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多顏色粉末涂料在汽車車廂上的開發(fā)應(yīng)用
摘要：介紹了粉末涂料的噴涂工藝流程、噴涂設(shè)備及烘干系統(tǒng)，對多顏色串色問題提出了解決方案，制定了汽車車廂用粉末涂料的技術(shù)指標，并舉例說明了驗證粉末涂料與前處理電泳防腐配套性能的方法。
前言
目前，汽車車廂面漆噴涂多采用傳統(tǒng)溶劑型油漆，需要增加廢氣收集治理設(shè)施，故存在投資巨大、運營費用較高、企業(yè)經(jīng)營壓力較大等問題。
粉末涂料具有無“三廢”(廢水、廢渣、廢氣)排放的技術(shù)特點，同時其利用率高達95%，具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢，并可極大地降低涂裝成本。
為滿足環(huán)保法規(guī)要求，不增加生產(chǎn)成本，筆者所在公司組織開展了粉末涂料在汽車車廂上的應(yīng)用研究。
1 粉末涂裝工藝及裝備
粉末噴涂工藝的原理與油漆靜電噴涂基本相同。工件通過輸送鏈進入噴粉房的適宜位置后，靜電發(fā)生器通過噴槍槍口的電極針向工件方向的空間釋放高壓靜電(負極)，使從噴槍口噴出的粉末和壓縮空氣的混合物以及電極周圍的空氣電離(帶負電荷)。
工件經(jīng)過掛具通過輸送鏈接地(接地極)，這樣就在噴槍和工件之間形成一個電場，粉末涂料在電場力和壓縮空氣壓力的雙重推動下到達工件表面，依靠靜電吸引在工件表面形成一層均勻的涂層。
粉末涂料由固態(tài)樹脂、顏填料、固化劑和助劑組成。粉末涂料靜電附著后絕緣電阻都較高，能安定地附著在被涂物表面，在加熱步驟中經(jīng)加熱熔融、流平，高分子之間發(fā)生化學交聯(lián)固化而成膜。
成膜后的樹脂具備優(yōu)異的耐候性、耐化學性、熱穩(wěn)定性及機械性能。
1.1 工藝流程
1.1.1 素色粉末噴涂生產(chǎn)工藝流程
前處理→電泳→烘干→焊縫密封→粉末素色面漆噴涂→烘干(160~180°C，8~10min)→強冷→檢查精修→下線。該工藝與油漆噴涂工藝相比工序不變，只將噴涂面漆改為噴粉。
1.1.2 兩種金屬粉末噴涂工藝路線
路線一：前處理→電泳→烘干→焊縫密封→金屬粉末噴涂→烘干(160~180°C，8~10min)→強冷→粉末罩光噴涂→烘干(180~200°C，20min)→檢查精修→下線。
路線二：前處理→電泳→烘干→焊縫密封→金屬粉末噴涂→烘干(160~180°C，20min)→檢查精修→下線。
路線一的優(yōu)點是工藝成熟，質(zhì)量風險小，但需要進行兩次粉末噴涂，且在金屬粉末噴涂完成后需要進行一個高溫短時間的烘干過程，導(dǎo)致生產(chǎn)線過長，生產(chǎn)能耗較高；
路線二與素色粉末工藝的路線相同，更簡潔，但缺點是對金屬粉末涂料的要求較高，需要一次成膜就能得到所需要的外觀質(zhì)量，施工要求也較高。
1.3 粉末涂料的工藝設(shè)備及串色解決方案
1.3.1 噴涂設(shè)備
粉末噴涂設(shè)備主要由粉房、供粉系統(tǒng)、大旋風回收系統(tǒng)、噴槍等組成，如圖1所示。
粉末噴涂之所以比較經(jīng)濟，主要原因是其理論利用率高達95%，但實際利用率還與方案設(shè)計、人員操作、生產(chǎn)組織等密切相關(guān)。
單從設(shè)備角度分析，粉末利用率與大旋風分離效率、回收粉使用率這兩個指標有關(guān)。
大旋風的作用是使得粉末顆粒與風分離，粉末顆粒落入回收盒后由回收粉泵送回供粉桶進行重新利用，其分離效果與內(nèi)壁結(jié)構(gòu)、風管角度設(shè)計、風機風量等有關(guān)(即由設(shè)備的基本特性決定，效率最大能達到97%)。
1.3.2 熱輻射烘干系統(tǒng)
粉末涂膜的烘干條件為：160 ~ 180°C，20min。烘干系統(tǒng)可以采用熱風循環(huán)和紅外輻射兩種方式。
本項目的生產(chǎn)線在切換為粉末噴涂之前采用熱風循環(huán)烘干系統(tǒng)(要求140°C)，切換后考慮到烘干溫度提升對能源的損耗以及粉末涂料熔融階段所需溫度較高，因此在現(xiàn)有生產(chǎn)線基礎(chǔ)上引進催化紅外加熱技術(shù)，見圖2。
在升溫一區(qū)采用紅外輻射加熱，確保粉末涂料快速熔融，升溫二區(qū)和保溫區(qū)保留熱風循環(huán)烘干系統(tǒng)，確保粉末涂料完全固化。
與傳統(tǒng)熱風循環(huán)烘干系統(tǒng)相比，催化紅外加熱技術(shù)通過燃氣在加熱板表面產(chǎn)生氧化反應(yīng)，將多數(shù)的熱以中波紅外線的形式輻射出去；
專門加熱涂料中的羧基與烴基分子，故只對涂料加熱，對板材無明顯加熱效果，加熱過程無需點火，完全無焰，絕對防爆。
1.3.3 多種顏色噴粉的串色問題
由于同一個粉房生產(chǎn)多種顏色，在大旋風內(nèi)部一般會殘留雜色粉末，當雜色粉末混入新粉末而進入回收系統(tǒng)后，就會產(chǎn)生串色質(zhì)量問題。
為避免此問題，一般換色后需要空噴5~10min，以便將設(shè)備內(nèi)部殘留的雜色粉末帶出，然后才進行工件噴涂。
由于空噴的粉末不再被利用，因此該方法雖然可以避免串色，但造成大量的粉末浪費，降低了粉末利用率和經(jīng)濟性。
為保證粉末利用率，并避免串色等質(zhì)量問題，設(shè)計了干碰干的噴涂工藝：第一遍噴涂回收粉，第二遍噴涂新粉，兩遍噴涂在同一個粉房進行，兩遍之間不烘干，實際仍是一遍成膜。
如圖3所示，自動噴槍組1和2噴涂回收粉末，自動噴槍組3和4噴涂新粉。回收粉內(nèi)混入的雜色會被新粉覆蓋，漆膜表面仍為全新粉末，質(zhì)量不受影響，此方案可實現(xiàn)回收粉末的100%利用。
以炫麗紅為例，粉末試板涂膜外觀及其技術(shù)指標達成情況見表1。
2.2 粉末涂料配套性研究
涂裝線前處理采用鋯鹽−硅烷復(fù)合型無磷轉(zhuǎn)化工藝(即硅烷前處理工藝)，具有不含重金屬的環(huán)保特性，在冷軋鋼板、熱軋鋼板等板材表面均能形成良好的轉(zhuǎn)化膜，與陰極電泳漆配套性良好，電泳質(zhì)量損失小，生產(chǎn)過程中渣的生成量低。
所用的黑色雙組分底面合一陰極電泳漆能夠與前處理和粉末面漆形成優(yōu)良的配套。
為驗證粉末涂料與前處理電泳漆的配套性，考察了相應(yīng)配套后的耐鹽霧和耐濕熱性能，相關(guān)技術(shù)指標與測試方法見表2。
采用A、B兩種硅烷前處理材料分別與底面合一陰極電泳漆和純環(huán)氧陰極電泳漆交叉制板，配套粉末涂料后的性能測試結(jié)果見表3。
由未噴涂粉末的前處理電泳板鹽霧擴蝕的結(jié)果可知，底面合一電泳漆對硅烷前處理具有選擇性，不同型號硅烷前處理搭配底面合一電泳時的表現(xiàn)不同。
而不同類型硅烷前處理與純環(huán)氧電泳漆的搭配都具有良好的防腐性能。噴涂粉末后，在前處理電泳底漆的防腐前提下，涂膜的防腐性能均有提升，且耐鹽霧和耐濕熱測試后的附著力、硬度、耐沖擊等機械性能均滿足技術(shù)指標要求。
2.3 粉末涂料外觀及涂膜性能驗證
為確定粉末涂層的顏色、外觀、耐候性、耐化學品性、耐老化等性能是否達到了汽車涂裝產(chǎn)品的質(zhì)量要求，開展了相關(guān)性能驗證試驗，對氙燈老化、耐水、耐濕熱、耐溫變、大氣曝曬等重點性能也進行了詳細驗證。
經(jīng)檢查，所有項目均滿足產(chǎn)品品質(zhì)要求。以炫麗紅為例，各項測試的技術(shù)要求及檢測結(jié)果見表 4，其中大氣曝曬持續(xù)時間較長，仍在檢測中。
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