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发表于 2021-9-30 17:29:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
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紧凑型水性3C1B 工艺在商用车涂装线的应用
刘金萱,吴有高*
(东风柳州汽车有限公司,广西 柳州 545005)
摘 要:介绍了水性3C1B(三涂一烘)工艺的主要流程及其在中重卡多车型混线的商用车涂装线中的应用,讨论了水性与溶剂型颜色共线生产的方案。
关键词:商用车;涂装;水性三涂一烘工艺;溶剂型两涂一烘工艺;混线生产

目前国内商用车主机厂主要采用的工艺有溶剂型1C1B、溶剂型2C1B、溶剂型3C2B(多用于出口车、高端重卡、展车等)以及水性3C2B 等,随着国家环保法规加严,以及国家对汽车行业清洁生产的要求日益清晰,新建生产线及老涂装线体的改造需要符合降低VOC(挥发性有机化合物)排放的法规要求。根据目前涂装工艺发展趋势,减少VOC 排放主流的工艺方向主要有两种:一是采用水性漆工艺,二是采用高固含溶剂型面漆工艺。而目前水性漆的应用最为广泛,也最为成熟。为了响应国家环保要求,笔者所在公司新建商用车涂装线时,通过走访调研国内各商用车主机厂的涂装线体,并结合目前各大乘用车主机厂主要使用的面漆涂装工艺,确定采用紧凑型水性3C1B 工艺。

1 紧凑型3C1B 工艺流程

所谓紧凑型水性3C1B 工艺,就是水性中涂漆、水性色漆湿碰湿施工,经过闪干后喷涂溶剂罩光清漆,然后3 个涂层一起烘干。与传统3C2B(三涂二烘)工艺相比,该工艺生产线体工位少、线体短,见图1。

图1 传统3C2B 工艺流程(a)与紧凑型3C1B 工艺流程(b)的对比
Figure 1 Comparison of process flow between conventional 3C2B (a) and compact 3C1B (b)

相比传统的驾驶室面漆生产线采用的水性3C2B 涂装工艺,紧凑型3C1B 工艺取消了中涂烘干室、中涂打磨、面漆擦净、中涂存储区等工序或区域,增加了一个胶预烘干室,极大地降低了设备投资及厂房面积,节约了生产线一次性投资成本及生产运行成本。虽然紧凑型3C1B 水性涂装工艺在国内乘用车领域已有多个成熟案例,但在生产中重卡的商用车领域应用尚属国内首例。

2 3C1B 工艺在商用车涂装线中应用可能存在的不足及应对措施2.1 电泳漆膜粗糙度对水性面漆工艺外观的影响

在紧凑型3C1B 工艺里,中涂膜厚降低,对基材填充性不足,导致板材、电泳涂膜的表面粗糙度直接影响到最终的面漆外观品质。因此考虑选择高外观的电泳漆产品来解决这个问题。为了验证基材粗糙度在此工艺中的影响程度,做了一系列实验室喷涂验证,对比普通电泳漆和高外观电泳漆对水性3C1B工艺外观的影响。

首先,统计了正常生产工艺条件下,两条生产线上不同型号电泳漆膜的粗糙度表现(用粗糙度仪在0.8 mm 及2.5 mm 两个取样长度下分别测量),结果如图2 所示。

图2 传统电泳漆和高外观电泳漆的粗糙度
Figure 2 Roughness of conventional and high-appearance electrocoats

其次,分别在上述两条涂装线随车挂电泳板,并在实验室按相同的喷涂工艺条件,喷涂同样型号的3C1B 水性面漆,对比外观数据中长波(LW)的差异,详见图3。

图3 使用不同颜色的传统电泳漆和高外观电泳漆后面漆的长波对比
Figure 3 Comparison in long wave of topcoat when using common electrocoat and high-appearance electrocoat of different colors

经对比发现,底材为高外观电泳的复合涂膜的LW 值要优于使用普通电泳漆时的情况。在水性3C1B面涂工艺中配套高外观电泳漆有利于提升面漆的外观品质。

因此,在这条商用车涂装线同步引入了某公司的高泳透力、高外观电泳漆产品。

2.2 3C1B 水性漆对温湿度工艺控制的要求

3C1B 水性漆对温度、湿度的控制要求体现在车体温度、涂料温度、喷漆室温湿度、闪干室含水量等几个方面。

2.2.1 车体温度对水性漆外观及质量的影响

考虑冬季电泳存储车身(电泳存储区、分色区)在进入喷漆室时,由于车体与环境温差大而有可能导致车体表面结露析水、车门铰链上漆率差等情况出现,从而引起针孔、流挂、发花等漆膜弊病。

针对这一问题,在线体布局时将涂胶线前置,这样涂胶线存储车身及电泳存储区车身经过涂胶烘干室的烘干和强冷,车体温度能基本达到24 °C;同时将电泳打磨室体直接与喷漆室布置在一起,分色区储备车在通过电泳线打磨时,由打磨段的空调风逐渐加温,达到了提高车体温度的目的。工艺流程如下:前处理电泳→电泳烘干→电泳存储→涂细密封胶→PVC 及粗密封→胶预烘干→电泳分色区→电泳打磨→电泳擦净→面漆喷涂。

2.2.2 喷漆室温湿度的控制要求

相比溶剂型涂料,水性漆对喷房的温湿度要求更加严格。根据涂料厂家给出的施工技术条件,水性中涂和色漆站的温湿度施工工艺范围如图4 所示。

图4 水性色漆的施工窗口
Figure 4 Construction window of a water-based paint

应对措施:喷房送风空调系统通过温湿度传感器、温湿度控制仪、加热/制冷管路比例调节阀等构成闭环的自动温湿度控制,实现对喷房和闪干炉温湿度的精确控制;同时各涂层喷涂完成后,要预留有足够的流平区域,保证涂膜在进入下一道工序前有充足的时间流平和挥发。

2.2.3 涂料温度的控制要求

为保证水性涂料施工的稳定性,水性涂装线输调漆系统及储漆间要求用独立的空调系统进行温度控制。根据水性漆施工温度要求(23~ 26 °C)和存储条件要求(5~ 35 °C),以及从节能的角度出发,输调漆系统及储漆间的设置应注意以下几点:

(1) 储漆间和调漆间共用空调系统。

(2) 输漆系统管道必须包裹保温棉,并且配备涂料管中管保温系统。

(3) 调漆间尽量布置在喷漆室周围,越近越好,以便缩短管路,减少涂料温度损耗。

2.2.4 闪干室体含水量的控制要求

为保证水性漆的闪干效果,根据涂料厂家给出的闪干施工窗口(见图5),必须保证闪干炉内循环风的空气含水率小于10 g/m3。

图5 闪干施工窗口
Figure 5 Construction window of flash dry

闪干段设计要求:闪干炉增加转轮除湿设备,进一步降低热风闪干炉的空气含湿量,保证漆膜闪干后出炉固体分≥80%,避免起泡等缺陷的发生;同时为避免闪干炉串风,闪干炉前后可增加风幕静置段。

2.3 3C1B 水性漆对对车间洁净度的要求

紧凑型3C1B 工艺取消了中涂打磨和面漆擦净,中涂和色漆湿碰湿喷涂,若有较多颗粒混杂在面漆喷涂段,则直接对涂膜的外观造成很大的影响,进而影响整车直行率。因此该工艺对车间环境控制有更高的洁净度要求。这方面的管控可以在生产线设计及生产阶段分别采取不同的应对措施。

设计阶段:(1)在车间各主要物流口设置隔离区(采用物流出入口卷帘门互锁),避免车间内部空气与车间外环境直接接触,减少污染来源;(2)针对电泳段过往不良中的二次流痕,采取泳后增加沥水槽、倒水滚床以及在电泳烘干室增加预烘干段的方式加以控制,从而降低电泳打磨量。

生产过程控制:(1)涂装车间对不同洁净度要求的区域区别管理,监控环境颗粒变化;(2)针对电泳漆的缩孔问题,联合冲压焊装工序,对油品进行缩孔试验认证,指定油品型号,控制缩孔缺陷,也能降低电泳打磨量;(3)提高面漆喷房、闪干室体、面漆烘干炉的保洁频次与要求。

通过以上措施,目前涂装线颗粒纤维直行影响率可维持在1%以内。

3 水性3C1B 与溶剂型2C1B 的混线生产

随着商用车物流运输的品牌效应和个性化定制的需求不断提升,以及年轻客户对高彩度颜色的认可,商用车涂装的颜色多样化需求必须得到满足。然而水性漆的开发周期一般要3 个月甚至更长,因此在应对商用车客户特殊紧急颜色订单上存在明显的劣势。为满足客户的需求,在引入水性3C1B 工艺的同时,考虑保留2C1B 溶剂型涂装能力的可行性。经与涂料供应商共同进行了一系列验证,最终确定了在紧凑型3C1B 涂装线上实施溶剂型2C1B 喷涂的工艺方案(如图6 所示):喷涂2C1B 工艺的驾驶室在水性工艺段空走,经闪干段后在罩光漆内喷站完成溶剂型色漆的内外表面喷涂,在光漆外喷站自动喷涂外表面罩光清漆,最后在罩光漆检查站完成车门内表面清漆喷涂,从而实现整个溶剂型2C1B 喷涂作业。

图6 溶剂型2C1B 的工艺路线
Figure 6 Route of solvent-based 2C1B process

溶剂型色漆施工对水性色漆的漆雾干扰试验验证结果见表1。为避免溶剂型漆雾干扰,在闪干后溶剂型车身与水性漆车身人工隔离空车位。

表1 漆雾干扰试验方案及结果
Table 1 Scheme and result of paint mist interference test
注:SW──短波;DOI──鲜映性;R──由BYK 橘皮仪给出,范围在3.0~ 10.5 之间,值越大表明漆膜越平整。

最后考察了溶剂型漆与水性漆在面漆烘干炉中同步烘干的外观。试验方法:在实验室分别按水性3C1B 工艺和溶剂型2C1B 工艺制板,将不同数量比例的样板(模拟极限条件)放置在同一个烘箱内,按140 °C × 30 min 的条件一起烘干,观察烘干后两种工艺样板漆膜表面的状态。从表2 可知,两种工艺得到的漆膜完全可以在面漆烘干室内同步烘干。这解决了水性漆颜色和溶剂型漆颜色在生产排产上是否需要分段排产的困扰,便于后续合理安排涂装生产计划。

表2 溶剂型漆与水性漆面漆同步烘干方案及结果
Table 2 Scheme and result of simultaneous drying of solvent-based and water-based paints

4 结语

经过对标调研,在吸取国内先进的涂装工艺理念的基础上,结合自身生产设计纲要及过往产品生产过程的不良情况,建成了国内首条商用车水性3C1B 涂装线,为商用车领域新工艺导入开创了先河。同时在涂装线体设计、建造过程中,根据商用车市场颜色多样化的需求,保留了溶剂型涂料的共线生产能力,为未来其他商用车涂装线的改造或重建提供了经验借鉴。



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