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汽車保險杠的發展與噴涂工藝
2017-10-23 12:58:00
 
汽車保險杠的發展與噴涂工藝
 
摘要:
隨著汽車工業的發展,汽車保險杠作為一種重要的安全裝置走向了革新的道路,保險杠除 了有保護功能外,還要追求與車體造型的和諧與統一,追求本身的輕量化和表亮化。為此,本文結合生產實踐和實際應用,對于保險杠的表面噴涂,從它的發展、應用領域、涂層性能要求、涂裝工藝等方面逐一進行闡述與探討。
 1 前言 汽車保險杠是吸收緩和外界沖擊力、防護車身前后部的安全裝置。20 年前,轎車前后保險杠是以金屬材料為主,用厚度為3毫米以上的鋼板沖壓成U形槽鋼,表面處理鍍鉻,與車架 縱梁鉚接或焊接在一起,并與車身有一段較大的間隙,好像是一件附加上去的部件。
 
隨著汽車工業的發展,汽車保險杠作為一種重要的安全裝置也走向了革新的道路。今天的 轎車前后保險杠除了保持原有的保護功能外,還要追求與車體造型的和諧與統一,追求本身的 輕量化。為了達到這種目的,目前轎車的前后保險杠采用了塑料,人們稱為塑料保險杠。
 
塑料保險杠是由外板、緩沖材料和橫梁三部分組成。其中外板和緩沖材料用塑料制成,橫梁用厚度為 1.5 毫米左右的冷軋薄板沖壓而成U形槽;外板和緩沖材料附著在橫梁上,橫梁與 車架縱梁螺絲連接,可以隨時拆卸下來。這種塑料保險杠使用的塑料,大體上使用聚酯系和聚 丙烯系兩種材料,采用注射成型法制成。國外還有一種稱為聚碳酯系的塑料,滲進合金成分, 采用合金注射成型的方法,加工出來的保險杠不但具有高強度的剛性,還具有可以焊接的優點, 而且涂裝性能好,在轎車上的用量越來越多。
 
塑料保險杠具有強度、剛性和裝飾性,從安全上看,汽車發生碰撞事故時能起到緩沖作用, 保護前后車體;從外觀上看,高質量的噴涂技術可以很自然的與車體結合在一塊,渾然成一體, 具有很好的裝飾性,成為裝飾轎車外型的重要部件。
 
2 保險杠噴涂工藝介紹
2.1 工藝流程: 
工件上線→預脫脂→脫脂→水洗①→水洗②→純水洗→吹水→水份烘干→冷卻→轉掛→ 擦凈、打磨→火焰處理→靜電除塵→噴底漆→流平→噴面漆→流平→噴罩光漆→流平→固化烘 干→檢查、拋光、檢驗→工件下線。 
2.2 保險杠噴涂的工藝說明:
 
塑料保險杠噴涂作為比較高級的表面涂裝工藝手段,整個過程的質量要求較為嚴格,用涂 料廠商的整個表面處理工藝過程,包括前處理過程,噴涂過程到固化過程都需有嚴格的質量控 制,以保證保險杠涂裝的質量。 
保險杠噴涂工藝多采用多層噴涂,本文采用“三噴二烘”的工藝,以充分發揮油漆的耐久性、 耐候性的優勢。噴涂設備必須保證有出色的霧化效果,保證噴涂層的均勻性,涂料中的金屬微 粒的分布,直接影響涂層的外觀效果。涂層均勻,質量優良的涂層具有金屬光澤,顏色鮮明、 明顯的立體感。而使用不合適的噴涂設備的噴涂層,會產生顏色不均,表面有陰影或涂層不牢。 大大影響了保險杠的裝飾效果。

以下為塑料保險杠噴涂工藝的具體說明:
2.2.1 表面處理:
前處理是涂裝作業的基礎,是不可缺少的重要工序,是提高保險杠涂膜附著力、耐蝕力的 關鍵環節,因而前處理質量高低,直接關系到保險杠噴涂質量的優劣。表面處理一方面提高涂 膜的防腐防銹性能,延長涂膜的使用壽命,另一方面提高涂膜對保險杠的附著力,另外能使保 險杠得到均一的涂膜性能。

表面處理主要包括三個方面:
(1)、從保險杠表面去除各種污垢。如除油(也稱脫脂),以保證涂膜的理化性能和產品的 質量。常見的污垢有:灰塵、油污、舊涂膜等。
(2)、對經過清洗的保險杠的表面進行各種化學處理,以提高涂膜的耐腐蝕性和涂膜與工件 表面的附著力。 
(3)、采用機械的辦法消除保險杠的加工缺陷,調整基體表面的粗糙度,以提高產品的外觀 質量和附著力。
 
2.2.2 水份烘干: 
烘干的目的是使保險杠表面生成的化學轉化膜充分脫水,獲得良好的附著力和耐蝕力。但 烘干溫度不應過高,否則過度脫水會引起涂層性能大幅下降。
 
2.2.3 表面噴涂:
通常保險杠表面層由多道作用不同的涂膜組成。現噴涂工藝多采用濕噴濕的噴涂方式,這樣既可節省能源、簡化工藝,又能適應大批量流水線生產的需要。 目前比較先進的涂裝線由噴漆機器人、雙組份供漆、自動換色、工件識別、同步、總控等子系 統組成,具有自動換色、自動識別、同步運動、離線仿真等功能。多臺機器人依次運動,一次
完成打磨擦凈、火焰處理、靜電除塵、底漆、面漆和罩光漆噴涂等工序。當然,完全用機器人 這種全自動作業方式進行各工序作業,投資和運行成本相對較大,當前在國內大多數生產企業 中還沒有應用到這個領域。
 (1)、打磨擦凈: 保險杠經過表面處理后,第一道工序是打磨擦凈,這道工序可根據工件的表面實際情況可以省用,但對工件表面有凹凸不平或其它損壞現象,必須進行這道工序的作業,然后進行表面 擦凈清理工作。
(2)、火焰處理:
火焰處理這種方法是利用高溫(3000°F 以上)氣體火焰使塑料的表面氧化。火焰激活空 氣中的氧分子,使它們在材料的表面形成帶有碳分子的極性分組。表面分組極性的增加和氧化 減少了塑料的表面張力,增加材料基體對油漆的吸附力。
保持一定的火焰溫度和距離,是在適當的移動速度下對工件表面進行的一種噴涂前的處 理,以達到降低工件表面應力,提高工件表面的附著力,提高噴涂的質量。
(3)、靜電除塵: 可以去除工件表面由于靜電吸附的毛刺,保證工件在噴涂前的潔凈度,有利于提高噴涂過程的良品率。主要設備可以用靜電除塵槍、靜電除塵離子風機、靜電除塵離子除塵風棒等。
(4)、涂底漆: 涂底漆的目的在于提高涂層抗滲透能力,增強對基材的保護,掩飾金屬表面細微缺陷,加強面漆與金屬表面的附著力,保證面漆涂層的顏色均勻性。漆層厚度通常為 5~8µm。 (5)、涂面漆:保險杠經涂底漆、底漆流平后涂裝面漆,這是完成涂裝工藝過程中的關鍵階段。涂面漆的 作用是在于提供所需的裝飾顏色,使外觀達到設計的要求,并且保護金屬表面不受外界環境大 氣、酸雨污染的侵蝕,防止紫外光穿透,大大增加抗老化能力。在多層噴涂中面漆涂層較厚, 通常為 30~35µm。
(6)、涂罩光漆: 涂罩光漆的作用是在于增強面漆涂層抗外界侵蝕能力,保護面漆涂層不被氧化,增加面漆色彩的金屬光澤,使產品外觀更加鮮艷。漆層厚度通常為 10~15µm。 (7)、流平晾干:流平晾干是一個涂層中溶劑或水份蒸發的過程,從而允許涂膜達到晾干可觸摸或晾干到可
再噴涂的狀態。流平效果如何取決于稀釋劑的揮發速度。快干稀釋劑可減慢漆膜的運動和流動, 導致涂膜產生桔皮、干噴、濕化不好等缺陷。慢干稀釋劑留在濕膜內的時間較長,可使漆膜光 滑,但會產生流掛、花斑和顏色不一致。所以應隨時觀察流平效果,控制好溶劑揮發速度,確保漆膜流平較佳。同時流平區必須保持干凈、無塵。
(8)、烘烤固化: 噴涂好的保險杠經流平后,需進入固化爐進行固化處理。涂料的烘烤固化是油漆的一個熔融、化學反應過程,它使涂膜變硬、耐摩擦,是涂裝工藝中重要的一個環節。完全的烘烤包括 烘烤時間和溫度,它將決定涂膜的性能和特性。烘烤不足可導致涂膜厚度不均勻、附著力差、 耐候性差、強度和硬度下降;烘烤過度輕則涂膜失色,重則涂膜焦化,機械強度嚴重下降。
 2.2.4 工件運輸: 
根據我們現有工程實例和大多數用戶的要求,一般前處理、后處理都采用滑撬地面鏈輸送, 滑撬上擺設雙工位,連續運行。也有前處理采用吊掛形式,后處理采用地面鏈的運輸方式。 
2.2.5 質量檢驗: 
目前主要以《美國汽車安全技術法規》第 15 篇第 38 章《國家交通及機動車安全法》為準 則,嚴格的質量檢查才能保證高質量噴涂產品。
 
3 結束語: 我國保險杠產業發展前景廣闊,隨著汽車車型的增加、產銷量的擴大,保險杠的需求也將隨之增長。汽車保險杠配件、備件市場需求量的同時增加,將給汽車保險杠生產企業帶來巨大 發展機遇。 在保險杠需求數量增長的同時,經濟附加值高、技術含量高的轎車彩色保險杠正呈現全面替代 本色保險杠的趨勢。目前國內轎車使用彩色保險杠的比例為 60%~70%。

水性塑料件用涂料施工特點及應用
在涂裝涂料領域內,安全和低 VOC 的水性化技術和工藝已成為涂裝涂料的發展趨勢之一。
塑料件用涂料和涂裝工藝的水性化在國內已開始著手推廣應用。
塑料件已被成功地廣泛應用于汽車內外飾,由于節省資源的時代發展需求,采用塑料材質替代鋼板減輕車身自重以實現汽車輕量化降低油耗已經在國內作為重要的課題進行研究和應用,塑料材質在汽車上的應用日益廣泛。目前,塑料材質在汽車上的應用主要分為 3 類:外裝件、內 飾件和功能結構件,而無論是作為哪種部件,都需要對這些塑料進行表面處理,而對塑料件進行涂裝是常用的方式。
 
如今,在涂裝涂料領域內,安全和低 VOC(揮發性有機化合物)的水性化技術和工藝已成為涂裝涂料的發展趨勢之一。
塑料件用涂料和涂裝工藝的水性化在國內已開始著手推廣應用。國外某知名廠家開發成功并應用的水性塑料件用涂料相關技術數據和施工要求如表 1 所示。
 
水性塑料件用涂料施工工藝 
1.前處理
前處理由注塑材料和注塑工藝決定。塑料保險杠是不良導體,容易產生靜電而吸附灰塵, 可采用潔凈壓縮空氣通過高壓噴嘴利用電暈放電,使離子化的空氣吹到塑料表面以中和灰塵電 荷。根據產量決定采用手工靜電除塵還是自動靜電除塵。
日韓系保險杠涂裝生產線的前處理僅用手工溶劑(一般用異丙醇)擦拭即可,而歐美則采 用強力沖洗除去塑料表面的脫模劑、油污及灰塵。一般由微酸性預脫脂、微酸性脫脂-水洗- 水洗-去離子水洗(加表面活性劑)-新鮮去離子水洗-吹水-烘干-強冷等工序組成。有時 根據需要使用等離子火焰處理表面(如以 1 000~2 000℃的高溫丙烷氣或天然氣火焰快速接 觸工件表面),可以使塑料表面層分子局部氧化,消除界膜阻力增加塑料的表面能、提高表面 的浸潤性并增強附著力,另外還要消除表面的毛刺,提高噴涂合格率。火焰處理后進行靜電除 塵處理。
2.塑料保險杠水性噴漆工藝流程 
(1)歐美系工藝:前處理-噴底漆-底漆閃干-烘干/強冷-底漆打磨、擦凈-離子化空 氣吹-噴面漆底色漆-色漆后預烘干-噴清漆-閃干-烘干-強冷-檢查-修飾-檢查(合格品入庫,不合格品點補或返工)。
(2)日系 3C1B 工藝:前處理-噴底漆-底漆后閃干烘干/強冷-噴面漆底色漆-色漆后閃干-預烘干/強冷-噴清漆-閃干-烘干-強冷-檢查-修飾-檢查(合格品入庫,不合格品點 補或返工)。
(3)2 種工藝流程的差異:歐美系在噴完底漆后在常溫下閃干 7~10min,然后再在 80℃的爐 溫下烘干 17~30min,通過冷風吹使工件溫度降至 40℃后進行打磨、擦凈和離子化空氣吹再噴 色漆;而日系的 3C1B 工藝則是在噴完底漆后用 85℃熱風吹 2.5~3.5min,然后用 22~24℃冷 風冷卻 1.5min 以上,最后直接噴色漆。從節能角度說 3C1B 工藝更為省資源,但從質量控制的 難易程度來說歐美系工藝更容易一些。
3.塑料保險杠水性噴漆工藝設備要求
(1)噴漆室:所有帶漆部件常用不銹鋼制造或者下部水槽及水膜板等底架部分采用不銹鋼材 料。(2)烘干/強冷室:所有內板常用不銹鋼制造或滲鋁鋼板,外部采用優質鍍錫鋼板
(3)涂料供應及循環系統:輸調漆所有部件的選擇必須符合水性漆使用要求,如穩壓器、四 通閥和管接頭等部件;輸調漆的供漆泵適用于水性漆使用要求(材質、輸出壓力和流量等);攪拌器選用電動變頻攪拌器保證對涂料較低的剪切力,選用低剪切的攪拌槳葉;所有管路系統 均采用 SUS316 材質,并盡量采用焊接方式;避免管線設計、施工以及其他細節設計部分存在 管徑偏小、管道焊接不平整、鈍化處理不到位以及存在循環盲端等問題,從而影響日后水性漆 的循環穩定性以及涂裝質量。若是雙組分涂料,油漆供應及循環系統還要適應雙組分噴涂。
 (4)靜電噴涂裝置:輸漆軟管、換色閥及接地裝置均有特殊要求,絕緣性要求高,計量泵常 用不銹鋼制造。
 (5)空調送風裝置:能適應控制噴漆室、調漆間和漆庫的溫濕度要求。
 (6)油漆及調漆用純水保溫裝置:能夠很好地保溫,嚴格控制油漆及純水溫度。 由于國內外清漆水性化技術還沒有成熟,因此推薦繼續采用高固體份、低溶劑含量的清漆,在此不作介紹。
 
水性塑料件用涂料靜電噴涂工藝
1.靜電噴涂的分類:
靜電噴涂施工方法適用于溶劑型和水性涂料,按噴涂設備不同分為:高速旋杯霧化靜電噴槍和空氣輔助靜電噴槍兩種。
2.塑料件采用靜電旋杯噴涂的優勢
靜電旋杯噴涂相對于傳統的空氣噴槍噴涂可以將涂料的利用率提高 25%~40%,從而有效 地減少涂料的消耗,降低生產成本,同時減少 VOC 的單車排放量,降低汽車涂裝生產對環境的 污染。
3.塑料件靜電噴涂的條件
由于塑料件良好的絕緣性,表面電阻通常>1 012Ω,容易造成靜電荷的積累,為適應靜電噴涂,通常需要使用導電塑料或導電底漆來提供良好的導電性。由于傳統的導電塑料價格昂貴,不適用于汽車工業的大批量生產。在塑料件上涂不導電底漆成為汽車工業塑料件靜電噴涂工藝的主流,通常的導電電阻理論值低于 106Ω,實際應用中低于 0.3×106Ω即可滿足生產要求。施工過程中要保持明確的高壓靜電場,工件必須保證接地良好。
4.靜電霧化原理
 將高電壓加至自由流動的漆流上,漆流在電荷的作用下震動并分散成小滴 
5. 影響施工質量的因素 
(1)環境因素:噴漆室溫度、濕度和風速。溫濕度控制:23+3℃,濕度 60+5% ,噴漆室 保持正壓,噴涂區沉降空氣速度 0.2~0.4 m/s 。溫度過高、濕度過低和表干過快時,涂層容 易產生椐皮等缺陷;溫度過低和濕度過大時,漆膜受重力作用容易產生流掛或涂層內水分和溶 劑沒有及時揮發出來導致經高溫烘烤后出現針孔、痱子等缺陷。尤其在夏天高溫高濕氣候下, 靜電噴涂設備容易產生跳高壓現象導致生產不連續、油漆利用率低等。噴涂區沉降空氣速度過 大,帶走的油漆粒子多且漆膜易流墜;速度過小,漆霧四處亂飛遮擋員工視線并附著在噴漆室 相關設備上影響設備的正常使用。因此要控制好噴漆室的溫濕度和風速。
(2)油漆參數: 油漆配比、粘度。 施工前要按照施工說明書—TDS 內容先將參數調整好。
(3)噴涂參數:出漆量、霧化/扇面壓力。 出漆量決定涂層的厚度,不同設備各有差異,應定期校正,保證涂層厚度在規定范圍內。
(4)閃干時間:對生產線而言,閃干時間主要受鏈速影響。閃干時間短,涂層內水分和溶 劑沒有及時揮發出來導致經高溫烘烤后出現針孔、痱子等缺陷;閃干時間長,漆膜表面過干, 涂層容易產生椐皮等缺陷。要合理選擇閃干時間。

(5)烘烤條件:溫度和時間的選擇,直接影響漆膜性能。溫度高、時間長可能會產生過烘烤導致漆膜性能變差;溫度低、時間短,漆膜可能會沒有完全烘干,附著力及機械性能變差。因此要選擇合理的烘烤溫度、烘烤時間和升溫速度。

水性塑料件用涂料在國內的應用前景
 1.由于水性塑料件用涂料的特殊嚴格要求,因此在國內的應用目前面臨著如下難題:
(1)傳統塑料涂裝生產線大多沒有改造的空間,因此工藝上無法滿足水性塑料件用涂料的要求;
(2)為了提高利潤,汽車廠商不愿意去采購較高成本的塑料件或者花較高的投資去改造或 建設適應水性噴涂的塑料涂裝生產線;
(3)國內還沒有頒布實施嚴格的環保法規,很多汽車廠家和塑料件廠家采用水性涂料及工 藝的愿望不是很迫切;
(4)國內車用塑料件的供應廠家很多,但是都沒有形成實力雄厚的大集團、大公司,因此 沒有持續的前沿技術發展追求和足夠的財力去應用新技術、新工藝;
(5)國內各汽車廠家和塑料件廠家對應用水性化涂料技術及工藝的產品質量控制缺乏經驗, 存在擔心心理,這也阻礙了水性化涂料技術及工藝在國內的應用。 
2.為了使水性塑料件用涂料在國內盡快得到廣泛應用,真正達到節能、環保和高質量的發展要求,還需要持續開展下述工作:
(1)國家加大力度倡導清潔生產,盡快頒布實施嚴格的環保法規;
(2)汽車企業或塑料件生產企業本身轉變觀念,積極研究應用新工藝、新技術,實行節能、環保和高質量。

鹽城市瑞之金機械有限公司 王海忠
 
2017 年 10 月

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