后富氧燃烧，火焰的外焰中存在大量的负氧离子与基材发生化学反应，将聚丙烯表面高温氧化成羰基，形成极性基团，从而能够有效的与底漆中的化学基团相结合，产生牢固的化学键，从而有效提升油漆附着力。

--（CH2-CH2）--+O2=--（CO-CH2）--+H2O            （1）

火焰处理工艺，所使用气源有天然气、液化气、纯丙烷等，燃气与压缩空气混合后燃烧，在火焰的外焰中存在大量的负氧离子氧化聚丙烯，形成羰基基团。火焰处理后，工件表面羰基的产生，提升了产品表面的极性，工件的表面张力能达到42～48dynes/cm，使得之后喷涂上去的底漆，能够快速延展开的同时，又能与底漆中的聚丙烯基团发生反应，形成牢固的化学键，从而有效提升油漆的附着力。同时，基材表面张力的提升，也能使油漆能更好的铺展在基材表面，从而提升油漆附着力。

当基材的表面张力较小时，油漆的表面张力大于基材的表面张力，油漆无法浸润基材（图1），当基材的表面张力较大时，油漆的表面张力小于基材的表面张力，油漆可以浸润基材（图2）。

火焰处理工艺，需要关注的点有：空气燃气混合比、处理速度、火焰头到工件的距离，这三个因素的组合，会有不同的结果呈现出来。

3 火焰处理混合比设置

不同气源热值不一样，因此所需要的空气与燃气混合比是不一样的：

3.1 天然气燃烧

国内天然气主要产地有塔里木产区、鄂尔多斯产区、川渝产区和海域产区，进口天然气主要有土库曼斯坦的西气东输天然气以及俄罗斯东线管路等。不同产区，天然气的成分是不一样的。这里以中海石油气集团有限公司的一份天然气检测报告来说明：

天然气燃烧的热值较低，外焰温度为800～1000摄氏度，使用天然气作为燃气气源，应用方便价格便宜，但是相对来说火焰处理强度偏弱。

3.2 纯丙烷燃烧

液化纯丙烷，其中丙烷含量为99.9%以上。同样可以通过计算得出理论的空燃比为：23.8 ： 1，纯丙烷。丙烷燃烧热值较高，外焰温度能够达到1800～2000摄氏度，是非常好的火焰处理工序气源，不足之处在于价格相对较高。

3.3 液化石油气

液化天然气中主要成分为丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等物质，不同区域的气源，各组分含量也是不一样的，同样可以根据各气源组份含量计算出空燃比。液化石油气燃烧时，外焰的温度可以达到1500～1900摄氏度，也是非常好的火焰源，不足之处在于液化天然气成分变化较大，稳定性不够，对生产不利。

理论值计算出来后，就可以根据实际使用过程中的不同状态，对空燃比进行微调，从而确定使用范围。

4 火焰处理工序

火焰外焰温度非常高，天然气的外焰温度也能达到800到1000摄氏度，在处理处理汽车用改性聚丙烯（PP）材料时，如果外焰在工件表面停留时间过长，工件易燃烧导致事故发生，因此火焰处理工序往往是通过机器人来处理，能够精确控制火焰处理的距离与速度，避免人为操作失误导致问题的发生。由于火焰喷房不属于防爆区域，因此对机器人没有特别的要求，我们常用的全自动处理机器人如ABB 5400，ABB 6700，ABB 5500，FANUC P250ia/ib，FANUC M710等均可以使用。

火焰处理完成后，需要尽快喷涂底漆，因此火焰处理喷房在设置上与底漆噴房是在一起的。而且火焰处理后不再增加清洗等工序，因此需要关注以下几点：

（1）工件在火焰处理前需要完成清洗等工序，而且表面不能有水迹、清洗剂等残留，工件表面也要注意不能有料头、易燃胶带、Masking等易燃物;

（2）火焰处理喷房需要无尘处理，避免灰尘掉落在产品上;

（3）火焰处理所需的压缩空气不能含油含水，需要无尘处理，这样确保火焰处理后的工件表面洁净;

（4）火焰处理后的产品，2小时内需要喷涂底漆，如果超过2小时，测试发现工件表面张力降低，影响油漆附着力;

（5）机器人处理程序需要关注，在等待点时，火焰不得朝向工件表面，建议火焰方向与链条方向平行，火焰水平或者朝上，从而避免高温将工件、接地线等被高温熔融。

工件的表面张力，可以使用达因笔进行测试，目前市面上较为成熟的达因笔有英国的舒曼达因笔（PILLAR），测试范围为30～60 dynes/cm;美国的爱莎达因笔（A. Shine），测试范围为28～72 dynes/cm。也可以自己进行调配，配方见下图：

5 火焰处理影响因素

在使用全自动机器人进行火焰处理时，燃气、空燃比、火焰头离工件的距离、运行速度等均会影响火焰处理效果。从气源来看，热值最高，外焰温度最高的纯丙烷，火焰处理效果最为理想，而天然气由于作为清洁能源，使用方便，性价比最高。

以我司的火焰处理应用工艺为例，测试各项因素的对应关系供参考：选用常规天然气作为气源，压缩空气为经过除油除水除尘的6Bar压缩空气，工件原料选用金发科技ABP-1010的塑料粒子，主要成分为PP+EPDM，处理机器人为ABB5500机器人来编程进行测试，火焰处理完成后，采用自配的表面张力药剂进行测试，数据测试3次，取平均值：

从测试一可以看出：使用130mm的工件距离，400mm/s的速度，混合比为10：1时，效果最为理想。同样，是否能够确认使用的400mm/s的速度与130mm的距离为最佳呢？这里进一步做了实验：

从测试二可以看出：火焰处理在400～600mm/s的速度下，火焰处理效果差异不大，距离在130～150mm的距离下，效果相差不大。

在实际应用过程中，更关注喷涂的节拍与效率，因此在火焰处理喷涂程序的编程调试过程中，要以满足表面张力达标为基本条件，在节拍满足要求的情况下，尽量控制火焰处理机器人的喷涂速度与距离，从而达到火焰处理最优化。

6 结语

汽车用改性聚丙烯（PP）材料的火焰处理，不同的燃气、不同的火焰处理工艺，会带来不同的效果，而试验测试出来的最佳效果，在实际生产中不一定是最实用的，目前市面上的PP料种类繁多，因此在使用时，还需要进行测试后才能确认哪种效果最佳，在达到火焰处理后表面张力大于42～ 48dynes/cm的情况下，将速度最优化，空燃比最优化，从而达到降本增效的目的。

参考文献

[1] 表面张力百度百科https：//baike.baidu.com/item/表面张力/47760 63？fr=aladdin.

[2] 王磊.怎样提高塑料件喷涂的品质.上海ABB工程有限公司.

[3] 吴三清.汽车用改性聚丙烯（PP）材料的开发与应用.东风汽车有限公司.