水性免中涂工艺的色漆一遍成膜的技术研究

1 研究背景

随着节能环保概念的不断深入，在汽车涂装生产过程中水性免中涂工艺因其工艺流程短，污染排放降低及能耗低等特点，已逐步成为汽车涂装工艺设计首选方案。该工艺的主要流程为：车身处理工艺为脱脂→表调→磷化→电泳→烘干→电泳打磨→涂胶→胶小烘房→擦净→面漆B1→面漆B2→水分预烘干→清漆→清漆烘干→强冷→检查。

面漆B2涂层主要对颜色效果起支撑作用，实现车身的外观颜色效果，其喷涂工序大多采用2遍色漆喷涂成膜的方式，喷涂线长度及喷涂机器人数量也相对增加，导致投资费用相对较高，运行能耗也较大。如B2面漆采用一遍成膜的方式，也达到同样的外观效果，将会减少机器人用量和缩短喷漆线长度，极大的降低投资及运行能耗。因此本文主要探讨水性免中涂工艺采用面漆一遍成膜的工艺的涂膜外观质量的影响及解决措施。

2 面漆一遍成膜的控制难点分析

    采用面漆一遍成膜工艺，因色漆一次性上膜较厚，喷涂机器人吐出量相对二遍成膜而言较大，易导致流挂、气泡及铝粉的定向排列等颜色效果的实现。具体控制难点如下：

2.1 易产生流挂、气泡、针孔等涂膜弊病

     水性免中涂新工艺由于B1、B2和清漆三个涂层均为湿碰湿喷涂，喷涂过程中水分及溶剂挥发较少，主要依赖B2后的闪干烘房，使得湿膜脱水率达到85%以上。当B2涂层采用一遍喷涂时，B2站湿膜的水分和溶剂更难挥发，一次上膜膜厚较两遍喷涂而言，在边角位置更容易产生流挂、气泡、针孔等涂膜弊病（如图1所示）。为了达到良好的流平外观并减少涂膜弊病，相较于两遍喷涂，优化仿形轨迹（重点为边角区域）及参数的难度加大。

如下图所示：

  

                       图1：左边为气泡，右边为针孔

2.2  控制膜厚及色差均匀性难度加大

B2涂层主要用于实现涂膜的最终颜色效果。当两遍喷涂改为一遍喷涂时，对机器人仿形及其喷涂过程的一致性要求更高，才能达到膜厚均匀的要求；如典雅白（颜色值L值>85%以上，b值在1.8-2.2之间）等颜色，其颜色遮盖力差，如若B1、B2站膜厚均一性不好，将严重影响其最终的颜色效果，并导致车身自身色差以及边角等位置与塑料件的匹配色差。

2.3  金属铝粉漆的颜色效果实现较为困难

水晶银、钛晶灰等金属铝粉颜色B2站一般采用两遍喷涂，以实现其颜色的闪烁效果。若其B2站变为一遍喷涂，在涂料配方不变的情况下，金属铝粉的排布会受喷涂方式影响，容易与现有的颜色产生“色差”，如图2所示，左边的排布没有右边好。

                                  图2：发花

3 面漆一遍成膜的实验条件

3.1 面漆线布置

水性免中涂工艺涂装生产线喷涂机器人面漆B1站有4台机器人，面漆B2站6台机器人，CC站5台机器人，其中面漆B2站一遍成膜时采用4台机器人喷涂（另2台机器人备用），采用两遍成膜工艺采用3+3台机器人喷涂。因此在车型相同、重涂率相同的情况下，采用两遍成膜工艺的喷涂机器人TCP速度会相对较高。

3.2 机器人轨迹调整

为实现面漆B2一遍成膜的整车喷涂验证，经过对机器人仿形轨迹进行了系统优化调整，重点关注边角等区域，经调整后的机器人仿形（以瑞风S5为例）如下图3所示：

图3 喷涂机器人一遍成膜水平面与垂直面示例

3.3 涂料基本参数
表1  水性免中涂工艺涂料基本参数及涂膜厚度一览表
涂层
颜色
配套B1
施工膜厚/μm
固体份/%
B1
浅灰
---
16-20
41
中灰
---
16-20
32
深灰
---
15-18
29
B2
水晶银、钛晶灰
中灰
10-16
18
典雅白
浅灰
16-20
41
炫酷黑
深灰
10-13
19
拉菲红
中灰
10-16
18
CC
透明清漆

45-55
58*
说明：58*: 按主剂：固化剂混合体积比3:1，配比后的固体份含量。
4 面漆一遍成膜对不同颜色的涂膜外观质量影响
为验证面漆一遍成膜可能对涂膜外观质量造成的影响，对不同类型的面漆涂料（按涂料的效果颜料进行分类）进行实车喷涂验证，通过对工艺参数进行调整，达到车身所需的各道涂层涂膜厚度后，观察面漆一遍成膜与两遍成膜之间的外观数据差异。
在本文中以汽车最为常用的三种类型的涂料所对应的最经典的三个颜色(白、黑、银）进行技术研究。
4.1 实色漆
区别于金属漆，只含有传统的有机或无机颜料的色漆，如汽车车身上常用的典雅白等颜色。本文以典雅白为例进行实色漆面漆B2一遍成膜的工艺探讨：
4.1.1 B2两遍成膜与B2一遍成膜工艺参数
表2  典雅白B2两遍成膜与B2一遍成膜工艺参数
喷涂涂层
旋杯转速
  /krpm
内成形空气
  /NL
外成形空气
  /NL
吐出量
  cc/min
电压
  /kV
枪距
  /mm
B2（两遍）
50
200
600
240-280
70
250
B2（一遍）
50
550
380
320
70
250
一遍成膜与两遍成膜的成形空气设置值发生变化，由小喷幅调整为大喷幅，可实现降低污染，同时一遍成膜的吐出量要高于两遍成膜的吐出量。
4.1.2典雅白B2两遍成膜与B2一遍成膜车外观比较
经过机器人仿形优化调试，典雅白颜色一遍成膜的外观及色差与两遍成膜基本保持一致，具体数值见下表3。
车身位置
B2二遍成膜错位喷
B2一遍成膜错位喷
色差
DOI
L.W
S.W
G20°
DOI
L.W
S.W
G20°
△b*
引擎盖
92.1
2.9
13.7
91.6
89.6
3.2
18.5
91.0
-0.08
左、右前翼子板
91.5
8.9
15.1
91.5
88.6
9.1
16.4
89.7
0.04
左、右前门
90.5
7.2
18.0
91.3
89.6
8.6
17.9
90.4
0.04
左、右后门
92.1
7.9
13.7
91.6
89.7
8.7
18.5
91.6
0.04
左、右后翼子板
91.4
5.4
15.9
90.0
90.8
8.2
16.9
91.5
0.02
尾门
92.4
7.0
14.9
90.8
89.2
8.2
20.7
89.8
-0.08
表3  水性免中涂工艺典雅白涂膜色差及外观质量数据
说明：△b*对应45度的b值色差检测数据。
4.1.3典雅白面漆B2一遍成膜应用的建议措施
根据试验数据及实车验证，以典雅白为代表的实色漆是完全可以采用面漆B2一遍成膜的工艺，但在实际应用过程中，还应考虑如下建议措施：
（1）考虑到典雅白的遮盖力差，对量产车发生颜色匹配问题的A柱、后视镜、前后翼子板、人工交界处等部位重点关注仿形细化及颜色效果，设定独立喷涂参数刷，整车膜厚多次确认保证整车颜色一致性。
（2）通过将B2涂层的膜厚由16-20μm提升至18-22微米，减少典雅白遮盖问题对整车颜色的影响，将整车颜色控制范围由原先的b值-0.3提升至0值，与保杠等的b值正向走向进行匹配。
4.2 珠光漆
珠光漆是指含有主要以云母效应颜料为主实现金属效果的色漆，如汽车车身常用的炫酷黑等颜色。
4.3.2炫酷黑喷涂方式与喷涂参数比较
表4  炫酷黑B2两遍成膜与B2一遍成膜工艺参数
喷涂涂层
旋杯转速
  /krpm
内成形空气
  /NL
外成形空气
  /NL
流量
  cc/min
电压
  /kV
枪距
  /mm
B2（S5）
50
600
350
290
70
250
B2（一遍）
50
600
420
450
70
250
参数设置变化较小，在生产程序基础上，针对门把手及裙边等位置设置独立的喷涂刷，降低吐出量设置。
4.2.3炫酷黑B2两遍成膜与B2一遍成膜车外观比较
经过优化调试，B2炫酷黑颜色一遍成膜的色差及外观质量数据与两遍成膜的状态基本一致，具体见下表5。
表5  水性免中涂工艺炫酷黑涂膜色差及外观质量数据
车身位置
B2两遍成膜
B2一遍成膜
色差
DOI
L.W
S.W
G20°
DOI
L.W
S.W
G20°
△L*
引擎盖
93.7
3.7
18.5
89.5
92.0
3.8
19.2
90.3
0.47/0.44
左右翼子板
91.7
10.1
20.2
90.1
90.2
10.5
21.9
86.3
-0.14/-0.03
左右前门
92.2
8.0
20.3
90.3
91.3
7.8
19.6
90.1
0.27/0.69
左右后门
92.5
9.5
21.5
90.5
92.2
9.6
19.1
90.6
-0.1/0.33
左、右后翼子板
92.3
8.0
20.4
90.4
91.7
7.2
18.8
90.2
-0.42/-0.15
尾门
92.1
5.4
20.1
90.4
91.6
5.7
19.7
90.6
0.5/-0.3
说明：针对炫酷黑，重点控制25°/45°L值。
4.2.3炫酷黑面漆B2一遍成膜应用过程的建议措施
    根据试验数据及实车验证，以炫酷黑为代表的珠光漆漆也是可以采用面漆B2一遍成膜的工艺，但在实际应用过程中，还应考虑如下建议措施：
（1）珠光粉的颗粒较大，外观橘皮数据可能会出现偏差，数据会稍偏大，可以通过降低粘度等措施来提高流动性，改善涂膜外观。
4.3 金属漆
金属漆主要是指含有各类效应颜料（铝粉，云母）以达到金属效果的色漆，金属闪烁效果较为明显，如一般汽车车身所用的水晶银等。
4.3.1喷涂方式与喷涂参数比较
表6 水晶银B2两遍成膜与B2一遍成膜工艺参数
喷涂涂层
旋杯转速
  /krpm
内成形空气
  /NL
外成形空气
  /NL
流量
  cc/min
电压
  /kV
枪距
  /mm
B2（两遍）
55
200
600
240-250
70
250
B2（一遍）
50
550
380
300
70
250
采用一遍成膜后，成形空气的设置值发生变化，由小喷幅调整为大喷幅，可降低旋杯污染，吐出量相对一遍成膜增加。旋杯转速由55krpm降低至50krpm，加上成形空气为内环控制，可减少漆雾反弹及污染。
4.3.2量产车与B2一遍成膜车外观比较
经过优化调试，B2水晶银颜色一遍成膜错位喷涂的外观质量数据如表7。
表7  水性免中涂工艺水晶银涂膜外观质量数据
车身位置
B2两遍成膜
B2一遍成膜
DOI
L.W
S.W
G20°
DOI
L.W
S.W
G20°
引擎盖
86.0
3.0
17.9
94.9
84.0
5.5
24.6
93.6
左、右翼子板
82.6
5.6
19.6
94.4
82.9
11.5
24.5
91.4
左、右前门
85.9
5.6
18.8
95.1
92.8
9.5
27.1
93.6
左、右后门
86.7
6.2
17.3
94.6
83.8
9.5
29.3
93.4
左后翼子板
85.2
4.7
18.3
94.6
83.6
8.6
27.6
92.1
尾门
84.9
7.1
15.4
95.2
92.4
7.5
28.6
93.1
B2水晶银颜色一遍成膜喷涂的外观较两遍成膜的涂膜DOI和光泽值保持一致，桔皮的长短波值有变化，尤其为短波数值增大较多，其原因在于水晶银漆为金属铝粉漆，当调整为一遍喷涂时，机器人的吐出量增大，涂料的雾化效果及铝粉排布发生变化，不仅影响了颜色效果，也使得桔皮短波变大，但SW总体数据没有超出30。
但对于金属漆而言，采用一遍成膜还需要重点关注涂膜颜色数据（3个角度）的变化情况，经检测，采用一遍成膜后涂膜的45°、75°明暗度及a值发生了较大变化，颜色变化如下表8所示。
表8  水性免中涂工艺水晶银涂膜颜色数据
颜色
颜色数据
角度
L
a
b
水晶银（两遍）
25°
102.43
-0.65
-1.00
45°
63.60
-0.58
-1.40
75°
41.61
-0.68
-1.50
水晶银（一遍）
25°
99.60
-0.93
-0.86
45°
67.76
-0.93
-1.37
75°
45.01
-0.87
-1.72
其中：45°、75°的L值明显变大
4.3.3金属漆面漆B2一遍成膜应用过程的建议措施
因此针对以银色漆为代表的金属漆，如实现一遍成膜，必须考虑如下建议措施：
（1）要充分评估外观质量（长短波）是否满足要求，对于卡车或质量要求相对不高的产品而言，一遍成膜的外观质量是可以接受的。
（2）颜色效果实现问题：可在金属漆颜色开发过程中即按一遍成膜的方式进行涂料开发工作，并允许生产颜色根据现场调试情况进行微调。
（3）要充分关注喷涂过程的重涂率，要确保按66%-75%的重涂率进行整车喷涂，防止出现金属漆出现发花问题。
5 存在的问题及提升措施
    总体而言：水性免中涂面漆B2一遍成膜，从产品物理机械性能而言，与面漆B2两遍成膜并无不同。它所带来的主要问题是产品施工环节和最终颜色效果上。
5.1 存在问题
（1）在施工环节方面：由于一遍成膜，单道所需流量加大，对于设备能力有要求，当需要旋杯高转速时，流量不宜过高。另外由于一遍成膜，湿膜膜厚较厚，增加了产品流挂，针孔，发花，气泡等漆膜缺陷的发生概率。
（2） 基于施工的局限性，在产品开发上，颜色开发也受到制约。
5.2采用一遍成膜的情况下，从涂料角度可以采取如下措施可以实现外观要求或提高涂膜外观质量：
（1）从涂料开发而言，如果由于高流量影响了雾化效果，可以尝试适当提高材料固体份。但是对于一个固定体系的油漆而言，提高固体份的空间有限。
（2）从涂料开发角度，可以通过调整树脂比例最大限度的降低材料的触变性或对于已经固定的材料，可以通过降低粘度等措施来提高流动性，但同时具有流挂风险。
（3）对于金属漆而言 ，金属效果和改善流平达到的良好外观相互制约。
6 结语
     水性免中涂涂装工艺已在我们公司投入使用，通过一年多的不断工艺调试工艺优化工作，目前我们已实现了新工艺部分颜色面漆B2一遍成膜的生产，外观数据稳定，质量状态良好。本文结合现场工艺调试及优化，从技术研究角度对水性免中涂面漆B2一遍成膜进行了施工性、外观质量、色差等进行了分析，为同行业推广应用此工艺提供有一定参考。