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保險杠是汽車上重要的塑料件,隨著汽車的大面積普及,消費者對保險杠的要求也越來越高,不僅要求顏色絢麗,更要求與車身顏色完全一致,這就對噴涂工藝提出了更高的要求。
汽車保險杠所用材料為塑料,目前占主流的是PP(改性聚丙烯)材料。由于塑料的不導電性、材質軟、不耐高溫等特性,其涂裝工藝與車身涂裝相比有其特殊性,本文在調試經驗的基礎上,對塑料件噴漆調試工藝進行了系統性說明。
噴漆工藝流程
與車身噴漆工藝一樣,保險杠噴漆工藝也有3C2B和3C1B之分,常規工廠使用3C1B工藝,工藝流程如下:
前處理→水分烘干→火焰處理→底漆噴涂→流平→色漆噴涂→流平→清漆噴涂→流平→烘干→下件拋光
1.1 油漆
與車身所用油漆種類一樣,保險杠所用油漆也分水性漆和溶劑型漆。水性漆,受限于成本高、施工工藝難度大及耐候性不佳等因素,目前并沒有被廣泛使用,主要還是應用溶劑型漆(3C2B或3C1B)。筆者所在工廠采用溶劑型3C1B工藝。
由于塑料件不耐高溫,所用油漆需為低溫烘干型,烘干溫度需低于90 ℃。通常使用溶劑型1K底漆和1K色漆,2K溶劑型低溫清漆。
由于塑料件是絕緣體,為提高油漆利用率,需使用可導電的底漆??蓪щ姷牡灼釃娡繒r使用空氣噴涂,底漆將保險杠和支具連接形成導電體,后續色漆和清漆噴涂時即可使用靜電噴涂,以提高油漆利用漆并提高金屬漆的噴涂效果。對于底漆的導電性,一般要求底漆電阻<0.3 MΩ。
油漆的黏度越高,其霧化效果越差,不利于噴涂效率的提高,通??扇?3~20 s(DIN4#/ 23℃)。
1.2 火焰處理
塑料的表面張力低于金屬,屬于低表面能物質,故不利于涂膜的附著。為增強塑料件的附著力或釋放塑料件內應力需采取火焰處理、提前烘烤、在塑料件表面用溶劑擦拭以去除內應力等措施,這些表面處理的方法如選用適當會大大提高塑料件的施工性能。
塑料對涂料的附著力差,是因為塑料分子極性小、結晶度大、表面張力低、浸潤性差、表面光滑,直接噴涂油漆容易導致漆膜脫落等質量缺陷。使用機器人等離子火焰處理工藝,以1 000~2 800 ℃的高溫丙烷或天然氣火焰快速接觸工件表面,可以使塑料件表層分子局部氧化以改善其表面的浸潤性和附著性?;鹧嫣幚淼牧硪还δ苁强梢韵芰媳砻娴拿?,提高噴涂合格率。
火焰處理的效果如何,需要使用達因藥水進行檢測。將不同濃度的達因藥水涂抹在經火焰處理后的保險杠表面,若藥水在3 s內保持均勻,說明處理后的表面張力好于對應濃度藥水的表面張力,若藥水收縮成液滴,則表面張力低于此濃度藥水的表面張力。一般來講,保險杠表面張力介于濃度為38%~44%的達因藥水的表面張力時即可。如果火焰處理過度,保險杠表面張力過大,容易造成漆膜流掛。需要注意的是,火焰處理20 min后,保險杠表面張力會逐漸恢復,因此,需在20 min內進行噴涂。
1.3 工藝條件
噴漆環境:溫度要求(23±2)℃,相對濕度要求(65±5)%。據經驗,北方秋冬季節夜間溫度低,噴漆室溫度不易控制,夜間生產時可將清漆流量降低3%左右,可有效避免流掛等缺陷產生同時可保證生產連續進行。
流平時間:底漆、色漆噴涂后需保證7~10 min的流平時間,以保證油漆充分流平和閃干。清漆后需保證10~15 min的流平時間,充足的流平時間不僅可以保證良好的外觀效果,還可以避免痱子等缺陷的產生。如流平時間不足,可以通過調整油漆中快干溶劑的加入量以調整漆膜閃干效果。
烘干溫度:塑料件不耐高溫,烘干溫度一般需要<90 ℃。烘干條件為80℃/30 min或85℃/25 min,升溫速度小于7 ℃/min較好。
風速:需保證風速大于0.3 m/s,否則過噴漆霧不易控制,容易污染已噴涂部位。
噴涂調試
2.1 仿形注意事項
保險杠噴涂,由于靜電效應來自底漆的導電性,靜電效應不如車身噴涂,因此噴涂槍距(旋杯與保險杠表面間的距離)比車身噴涂稍小,一般為175-200 mm。噴涂間距(噴涂行間距)可為60~100mm,一般為80 mm。
噴涂速度一般為400~800 mm/s。
噴涂順序可分從下至上和從上至下2種。從仿形編制上考慮,前者更容易且更常規一點,但如果噴漆室風速控制不好,則噴涂上部時,漆霧會落至已噴涂的下部,形成漆膜缺陷。從這一點考慮,噴涂順序采用從上至下時效果更好。
由于保險杠材質較軟,安裝在支具上后,形狀會有變化。因此靠三維模型制作的離線仿形無法直接用到現場,需要現場示教,逐點校正。需要注意的是,保險杠左/右側的仿形無法直接鏡像,仿形時一定要注意左/右側軌跡的對稱性,同時由于難以保證噴涂角度完全對稱,噴涂刷子號要分開設置,以上兩點便于噴涂參數的調整以達到一致的外觀質量。
2.2 噴涂參數
關于噴涂參數,首先要了解噴涂機器人配置。
噴漆機器人可使用壁掛式或底座式均可,具體使用何種方式可根據噴房寬度及保險杠支具形態來確定。
噴漆工藝配置方式如表1所列。
表1 噴涂工藝配置

配置方式 PR BC CC
配置1 旋杯(無靜電) 旋杯(帶靜電)+噴槍 噴槍(帶靜電)+旋杯
配置2 旋杯(無靜電) 旋杯(帶靜電)+旋杯(帶靜電) 旋杯(帶靜電)+旋杯(帶靜電)
配置1:目前絕大部分保險杠生產工廠均使用此種工藝配置,其優點是:BC第1道靜電旋杯噴涂可保證較高的上漆率,并可保證漆膜均勻,主要作用是提高膜厚;第2道使用空氣噴槍,主要作用是使用高速空氣流來調整金屬漆中的鋁粉排列,便于漆膜明度調整,同時由于噴幅可靈活設置,便于邊角及凹槽部位的上漆。CC第1道噴涂使用空氣噴槍,主要作用是保證邊角及凹槽部位的上漆,同時大面上淺噴一層清漆;第2道使用靜電旋杯,即要保證大面噴涂,提高上漆率,保證膜厚達到要求,提高膜厚,提高外觀效果。根據經驗,CC第1道和第1道噴涂膜厚比例為3∶7或4∶6時,效果較好。此工藝對桔皮的改善效果很好,有利于改善外觀效果。
配置2:使用此配置的前提條件是,機器人霧化器配置雙成形空氣環且可使噴幅呈螺旋形(有利于邊角和凹槽部位的上漆),此配置的優點是上漆率高,漆膜均勻,缺點是金屬漆中的鋁粉排列不易控制,明度調整困難。如果BC第2道配置8 bar壓縮空氣,則會有利于金屬漆明度的調整。
筆者所在工廠使用配置2,旋杯口徑為59 mm,使用雙成型空氣,內環為斜孔,控制噴幅成螺旋狀,有利于復雜面噴涂,噴涂力度大,屬硬噴涂,有利于控制鋁粉排列;外環為直孔,控制噴幅大小,噴涂力度小,屬軟噴涂。常用噴涂參數如表2所示
表2 噴涂參數范圍

項目 PR BC1 BC2 CC
流量/(cc·min-1) 200~350 150~300 150~300 150~250
外環成型空氣1
/(L·min-1,)
200~400 200~500 200~500 200~500
內環成型空氣2
/(Nl·min-1,)
200~400 200~300 200~500 200~400
電壓/KV 0 30~50 30~50 30~50
轉速/(kr·min-1) 30~40 30~40 30~40 30~40
移動速度/(mm·s-1) 400~800 400~800 400~800 400~800
噴涂間距/mm 175~200 175~200 175~200 175~200
槍距/mm 60~100 60~100 60~100 60~100
金屬漆噴涂時,色漆第1道使用軟噴涂,以提高膜厚為主,第2道使用硬噴涂,以改善鋁粉排列,調整明度為主。膜厚比例以7∶3或6∶4為佳。
2.3 膜厚
對于3C1B噴涂工藝,常規的膜厚要求見表3所列。
表3 膜厚要求

類別 底漆/μm 色漆/μm 清漆/μm
素色漆(白、紅等) 8~10 20~30 >35
金屬漆(金、銀等) 10~15    
膜厚測試仍以貼板測試為主,但要注意:由于保險杠本身沒有導電性,底漆使用空氣噴涂(無靜電),膜厚測試直接貼板即可。但色漆和清漆測試時就需要保證導電性,在保險杠表面貼板,將測試板需要測量膜厚的部位用膠帶遮住,噴涂完底漆后再揭掉,然后噴涂色漆或清漆,烘干后可測試膜厚。由于無法保證測試板表面的導電性與帶底漆的保險杠完全一致,此方法只可用于初步膜厚測試。精細的膜厚數據要通過將保險杠剪成小片,然后用顯微鏡觀察并測量涂層的精細膜厚。根據筆者經驗,這兩種測試方法的膜厚數據差別<10%。
2.4 色差控制
保險杠噴涂調試的較大難點就是顏色控制,由于保險杠顏色需要與車身匹配,在陽光下目視顏色無差別,顏色調試才算成功。
對于素色漆(白色、黑色、紅色等),基本上顏色只隨膜厚變化而有所變化,顏色調整相對容易,正常情況下只需保證膜厚達標且均勻即可。如果膜厚已達標,而顏色仍有偏差,說明油漆本身顏色不正,需要由油漆廠家根據色差測試結果在油漆中加入需要的色漿以對顏色進調地整。
對于金屬漆(金色、銀色等),由于其中的鋁粉排列會引起隨角異色效應,顏色調整難度較大,不僅涉及色相的調整,明度調整更是關鍵。關于色相(a值、b值)調整,如同素色漆一樣,需要保證膜厚并適當在油漆中加入色漿來進行調整。關于明度(L值)調整,需做以下說明。
圖1為多角度測量所使用的角度,15°、25°為近鏡面反射角,其鏡面反射色主要受金屬片或珠光粉顏料的定向排列影響。45°為直視角,是目視樣板的優質角度,受鋁粉珠光粉排列與著色顏料的雙重影響。75°和110°為側視角,受著色顏料影響較大。
噴涂工藝不同,金屬漆中鋁粉排列會有很大差別,圖2和3是兩種典型的排列方式,
圖2中鋁粉趨于橫向排列,各角度均有反射,效果較好。色漆漆膜噴得干一點,第2道噴涂時空氣力度大一點,有利于鋁粉趨于橫向排列。色漆第2道使用空氣噴槍,效果會更好。
圖3中鋁粉豎向排列,小角度由于反射受阻,L值偏低發暗。色漆第2道使用旋杯噴涂時,由于受旋轉力及靜電影響,鋁粉傾向豎直排列,L值調整難度較大,噴漆調試時需要多做測試。
根據筆者經驗及與油漆廠家交流,噴涂參數對濕膜狀態及L值的影響趨勢見表4。噴漆調試時可以根據多角度測量原理及表4所示趨勢對L值進行調整。
表4 噴涂參數對濕膜狀態及L值的影響

靜電旋杯參數 變化趨勢 濕膜狀態 霧化程度 小角度L  
  旋杯轉速 增大 變干 變細 變淺
成形空氣量 增大 變濕 ~~~ 變深  
油漆流量 增大 變濕 變粗 變深  
高壓 增大 變濕 變粗 變深  
噴杯與車身距離 增大 變干 ~~~ 變淺  
另外,在色漆中加入白漿或樹脂也會對L值產生影響。根據經驗,加入白漿后,會增大著色顏料對光線的反射,L值小角度會降低,大角度上升;加入樹脂后,樹脂包裹鋁粉使其趨向于橫向排列,L值小角度上升,大角度降低。
關于色差控制范圍,不同的汽車主機廠有不同的控制要求,但通常都在表5所示范圍內。
表5 色差控制范圍

類別 ΔL(25°/45°/75°) Δa(25°/45°/75°) Δb(25°/45°/75°)
金屬漆 ±1.5 ±0.5 ±0.5
素色漆 ±1.0 ±0.3 ±0.3
主要質量缺陷
調試過程中常見的質量缺陷有以下幾種:
1) 流掛:這是較常見的質量缺陷,主要通過調整噴涂流量并輔以成型空氣的調整來解決。
2) 橘皮:保險杠對桔皮的要求并不如車身嚴格,評判以目視為主,數據為輔。改善主要通過調整清漆噴涂參數及清漆兩道噴涂比例來實現,清漆第1道薄一點,第2道厚一點,對橘皮效果較好。另外,在保證色漆無流掛的前提下,適當降低色漆黏度,改善色漆流平效果,對橘皮的改善效果非常好。
3) 失光:主要原因是色漆層噴涂過濕,清漆覆蓋后在烘干時,色漆中的溶劑上溢進入清漆層,造成失光現象。調整色漆中快干/慢干溶劑的加入量是解決失光的較有效方法,同時,通過噴涂參數的調整以改善漆膜干濕效果也是常用方法。
4) 疵點:常見于金屬漆,主要是因鋁粉報團造成。通過在色漆中添加強溶劑以提高鋁粉溶解性或在色漆中加入特定樹脂(直接加5%~10%的清漆即可)以包裹鋁粉,可以有效解決鋁粉報團現象的出象,同時,適當提高旋杯轉速也是輔助方法。
5) 鋁粉冒尖:主要是豎向排列的鋁粉過多造成,將色漆噴涂得濕一點、增加成型空氣力度或降低噴涂電壓均有利于鋁粉的橫向排列,可以解決此問題。
6) 發花:在銀色漆噴涂時尤為明顯,主要解決方法是保證噴涂間距、流量及噴幅的一致性,保證噴涂的均勻性。同時,在色漆中加入適量的樹脂(清漆即可),可有效改善鋁粉的排列效果,對解決發花效果很好。
7) 起泡:色漆和清漆均噴涂過厚,烘干時會有起泡現出現,調整色漆和清漆膜厚可解決。
8) 針孔:色漆噴涂過厚,清漆稍薄,會出現針孔,調整色漆膜厚可解決。起泡和針孔的原因基本一致,均是由色漆中溶劑外溢造成,只是由于清漆層的厚度不同而造成現象有所差異。
9) 清漆點:旋杯長期不清洗時會造成清漆霧化不良,噴涂上部時漆霧落在下部已噴涂表面就會形成清漆點。徹底清洗旋杯并調整噴漆室風速可解決此問題。
10)少漆:保險杠結構復雜,容易造成凹槽、縫隙等局部少漆。仿形調整時需要注意這些細節部位,并對噴涂參數進行針對性調整。

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