汽车涂装的最新工艺技术及发展趋势

汽车涂装的最新工艺技术及发展趋势

上海大众汽车有限公司周杰

随着汽车市场竞争的日趋激烈以及环保呼声的日渐增高，汽车涂装在保证高装饰性、高防腐蚀性能的同时，对于环境保护的效果、涂装材料和涂装生产成本以及设备投资也越来越为重视。

汽车涂装工艺的发展方向

汽车涂装工艺正朝着简化工序、减少设备投资、减少占地面积、提高生产效率、降低能源消耗、减少人员费用等方向发展。传统的汽车涂装工艺如图1所示。

图1 传统的汽车涂装工艺

在涂装工艺体系中，电泳漆的主要作用是防腐蚀，色漆的主要作用是满足用户对不同颜色的需求，清漆的主要作用是耐候、耐紫外线以及提高光亮度，上述三个涂层均是必不可少的。其中，中涂是一个非常重要的涂层，它不仅要有防石击性能，对电泳表面有良好的填充作用，

同时还要有一定的耐候性和紫外线隔绝性能来保护电泳漆。目前，人们的研究重点是取消中涂层，而取消中涂层后，可减少VOC排放、减少设备投资和维修保养费用、降低能源消耗以及减少人员费用等。

1、PPG的Dura-Prime技术

中涂漆中的颜料可防止紫外线辐射对油漆的影响。取消中涂漆后，紫外线辐射会使传统电泳漆产生光氧化分解和粉化，从而造成电泳与面漆的结合力降低，导致面漆层离。

通过调整电泳漆配方和工艺参数，PPG公司开发的耐紫外线电泳漆Dura-Prime在防腐蚀和防石击方面与目前使用的电泳＋中涂体系相同，在耐紫外线方面与粉末中涂相似，同时外观质量与目前常规使用的体系接近。

PPG Dura-Prime电泳漆＋面漆体系与PPG常规电泳＋中涂＋面漆体系在美国佛罗里达高温爆晒后，其在层间附着力方面的对比见表1。

从表1可看出，PPG Dura-Prime电泳漆＋面漆体系在层间的附着性能方面完全能够达到PPG常规电泳＋中涂＋面漆体系的水平。PPG Dura-Prime电泳漆的工艺参数见表2。

从表2可看出，Dura-Prime电泳漆的泳透力比ED-6略高，击穿电压相同。Dura-Prime电泳漆需要较高的烘烤温度和漆膜厚度。Dura-Prime电泳漆在日本Otowa的五十铃公司已完成了在线试验，预计今后的应用前景将非常广阔。

2、Dupont的Ecoconcept工艺

Dupont的Ecoconcept工艺已在德国大众、墨西哥大众、英国的Mini

宝马公司试运行，在西班牙SEAT-Martorell公司正式使用。该工艺采用双组份水性色漆来替代中涂，因此使用的底色漆和传统的底色漆相比有所不同，需要使用更多的对紫外线起阻断作用的颜料，如钛白粉和碳黑；同时对铝粉的粒径和形状也有一定的要求。该工艺还在色漆中添加最低0.25%的阻聚胺光稳定剂，同时提高色漆膜厚，可防止紫外线对电泳和色漆的影响。双组份水性色漆的固化剂有两种：异氰酸酯类反应型固化剂和聚氨酯类非反应型固化剂。Ecoconcept工艺与传统工艺的膜厚对比如表3所示。

从表3可看出，采用Ecoconcept工艺的油漆总膜厚比传统工艺低30mm左右，但底色漆的膜厚比传统水性底色漆的膜厚要高，其目的是为了隔绝紫外光对电泳涂层的破坏。虽然底色漆的用量有所增加，但由于取消了中涂，每台轿车可节约油漆1.2kg左右。

不论是PPG的Dura-Prime技术，还是Dupont的Ecoconcept工艺，由于取消了中涂，对于板材和电泳缺陷的遮盖力相对较弱，而且对于整个涂层的丰满度有一定的影响。因此，实施上述两种工艺技术的前提条件是必须提高白车身的表面质量，减少板材打磨；优化电泳质量，减少电泳表面缺陷，改善电泳漆的流平性；调整色漆和清漆的施工技术，优化油漆外观和流平性；降低PVC密封材料的烘干温度等。

3、中涂面漆湿碰湿碰湿工艺（3C1B）

在电泳涂层后以“湿碰湿”的方式喷涂中涂、金属色漆和罩光清漆，并一次性烘干的工艺称为3C1B的工艺。3C1B工艺已被福特公司采用，国内南京福特马自达涂装线也即将采用此工艺。与传统的汽车涂装工艺（见图1）相比，该工艺取消了中涂烘干工序，从而减少中涂打磨、擦净和烘干等涂装设备的投资和占地面积，提高生产效率、降低能源消耗。同时，由于无中涂打磨工序，因而节约了打磨所需的人员和辅料费用。

在3C1B材料配方中采用了特殊的丙烯酸树脂和高韧性聚酯树脂，通过调整中涂的树脂结构及溶剂来优化固化速率，使之与面漆有良好的湿碰湿涂装性能。同时，涂料粘度和触变性要求尽可能增大，保证在溶剂挥发时产生的湍流对铝粉片定位取向影响程度不致变差。在施工过程中，3C1B工艺对喷漆室环境温度和湿度要求较高。

3C1B工艺的技术发展趋势是采用高固体份中涂、高固体份色漆和高固体份清漆，可提高涂装线速度，减少VOC的排放，降低中涂、色漆和清漆涂层之间的混溶。高固体份中涂采用不透明的颜料防止紫外线的辐射，同时由于中涂膜厚高可防止电泳漆受紫外线辐射的影响。

汽车涂装设备的发展

1、Bell-Bell技术

金属色漆的喷涂一般采用ESTA喷涂第一道金属色漆，用自动气喷枪喷涂第二道金属色漆。采用自动气喷枪的目的是提高金属铝粉的闪光效果，同时满足金属色漆的色差要求。但是气喷枪的喷涂效率仅有30%左右，油漆利用率低，而且喷涂过程中漆雾大，过喷漆雾易造成漆膜缺陷，导致油漆返工率的增加。目前的最新发展趋势是采用Metallic-Bell替代气喷枪，ABB、Duerr和Sames公司均有此类喷杯的专利技术。Metallic-Bell的工艺参数如表4所示。

从表4可看出，Metallic-Bell的喷杯转速和成型空气量比普通喷杯要大，同时新型旋杯的直径也比普通旋杯要大，而且喷杯边缘为锐边结构，旋杯的边角角度更小。这些特点可使金属漆雾化后的漆粒更干、粒径更小，从而可达到与气喷枪相近的闪光效果。

采用ESTA/ESTA替代ESTA/Spraymate，油漆利用率可由40%～50%提高至70%～80%，每台车的金属漆用量可减少0.7kg左右，返工率可降低2%～4%。目前，国内已有日系合资企业（如九江昌河