汽车保险杠论文

汽车保险杠论文

汽车保险杠的发展与喷涂工艺

江苏中大工业涂装环保有限公司（224003）杨奎

摘要：随着汽车工业的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置走向了革新的道路，保险杠除了有保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化和表亮化。为此，本文结合生产实践和实际应用，对于保险杠的表面喷涂，从它的发展、应用领域、涂层性能要求、涂装工艺等方面逐一进行阐述与探讨。

关键词：汽车保险杠、塑料保险杠、安全装置、喷涂工艺

1 前言

汽车保险杠是吸收缓和外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。20年前，轿车前后保险杠是以金属材料为主，用厚度为３毫米以上的钢板冲压成Ｕ形槽钢，表面处理镀铬，与车架纵梁铆接或焊接在一起，并与车身有一段较大的间隙，好像是一件附加上去的部件。

随着汽车工业的发展，汽车保险杠作为一种重要的安全装置也走向了革新的道路。今天的轿车前后保险杠除了保持原有的保护功能外，还要追求与车体造型的和谐与统一，追求本身的轻量化。为了达到这种目的，目前轿车的前后保险杠采用了塑料，人们称为塑料保险杠。

塑料保险杠是由外板、缓冲材料和横梁三部分组成。其中外板和缓冲材料用塑料制成，横梁用厚度为1.5毫米左右的冷轧薄板冲压而成Ｕ形槽；外板和缓冲材料附着在横梁上，横梁与车架纵梁螺丝连接，可以随时拆卸下来。这种塑料保险杠使用的塑料，大体上使用聚酯系和聚丙烯系两种材料，采用注射成型法制成。国外还有一种称为聚碳酯系的塑料，渗进合金成分，采用合金注射成型的方法，加工出来的保险杠不但具有高强度的刚性，还具有可以焊接的优点，而且涂装性能好，在轿车上的用量越来越多。

塑料保险杠具有强度、刚性和装饰性，从安全上看，汽车发生碰撞事故时能起到缓冲作用，保护前后车体；从外观上看，高质量的喷涂技术可以很自然的与车体结合在一块，浑然成一体，具有很好的装饰性，成为装饰轿车外型的重要部件。

2 保险杠喷涂工艺介绍 2.1 工艺流程：

工件上线→预脱脂→脱脂→水洗①→水洗②→纯水洗→吹水→水份烘干→冷却→转挂→擦净、打磨→火焰处理→静电除尘→喷底漆→流平→喷面漆→流平→喷罩光漆→流平→固化烘干→检查、抛光、检验→工件下线。

2.2 保险杠喷涂的工艺说明：

塑料保险杠喷涂作为比较高档的表面涂装工艺手段，整个过程的质量要求极为严格，用涂料厂商的整个表面处理工艺过程，包括前处理过程，喷涂过程到固化过程都需有严格的质量控制，以保证保险杠涂装的质量。保险杠喷涂工艺多采用多层喷涂，本文采用“三喷二烘”的工艺，以充分发挥油漆的耐久性、耐候性的优势。喷涂设备必须保证有出色的雾化效果，保证喷涂层的均匀性，涂料中的金属微粒的分布，直接影响涂层的外观效果。涂层均匀，质量优秀的涂层具有金属光泽，颜色鲜明、明显的立体感。而使用不合适的喷涂设备的喷涂层，会产生颜色不均，表面有阴影或涂层不牢。大大影响了保险杠的装饰效果。

以下为塑料保险杠喷涂工艺的具体说明：

2.2.1 表面处理：

前处理是涂装作业的基础，是不可缺少的重要工序，是提高保险杠涂膜附着力、耐蚀力的关键环节，因而前处理质量高低，直接关系到保险杠喷涂质量的优劣。表面处理一方面提高涂膜的防腐防锈性能，延长涂膜的使用寿命，另一方面提高涂膜对保险杠的附着力，另外能使保险杠得到均一的涂膜性能。

表面处理主要包括三个方面：（1）、从保险杠表面去除各种污垢。如除油（也称脱脂），以保证涂膜的理化性能和产品的质量。常见的污垢有：灰尘、油污、旧涂膜等。（2）、对经过清洗的保险杠的表面进行各种化学处理，以提高涂膜的耐腐蚀性和涂膜与工件表面的附着力。（3）、采用机械的办法消除保险杠的加工缺陷，调整基体表面的粗糙度，以提高产品的外观质量和附着力。

2.2.2 水份烘干：烘干的目的是使保险杠表面生成的化学转化膜充分脱水，获得最佳的附着力和耐蚀力。但烘干温度不应过高,否则过度脱水会引起涂层性能大幅下降。

2.2.3 表面喷涂：通常保险杠表面层由多道作用不同的涂膜组成。现喷涂工艺多采用湿喷湿的喷涂方式，这样既可节省能源、简化工艺，又能适应大批量流水线生产的需要。

目前比较先进的涂装线由喷漆机器人、双组份供漆、自动换色、工件识别、同步、总控等子系统组成，具有自动换色、自动识别、同步运动、离线仿真等功能。多台机器人依次运动，一次完成打磨擦净、火焰处理、静电除尘、底漆、面漆和罩光漆喷涂等工序。当然，完全用机器人这种全自动作业方式进行各工序作业，投资和运行成本相对较大，当前在国内大多数生产企业中还没有应用到这个领域。

（1）、打磨擦净：保险杠经过表面处理后，第一道工序是打磨擦净，这道工序可根据工件的表面实际情况可以省用，但对工件表面有凹凸不平或其它损坏现象，必须进行这道工序的作业，然后进行表面擦净清理工作。（2）、火焰处理：火焰处理这种方法是利用高温（3000°F以上）气体火焰使塑料的表面氧化。火焰激活空气中的氧分子，使它们在材料的表面形成带有碳分子的极性分组。表面分组极性的增加和氧化减少了塑料的表面张力，增加材料基体对油漆的吸附力。保持一定的火焰温度和距离，是在适当的移动速度下对工件表面进行的一种喷涂前的处理，以达到降低工件表面应力，提高工件表面的附着力，提高喷涂的质量。（3）、静电除尘：可以去除工件表面由于静电吸附的毛刺，保证工件在喷涂前的洁净度，有利于提高喷涂过程的良品率。主要设备可以用静电除尘枪、静电除尘离子风机、静电除尘离子除尘风棒等。（4）、涂底漆：涂底漆的目的在于提高涂层抗渗透能力，增强对基材的保护，掩饰金属表面细微缺陷，加强面漆与金属表面的附着力，保证面漆涂层的颜色均匀性。漆层厚度通常为5～8µm。（5）、涂面漆：保险杠经涂底漆、底漆流平后涂装面漆，这是完成涂装工艺过程中的关键阶段。涂面漆的作用是在于提供所需的装饰颜色，使外观达到设计的要求，并且保护金属表面不受外界环境大气、酸雨污染的侵蚀，防止紫外光穿透，大大增加抗老化能力。在多层喷涂中面漆涂层最厚，通常为30～35µm。（6）、涂罩光漆：涂罩光漆的作用是在于增强面漆涂层抗外界侵蚀能力，保护面漆涂层不被氧化，增加面漆色彩的金属光泽，使产品外观更加鲜艳。漆层厚度通常为10～15µm。（7）、流平晾干：流平晾干是一个涂层中溶剂或水份蒸发的过程，从而允许涂膜达到晾干可触摸或晾干到可再喷涂的状态。流平效果如何取决于稀释剂的挥发速度。快干稀释剂可减慢漆膜的运动和流动，导致涂膜产生桔皮、干喷、湿化不好等缺陷。慢干稀释剂留在湿膜内的时间较长，可使漆膜光滑，但会产生流挂、花斑和颜色不一致。所以应随时观察流平效果，控制好溶剂挥发速度，确保漆膜流平最佳。同时流

平区必须保持干净、无尘。（8）、烘烤固化：喷涂好的保险杠经流平后，需进入固化炉进行固化处理。涂料的烘烤固化是油漆的一个熔融、化学反应过程，它使涂膜变硬、耐摩擦，是涂装工艺中重要的一个环节。完全的烘烤包括烘烤时间和温度，它将决定涂膜的性能和特性。烘烤不足可导致涂膜厚度不均匀、附着力差、耐候性差、强度和硬度下降；烘烤过度轻则涂膜失色，重则涂膜焦化，机械强度严重下降。2.2.4 工件运输：根据我们现有工程实例和大多数用户的要求，一般前处理、后处理都采用滑撬地面链输送，滑撬上摆设双工位，连续运行。也有前处理采用吊挂形式，后处理采用地面链的运输方式。2.2.5 质量检验：目前主要以《美国汽车安全技术法规》第15篇第38章《国家交通及机动车安全法》为准则，严格的质量检查才能保证高质量喷涂产品。 3 结束语：我国保险杠产业发展前景广阔，随着汽车车型的增加、产销量的扩大，保险杠的需求也将随之增长。汽车保险杠配件、备件市场需求量的同时增加，将给汽车保险杠生产企业带来巨大发展机遇。

在保险杠需求数量增长的同时，经济附加值高、技术含量高的轿车彩色保险杠正呈现全面替代本色保险杠的趋势。目前国内轿车使用彩色保险杠的比例为60％～70％，估计到2006年，轿车将基本全部使用彩色保险杠，轻微型客车中也将有30％左右采用彩色保险杠。

参考文献：

1、《中国涂装网》，成都

2、《粉末涂料涂装工艺学》，上海，上海科学技术文献出版社，1997，9

3、《最新汽车涂装技术》，北京，机械工业出版社，1998，3

4、《中外涂装》，南京，全国涂装标准化分技术委员会编印，1999，7

5、《涂装设备与技术》，武汉，武汉工业大学教材

6、《汽车中国网》，2003.10

作者介绍：

杨奎（yangkui），男，1976年3月出生，毕业于江苏理工大学（现江苏大学）机电一体化专业，学历：大学，现工作于江苏中大工业涂装环保有限公司，国家质检总局主办《中国国门时报》特约记者，职称：工程师，职务：技术业务部经理，目前主要研究方向为涂装工艺。

文章来源：/thread-88093-1-1.html

水性塑料件用涂料施工特点及应用

在涂装涂料领域内，安全和低VOC的水性化技术和工艺已成为涂装涂料的发展趋势之一。塑料件用涂料和涂装工艺的水性化在国内已开始着手推广应用。

塑料件已被成功地广泛应用于汽车内外饰，由于节省资源的时代发展需求，采用塑料材质替代钢板减轻车身自重以实现汽车轻量化降低油耗已经在国内作为重要的课题进行研究和应用，塑料材质在汽车上的应用日益广泛。目前，塑料材质在汽车上的应用主要分为3类：外装件、内饰件和功能结构件，而无论是作为哪种部件，都需要对这些塑料进行表面处理，而对塑料件进行涂装是常用的方式。

如今，在涂装涂料领域内，安全和低VOC（挥发性有机化合物）的水性化技术和工艺已成为涂装涂料的发展趋势之一。

塑料件用涂料和涂装工艺的水性化在国内已开始着手推广应用。国外某知名厂家开发成功并应用的水性塑料件用涂料相关技术数据和施工要求如表1所示。

水性塑料件用涂料施工工艺

1.前处理

前处理由注塑材料和注塑工艺决定。塑料保险杠是不良导体，容易产生静电而吸附灰尘，可采用洁净压缩空气通过高压喷嘴利用电晕放电，使离子化的空气吹到塑料表面以中和灰尘电荷。根据产量决定采用手工静电除尘还是自动静电除尘。

日韩系保险杠涂装生产线的前处理仅用手工溶剂（一般用异丙醇）擦拭即可，而欧美则采用强力冲洗除去塑料表面的脱模剂、油污及灰尘。一般由微酸性预脱脂、微酸性脱脂－水洗－水洗－去离子水洗（加表面活性剂）－新鲜去离子水洗－吹水－烘干－强冷等工序组成。有时根据需要使用等离子火焰处理表面（如以1 000～2 000℃的高温丙烷气或天然气火焰快速接触工件表面），可以使塑料表面层分子局部氧化，消除界膜阻力增加塑料的表面能、提高表面的浸润性并增强附着力，另外还要消除表面的毛刺，提高喷涂合格率。火焰处理后进行静电除尘处理。

2.塑料保险杠水性喷漆工艺流程

（1）欧美系工艺：前处理－喷底漆－底漆闪干－烘干/强冷－底漆打磨、擦净－离子化空气吹－喷面漆底色漆－色漆后预烘干－喷清漆－闪干－烘干－强冷－检查－修饰－检查（合格品入库，不合格品点补或返工）。

（2）日系3C1B工艺：前处理－喷底漆－底漆后闪干烘干/强冷－喷面漆底色漆－色漆后闪干－预烘干/强冷－喷清漆－闪干－烘干－强冷－检查－修饰－检查（合格品入库，不合格品点补或返工）。

（3）2种工艺流程的差异：欧美系在喷完底漆后在常温下闪干7～10min，然后再在80℃的炉温下烘干17～30min，通过冷风吹使工件温度降至40℃后进行打磨、擦净和离子化空气吹再喷色漆；而日系的3C1B工艺则是在喷完底漆后用85℃热风吹2.5～3.5min，然后用22～24℃冷风冷却1.5min以上，最后直接喷色漆。

从节能角度说3C1B工艺更为省资源，但从质量控制的难易程度来说欧美系工艺更容易一些。

3.塑料保险杠水性喷漆工艺设备要求

（1）喷漆室：所有带漆部件常用不锈钢制造或者下部水槽及水膜板等底架部分采用不锈钢材料。

（2）烘干/强冷室：所有内板常用不锈钢制造或渗铝钢板，外部采用优质镀锡钢板（见图1）。

图1 烘干/强冷室

（3）涂料供应及循环系统（见图2）：输调漆所有部件的选择必须符合水性漆使用要求，如稳压器、四通阀和管接头等部件；输调漆的供漆泵适用于水性漆使用要求（材质、输出压力和流量等）；搅拌器选用电动变频搅拌器保证对涂料较低的剪切力，选用低剪切的搅拌桨叶；所有管路系统均采用SUS316材质，并尽量采用焊接方式；避免管线设计、施工以及其他细节设计部分存在管径偏小、管道焊接不平整、钝化处理不到位以及存在循环盲端等问题，从而影响日后水性漆的循环稳定性以及涂装质量。若是双组分涂料，油漆供应及循环系统还要适应双组分喷涂。

图2 涂料供应及循环系统

（4）静电喷涂装置：输漆软管、换色阀及接地装置均有特殊要求，绝缘性要求高，计量泵常用不锈钢制造。（5）空调送风装置：能适应控制喷漆室、调漆间和漆库的温湿度要求。

（6）油漆及调漆用纯水保温装置（见图3）：能够很好地保温，严格控制油漆及纯水温度。

图3 油漆及调漆用纯水保温装置

由于国内外清漆水性化技术还没有成熟，因此推荐继续采用高固体份、低溶剂含量的清漆，在此不作介绍。奇瑞公司B11车型前保险杠塑料件整车效果图、A15车型塑料件整车效果图和A1防擦装饰条塑料件整车效果图如图4、图5和图6所示。

图4 奇瑞公司B11车型前保险杠塑料件整车效果图

图5 奇瑞公司A15车型后保险杠塑料件整车效果图

图6 奇瑞公司A1车型塑料件整车效果图

水性塑料件用涂料静电喷涂工艺

1.静电喷涂的分类：

静电喷涂施工方法适用于溶剂型和水性涂料，按喷涂设备不同分为：高速旋杯雾化静电喷枪和空气辅助静电喷枪两种。

2.塑料件采用静电旋杯喷涂的优势

静电旋杯喷涂相对于传统的空气喷枪喷涂可以将涂料的利用率提高25%～40%，从而有效地减少涂料的消耗，降低生产成本，同时减少VOC的单车排放量，降低汽车涂装生产对环境的污染。

3.塑料件静电喷涂的条件

由于塑料件良好的绝缘性，表面电阻通常＞1 012Ω，容易造成静电荷的积累，为适应静电喷涂，通常需要使用导电塑料或导电底漆来提供良好的导电性。由于传统的导电塑料价格昂贵，不适用于汽车工业的大批量生产。在塑料件上涂不导电底漆成为汽车工业塑料件静电喷涂工艺的主流，通常的导电电阻理论值低于106Ω，实际应用中低于0.3×106Ω即可满足生产要求。

施工过程中要保持明确的高压静电场，工件必须保证接地良好。

4.静电雾化原理

将高电压加至自由流动的漆流上，漆流在电荷的作用下震动并分散成小滴（见图7）。

图7-1 静电雾化原理及旋杯示意图

图7 -2 静电雾化原理及旋杯示意图

5. 影响施工质量的因素

（1）环境因素：喷漆室温度、湿度和风速。温湿度控制：23+3℃，湿度 60+5% ，喷漆室保持正压，喷涂区沉降空气速度 0.2～0.4 m/s 。温度过高、湿度过低和表干过快时，涂层容易产生椐皮等缺陷；温度过低和湿度过大时，漆膜受重力作用容易产生流挂或涂层内水分和溶剂没有及时挥发出来导致经高温烘烤后出现针孔、痱子等缺陷。尤其在夏天高温高湿气候下，静电喷涂设备容易产生跳高压现象导致生产不连续、油漆利用率低等。喷涂区沉降空气速度过大，带走的油漆粒子多且漆膜易流坠；速度过小，漆雾四处乱飞遮挡员工视线并附着在喷漆室相关设备上影响设备的正常使用。因此要控制好喷漆室的温湿度和风速。（2）油漆参数：油漆配比、粘度。

施工前要按照施工说明书—TDS内容先将参数调整好。

（3）喷涂参数：出漆量、雾化／扇面压力。

出漆量决定涂层的厚度，不同设备各有差异，应定期校正，保证涂层厚度在规定范围内。

（4）闪干时间：对生产线而言，闪干时间主要受链速影响。闪干时间短，涂层内水分和溶剂没有及时挥发出来导致经高温烘烤后出现针孔、痱子等缺陷；闪干时间长，漆膜表面过干，涂层容易产生椐皮等缺陷。要合理选择闪干时间。

（5）烘烤条件：温度和时间的选择，直接影响漆膜性能。温度高、时间长可能会产生过烘烤导致漆膜性能变差；温度低、时间短，漆膜可能会没有完全烘干，附着力及机械性能变差。因此要选择合理的烘烤温度、烘烤时间和升温速度。

塑料件静电喷涂的效率如表3所示。

水性塑料件用涂料在国内的应用前景

1.由于水性塑料件用涂料的特殊严格要求，因此在国内的应用目前面临着如下难题：

（1）传统塑料涂装生产线大多没有改造的空间，因此工艺上无法满足水性塑料件用涂料的要求；

（2）为了提高利润，汽车厂商不愿意去采购较高成本的塑料件或者花较高的投资去改造或建设适应水性喷涂的塑料涂装生产线；

（3）国内还没有颁布实施严格的环保法规，很多汽车厂家和塑料件厂家采用水性涂料及工艺的愿望不是很迫切；

（4）国内车用塑料件的供应厂家很多，但是都没有形成实力雄厚的大集团、大公司，因此没有持续的前沿技术发展追求和足够的财力去应用新技术、新工艺；

（5）国内各汽车厂家和塑料件厂家对应用水性化涂料技术及工艺的产品质量控制缺乏经验，存在担心心理，这也阻碍了水性化涂料技术及工艺在国内的应用。

2.为了使水性塑料件用涂料在国内尽快得到广泛应用，真正达到节能、环保和高质量的发展要求，还需要持续开展下述工作：

（1）国家加大力度倡导清洁生产，尽快颁布实施严格的环保法规；

（2）汽车企业或塑料件生产企业本身转变观念，积极研究应用新工艺、新技术，实行节能、环保和高质量的可持续发展战略以实现企业的可持续发展；

（3）涂料生产厂家和涂料技术工作者继续努力拓宽水性塑料件用涂料的施工窗口，适应水性塑料件用涂料在运输、储存、调漆、搅拌、喷涂和烘干等特殊环节的要求，以使水性涂料得以广泛应用并保护我们的生存环境。

结语

综合来讲，水性塑料件用涂料与传统型溶剂型涂料相比虽然在安全、挥发性有机溶剂的排放上有很大优势，但其施工窗口窄，在运输、储存、调漆、搅拌、喷涂和烘干等环节都有特殊的要求，以及对喷涂环境的温湿度、预烘干严格要求将会增加许多投资和运行成本，目前世界上还没有得到广泛应用。但相信水性涂料的推广使用只是时间问题，所以我们应关注水性涂料的应用情况和技术，为将来的水性涂料应用做好准备。