《水性漆在涂装中的应用》

工艺过程 气封
升温区
某涂装车间水性漆热闪干部分参数（供参考）
工艺时间 min
温度℃
绝对湿度 g/kg
长度 3 米 与喷漆室相同 与喷漆室相同
1.5
60～70
10
风速 m/s 0.5
10～12
4
保温区
2.5
70～80
10
12～16
冷却段
1.5
≤30
-
12～16
热闪干系统作为水性面涂工艺中的关键，核心在于加热循环风系统的温湿度控制。一般 做法是将热闪干段分为一个升温区、两个保温区，并对每个区的温湿度分别进行精确控制， 以保证底色漆脱水率达到后续罩光清漆喷涂的要求。
设备无法使用。 2.4. 粘度特性差异：水的粘度受剪切力影响变化很大，在受到高剪切作用时，水性涂料的粘
度会下降很多，使油漆易在管路转弯等流速变化大的部位出现结块，造成喷涂后出现麻 点等弊病，会对输调漆系统带来很大影响，造成循环系统负荷大，漆雾雾化难度大。
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2.5. 对金属材料的腐蚀性差异：水对金属材料有较大的腐蚀性，会对与之接触的涂装设备造 成腐蚀。
特殊要求
喷漆室 机器人 闪干区 废漆处理 输调漆
1、受湿度影响小 2、可以通过助剂调整应对温度 变化 一般静电式喷涂机 只需要流平区即可
粘度低，对金属腐蚀性弱
1、受湿度影响大 2、不能通过助剂应对温度变化
水性漆导电性高，不能使用溶剂 型喷涂系统 水份不能完全挥发，需要强制挥 发 从排出水中分离或析出涂料很困 难，排水容易起泡
以上通过水性漆特点和水性漆喷涂设备的介绍，我们对水性漆的喷漆室、烘干炉和预烘 干炉等设备有了基本的认识，可以为以后的设计提供有益的帮助。
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6. 水性面涂底色漆热闪干系统
对于溶剂型面漆涂装工艺，面涂底色漆和罩光清漆均为溶剂型油漆，在底色漆喷涂后仅 需要常温流平数分钟（常情况下测得色漆和清漆之间的闪干时间在 1-5 min 之间），就可 以直接喷涂罩光清漆。而在水性漆面涂工艺中，由于水的难挥发性，需要在喷涂罩光漆之前 通过加热干燥的方式将水性底色漆中的水分充分蒸发掉，才能进行下道罩光清漆的喷涂，否 则面涂烘干时会产生气泡弊病。现阶段采用较多的是热风加热闪干形式。根据不同材料的特 点，一般预烘干温度控制在 50-80℃，热风中控制水份含量不应大于 10g/KG，相对湿度控制在 5%-10%(上海通用汽车金桥南厂油漆车间按照典型的水性色漆加热闪干烘房方案进行设计，第 1 段对流加热设定温度为 65℃，相对湿度保持在 3%-7%；第 2 段对流保温设定温度为 90℃， 相对湿度保持在 2%以下，车身经过闪干烘房以后失水率在 90%左右，强冷后车表面温度下降 到 30℃左右。)，每延米的空气循环量不应小于 4000m3/h,风嘴热空气的流速为 15-20m/s。风 嘴布置 30-90cm，同时可以采用红外辅助加热等形式。预烘干过程对漆膜的除水效率一般应达 到 90%以上，否则对后续施工带来很多不利影响。烘干时间控制方面，考虑到生产线长度和漆 膜的要求，一般控制在 3-4 分钟，其中升温 1-1.5 分钟，保温 2-2.5 分钟。
图 2 水性涂料施工工艺窗口
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3.水性漆与溶剂型漆设备对比
由于水性漆特殊的施工要求，在设备选型上和溶剂型漆设备略有不同，具体对设备的特殊 要求见下表。可见传统的溶剂型漆施工设备已经不能满足水性漆材料的施工要求，需要针对 水性漆的特点对喷涂设备做特殊的设计。
水性漆和溶剂型漆设备需求对比
项目
溶剂型漆
水性漆
图 3 水性中涂烘干工件温度曲线
以国内某汽车厂为例：采用Π型中涂烘干炉，加热区分为预烘干、升温、保温等三个功能 区，其中预烘干区和升温区采用辐射加热方式，保温区采用热风循环加热方式。辐射与热风 循环相结合的加热方式使工件的升温曲线既满足了烘干工艺要求又提高了烘干炉的洁净度， 保证了中涂漆膜的高质量。
8．水性漆对自动化涂装设备的要求 由于水性漆属于良性的导电漆，按目前静电喷涂技术可以分为外加电喷涂和内加电喷涂，
为了避免高压静电对人员造成的伤害，这两种技术都采用喷涂作业时循环管路与自动化设备 分离作业的形式，外加静电喷涂的代表设备为德国杜尔公司的喷涂机械人，内加静电喷涂的 代表设备为日本丰田公司和川崎重工联合开发的单罐充填式喷涂机器人。所有自动喷涂设备 必须与工件保持一定的作业距离，否则距离大了会影响喷涂的效率，距离接近了会产生高压 报警，一般旋杯与工件的距离保持在 300mm 左右。
Байду номын сангаас
2. 水性涂料的特性
传统溶剂型涂料是用有机溶剂作为分散介质和稀释剂的涂料，而水性涂料就是用水作为 分散介质和稀释剂的涂料。水与溶剂作为涂料分散介质和稀释剂的特性差别主要表现在：
2.1. 挥发性差异：气化热高、蒸发速度无法调整，易流挂、起泡， 需要预烘干。 2.2. 表面张力差异：水的表面张力要高于溶剂容易产生缩孔。 2.3. 导电率差异：水的导电率远高于溶剂，对静电涂装设备有特殊要求，现在的溶剂型涂装
水性漆在涂装中的应用
1. 前言 随着国内汽车市场竞争的日益激烈以及中国对清洁生产的日渐重视，汽车涂装在保证高
装饰性、高防腐蚀性能的同时，正朝着采用环保性能良好的材料和工艺、简化处理工序、减 少设备投资和运行费用、降低生产成本的方向发展。国家环保局于 2006 年 8 月 15 日发布了 《汽车涂装清洁生产标准》，并且规定从 2006 年 12 月 1 日起开始实施，从生产源头上开始控 制污染物的产生，而不是只抓污染物如何处理。
5. 中涂烘干系统
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与传统溶剂型中涂喷涂施工后即进行烘干不同，由于水的挥发性较低，水性中涂喷涂施 工后直接进行高温烘干会产生气泡等弊病，因此需要进行低温预烘，即在 80℃的温度下保持 5 分钟，使涂料中的水分充分蒸发后，再升温至 160℃保温 20 分钟使涂膜完成固化。
水性中涂烘干工件温度曲线见下图：
3. 水性涂料的施工条件 涂料施工条件即工艺窗口是指涂料施工所必须具备的环境温度和湿度要求的范围，在温
湿度条件的坐标系中，以环境温度和湿度上下限值为四条边长所构成的近似四边形，即是喷 漆设备系统设计必须具备的基本输入条件。与溶剂型涂料相对宽松的施工工艺窗口相比较， 水性涂料对于喷涂环境温度和湿度条件有着更加严格的要求，通常水性涂料要求的施工温度 为 20℃～26℃，湿度为 60%～70%，但为了选择涂料供应商的裕度更大以及更好的保证生产质 量，在喷漆设备系统设计时设定的窗口条件都要更为严格，一般要达到：温度 23±1℃、湿度 65±3%的控制精度要求。
粘度高，对金属腐蚀性强
需要加热/制冷/除湿空 调
外置加电
需要增加水份预烘干装 置
使用专用药剂
泵及管路选用比溶剂型 大 系统材质 304 不锈钢以上
4. 水性漆对喷漆室的要求
无论是人工喷涂还是机器人喷涂，水性漆对喷漆室风速都要求在 0.35—0.5m/s 之间，喷 漆室的静压室以下最好采用不锈钢材质，因为水性漆的施工条件要保持湿度在 60%以上，这样 潮湿环境对设备的腐蚀程度要比油性漆强烈，以 2005 年投产的水性面漆线为例，在投入使用 3 年之后，气水分离室的挡板（镀锌板）就已完全腐蚀脱落，可见选用不锈钢板的重要。
7．涂料循环系统 由于水性漆的主要溶剂成分为水，一旦发生板结很难再溶解，结块混入油漆内很容易形
成漆渣，影响涂面品质，所以在设计涂料循环管路时一定要避免产生循环的死角，在条件允 许的情况下尽量采用双循环管路，输漆管路包括阀门和管接元件一定要采用内表面粗度小于 5 μm 的材质为 304L 的无缝不锈钢管，双循环管路内的涂料流速要大于 0.1m/s，各个工位涂料 吐出压力要控制在 0.4—0.6MPa 之间。为了保证涂料温度的稳定，可以采用两种恒温控制方法， 一种是利用恒温热交换设备进行控制； 另一种将循环管路布置在喷漆室内，利用喷漆室的 温度控制涂料的温度。
9. 结语
通过对水性漆的特性介绍，可以看出水性漆由于采用水做溶剂，可以大大降低有机挥发 份的产生，从而在根本上解决了 VOC 排放量大的问题；但是由于水性漆的特点对施工工艺和 施工设备提出了特殊的要求，造成水性漆涂装设备的投资和水性漆本身的成本相对溶剂型油 漆而言价格要高很多，故国内水性漆涂装线还比较少。随着国内汽车厂商的环保意识的增强， 越来越多的供应商将参与进来，水性漆的成本将逐渐降低。而且溶剂涂料用的溶剂都是石油 加工的产物，石油是不可再生资源，必将影响到溶剂的长远发展，而在水溶性油漆中引人水 替代大部分有机溶剂对缓和成本的增加将大有益处，长远的发展来看，水性漆必将代替溶剂 型漆。
有机废气 （VOC）产生量
（g/m2）
涂层形式
2C2B 3C3B 4C4B
一级(国际 先进水平)
≤30 ≤40 ≤50
二级(国内 三级(国内 先进水平) 基本水平)
≤50
≤70
≤60
≤80
≤70
≤90
5C5B
≤60
≤80
≤100
由于采用现有的溶剂型涂料无法从根本上减少 VOC 的排放量，而水性漆由于主要的溶剂 是水，不会产生大量的溶剂挥发，能从源头上对污染物进行控制，大幅减少涂装过程中的 VOC 排放量，因此水性漆涂装工艺是目前发展最快的环保型涂装工艺。
在汽车制造过程中，涂装车间是三废排放最多的生产车间。因此近年来在汽车制造相关 法规的驱动下，减少涂装公害、降低涂装成本、提高涂装质量一直是汽车涂装技术发展的主 题。其中如何减少汽车涂装过程中大量挥发性有机化合物 VOC 的排放量是汽车涂装工艺主要 研究的课题之一。
目前国内大多数汽车涂装生产线仍采用溶剂型中涂+溶剂型面涂底色漆+单组份罩光清漆 的工艺体系，VOC 排放量高达 120g/m2,远高于《汽车涂装清洁生产标准》中 3C3B 涂层三级标 准 VOC 排放量≤80g/m2 的基本要求，距离标准中规定的国际清洁生产先进水平一级标准 VOC 排放量≤40g/m2 的要求差的更远。下表为《汽车涂装清洁生产标准》中关于 VOC 排放的标准 规定：