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新能源汽車塗裝生產線環保型新工藝及新設備介紹

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新能源汽車塗裝生產線環保型新工藝及新設備介紹

[來源:新能源汽車塗裝生產線][作者:新能源汽車塗裝設備][日期:20-05-05][熱度:]

  預計到2020年,中國汽車保有量將超過2.6億輛,中國汽車產銷量將分別超過4500萬輛,從而超越美國成為名副其實的全球第一大汽車市場。隨著新能源汽車市場快速成長,預計2030年中國新能源汽車保有量將會達到八千萬到一億輛。汽車表麵處理、塗裝及塗料是汽車工業發展的基礎,已逐步發展成為整個汽車工業的重要元素,汽車配套及售後服務市場是汽車市場的重要組成部分,中國汽車工業的迅猛發展,為汽車表麵處理、塗裝及塗料行業提供了堅實的產業基礎和有力的市場支撐,並將形成3萬億元超大規模的市場產值。
  而在生產中使用的化工物料盡最大可能的水性化、低汙染化;在常規汽車製造中汙染最大的塗裝生產板塊,可以采用水性漆、無氟全水基噴塗軟質聚氨酯發泡、水性抗石擊塗料、水性除油劑以及玻璃鋼預浸料製作等環保型新材料、新工藝及新設備。本文根據工作實際,對已經批量應用的主要環保型塗裝新工藝及新設備進行係統整理,以期對行業的快速發展起到良好的指引與借鑒作用。

1.1 水性漆工藝方案介紹
1.1.1 工藝方案1
  1、工藝流程
  前處理→噴塗水性底漆→底漆幹燥→刮原子灰→原子灰幹燥→打磨原子灰→噴塗水性中塗(使用底漆或專用中塗漆)→中塗幹燥→中塗漆找補→中塗漆打磨→第二次中塗噴塗與幹燥、打磨→噴塗水性底色麵漆→麵漆幹燥→噴塗高固含溶劑型清漆→清漆幹燥。
  2、底漆、中塗漆、麵漆采用水性漆,清漆采用溶劑型漆。為有效降低溶劑排放量,滿足清潔生產的排放要求,清漆采用高固含溶劑型清漆。該工藝方案在原材料指標上和有機廢氣(VOC)產生量指標上,可以達到HJ/T 293《汽車製造業(塗裝)清潔生產標準》中的一級標準。
  該工藝方案使傳統客車塗裝中溶劑含量高的底漆、中塗漆、麵漆皆采用了水性方案,而溶劑含量相對較少的清漆則采用了高固含量的溶劑型漆,有效降低了整個塗裝過程的VOC且保障了良好的噴塗效果和塗層性能。
1.1.2 工藝方案2
  1、工藝流程
  前處理→噴塗溶劑型底漆(部分有條件的廠家采用電泳底漆)→底漆幹燥→刮原子灰→原子灰幹燥→打磨原子灰→噴塗水性中塗或溶劑型中塗漆→中塗幹燥→中塗漆找補→中塗漆打磨→第二次中塗噴塗與幹燥、打磨→噴塗水性底色麵漆→麵漆幹燥→噴塗溶劑型清漆→清漆幹燥。
  2、隻有中塗漆、麵層采用水性漆(部分廠家水性漆方案隻有麵漆為水性漆),其餘塗層仍采用溶劑型漆(如巴斯夫、阿克蘇、PPG工藝方案),這種工藝方案也是目前國內4S店修補所普遍采用的工藝。但該方案僅將溶劑含量較高的麵漆層/中塗層采用水性化,其他塗層仍為溶劑型,不能有效降低整個塗裝過程中的VOC排放。
1.1.3 工藝方案3
  1、工藝流程
  前處理→噴塗水性底漆→底漆幹燥→刮原子灰→原子灰幹燥→打磨原子灰→噴塗水性中塗(使用底漆或專用中塗漆)→中塗幹燥→中塗漆找補→中塗漆打磨→第二次中塗噴塗與幹燥、打磨→噴塗水性底色麵漆→麵漆幹燥→噴塗水性清漆→清漆幹燥。
  2、該工藝方案采用了全水性化,在現有客車塗裝方案中VOC最低,但該工藝中的水性清漆和溶劑型清漆的實際測試結果表明,在光澤、硬度、耐水性等方麵水性清漆相對稍差。後續實際應用中未大批量采用此方案生產。
  綜合以上3種工藝方案的環保效果、塗層性能、現有設備條件下的施工性,考慮到現有水性漆技術水平,保障產品質量第一,草莓视频下载大全主要采用工藝方案1,並持續對工藝方案2、3進行研究性的驗證工作。

1.2 整車應用工藝實例(工藝方案)
1.2.1 前處理
  前處理工序和現有的溶劑型油漆的前處理工序一致:除油、打磨、二次除油。主要的區別在於二次除油時,使用水性漆專用除油劑3920。
1.2.2  底漆的調配與噴塗
  準備:提前把塗料放置在物料準備區內,保持塗料溫度為18 ~ 28 ℃。注意當塗料倉庫溫度在18 ~ 28 ℃,則不需進行塗料溫度的調節;如果塗料和噴塗溫度相差較大時,需提前進行溫度調節2 h以上,使塗料溫度和施工溫度盡量保持接近。
  噴漆室溫、濕度:溫度18 ~ 25 ℃,相對濕度55% ~ 65% (滿足水性漆最佳噴塗條件:溫度18 ~ 28 ℃,相對濕度35% ~ 70%)。
  噴塗工具:上壺1.3 mm口徑空氣噴槍(SATA)。
  正常溫度烘烤幹燥前,需對表麵進行低溫、大風量吹掃10 ~ 15 min。
  水性底漆的噴塗和溶劑型底漆的噴塗狀態有較大的不同。第一道水性漆噴塗需1/2 ~ 1/3壓槍,走槍速度稍快,進行薄噴,塗層蓋住基材,但不需要繼續噴塗。第二道噴塗按照正常走槍速度噴塗(同油性漆),隨著水性漆的潤濕、表幹過程的動力,水性漆可以慢慢流平成膜,否則按照油性漆的噴塗習慣與判斷標準,很容易造成膜厚過厚、流掛。
1.2.3 刮灰填平、幹燥、打磨
  原子灰刮塗、幹燥、打磨同常規油性漆塗層上的原子灰的相應施工工藝。
1.2.4  中塗噴塗
  噴漆室溫、濕度:溫度18 ~ 25 ℃,相對濕度55% ~ 65% (滿足水性漆最佳噴塗條件:溫度18 ~ 28 ℃,相對濕度35% ~ 70%)。
  噴塗工具:上壺1.3 mm口徑空氣噴槍(SATA)。
  水性中塗采用的是和底漆相同的EP300水性漆。
  因中塗層表麵進行找補,為遮蓋原子灰印,提高塗層質量,找補原子灰、幹燥打磨後進行第二次噴塗中塗層。正常溫度烘烤幹燥前,需對表麵進行低溫、大風量吹掃10 ~ 15 min。
1.2.5 底色麵漆與清漆噴塗
  噴漆室溫、濕度:溫度18 ~ 25 ℃,相對濕度55% ~ 65% (滿足水性漆最佳噴塗條件:溫度18 ~ 28 ℃,相對濕度35% ~ 70%)。
  噴塗工具:上壺1.3 mm口徑空氣噴槍(SATA)。
  清漆為高固含溶劑型清漆,噴塗方法同現有的清漆噴塗。
1.3 水性漆應用的主要特點與注意點
1.3.1 對施工環境的溫度、濕度的要求相對較高,適合施工的溫濕度範圍較窄
  因為水性漆揮發速率主要由溫度、相對濕度控製,溫度低、相對濕度高時,水的蒸發速率很低。因此,噴漆室的相對濕度和溫度必須控製在一定範圍內,以確保噴漆霧化過程中適量的水揮發掉,並且使水和有機溶劑在塗膜中保持適當平衡。所以水性塗料在施工中需要對溫濕度進行控製,一般噴漆室的溫度控製在18 ~ 28 ℃,相對濕度控製在35% ~ 70%之間。
  同時需要注意的是,對於噴漆室的溫度區間,不是允許在噴塗時溫度可以在整個區間內變動,主要是考慮冬季、夏季溫度過低、過高時,需保障噴漆室內的溫度在該區間的上下限範圍內,設定好溫、濕度後,溫度的波動盡量保持在±1 ℃,實際生產中建議最多波動也要在±3 ℃之內。同樣,相對濕度的波動範圍盡量控製在±5%之內。
1.3.2 施工過程中送排風風速的要求
  在常規油性漆的噴塗施工時,手工噴塗時的風速要求一般為0.38 ~ 0.65 m/s。水性漆因具有較大的蒸發熱、空氣中水氣分壓,其揮發速度相對緩慢,在噴漆前及噴漆層間閃幹時及在烘幹室正常溫度烘幹前,需加快漆膜的幹燥從而使水性漆的施工節拍盡量和油性漆的施工節拍保持相近,故在施工時對風速進行程序調節,進行大風量和正常風速之間的聯動與切換。
1.3.3 幹燥中的注意點
  水的高蒸發熱和熱容值使水性漆中水的蒸發較慢(水與有機溶劑的物理性能對比)。溶劑型漆中約50%的溶劑在噴塗霧化中揮發掉,而對於水性漆僅約為25%。在水性漆噴塗過程中尤其要注意漆膜的表幹情況。對於高溫水性漆來說,在塗層表幹時必須設置低溫加熱區將水從塗層中強製揮發出去,以免最終烘烤時沸騰的水穿透漆膜揮發出來影響漆膜外觀。對於客車塗裝所使用的低溫烘烤水性漆來說,同樣需進行低溫預烘烤,便於水分在漆膜固化前揮發,可以獲得良好的塗裝效果。
1.3.4  水性漆塗裝時容易產生的缺陷和漆膜弊病
  由於水的表麵張力大,故水性漆的表麵張力也較大,塗裝時容易產生流掛、流平性差、縮孔等缺陷和漆膜弊病,同時不容易深入被塗物表麵的縫隙、凹坑中。這些水性漆容易出現的問題,主要是由水性漆的溶劑——水的特性造成的,因水的特性和傳統油漆的有機溶劑的特性有較大的差異,同時也造成了習慣於油性漆的噴塗工對水性漆噴塗需要一定時間的適應。水性漆的分散介質——水和油性漆的分散介質——有機溶劑之間的主要不同及對水性漆的影響。
1.4 水性漆測試標準與測試結果
1.4.1 水性漆的測試標準
  根據水性漆的特性,並結合油性漆膜測試標準,編寫了水性漆性能測試標準(商定)。
1.4.2 水性漆的測試結果
  根據水性漆測試標準,分別采用馬口鐵試板、鋁板針對水性底漆、全水性複合塗層、水性底、中、麵與溶劑型清漆複合塗層的性能進行測試。
1.5 水性漆應用的配套設備
1.5.1 水性漆的運輸與貯存
  水性漆對溫度很敏感,如果在低於冰點的溫度運輸貯存時會改變塗料的溶解特性,導致其中的活性物質沉澱、不均勻。並且此過程是不可逆的,即使經過加溫處理,水性漆不會恢複到均質狀態,其特性將被破壞。而溫度過高,水性漆容易變質。因此,水性漆運輸和貯存都需要控製溫度,一般在5 ~ 35 ℃。在運輸環境達不到該溫度區間時,需要有加熱或冷卻裝置來進行控溫。物料到庫進行庫存及在塗裝車間物料室存放也同樣需保持在該溫度條件,一般情況下,庫房配備防爆型空調進行控溫,並注意避免陽光直射。
1.5.2  噴漆室
  為滿足水性漆施工對溫、濕度的要求,需對溫、濕度進行控製,故水性漆的噴漆室皆配置了恒溫恒濕空調送風係統。
  主要結構組成為:進風段、初效過濾段、中間段、天然氣加熱段、表冷除濕段、循環水噴淋加濕段、二次加熱(除濕,配熱水鍋爐)、風機段、中效過濾段、消音段、均流段、送風段、風閥等,其中降溫使用的冷卻水來源於冷卻塔。
  同時,由於水性漆中分散溶劑——水的揮發速率較小,為加速水分揮發、縮短水性漆層間閃幹時間,並顧及水性漆正常噴塗時的風速及能耗,采用增加水性漆吹掃裝置和噴漆室正常供風進行結合。水性漆噴漆室的風速控製采用程序設定並對兩種方式的供風進行程序聯動控製。水性漆吹掃裝置見圖1所示。
  根據水性漆對噴漆室的影響與要求,噴漆室內壁及風道等要求使用不鏽鋼材質。
  為增加噴漆室的使用年限,噴漆室下方的循環水池材料也要求使用不鏽鋼材質。

1.5.3 烘幹室
  烘幹室采用天然氣加熱,利用熱風循環方式對車體進行加熱烘幹,循環方式應利於頂部和側麵塗層的幹燥。要保證車體受熱均勻,設計考慮節能措施(如內循環風道等),以達到節能、環保、安全目的;同時,為了便於水分在漆膜固化前更好地從塗層中揮發出來,避免氣孔、針孔等缺陷,在漆膜固化前需進行低溫烘烤,因此,烘幹室需要在達到塗層固化需要的溫度前有一個低溫烘烤階段進行預熱,以便於漆膜中水分在漆膜固化前充分揮發出來,獲得良好的塗裝效果。另外,烘幹室的溫度和溫度的保持時間可根據各種漆的特性設定、可調。
  一般情況下,低溫烘烤段預熱是通過風管風閥將一定溫度的熱風送到頂部的局部送風吹掃裝置,預熱3 ~ 15 min(升溫3 ~ 15 min,根據底漆、中塗、麵漆、清漆的工藝設定)。送風吹掃裝置由不鏽鋼風嘴、軸流風機、進風過濾棉和殼體等組合而成,補償室內風量和熱量,對工件表麵塗層可從不同的角度進行蒸發。每套配置2台軸流風機,風量1 600 m3/h,電機功率160 W,保證風管內流速達0.7 m/s左右。熱風源取自三元體,各自對應。但考慮到各廠家的水性漆的施工性能上的差別,在對烘幹室升溫、控溫的區間範圍進行了放大,並要求控製程序上的聯動。
  同水性漆對噴漆室的影響和要求一樣,對於烘幹室內壁及循環風道等,要求使用不鏽鋼材質。

2  無氟全水基噴塗軟質發泡
2.1 無氟全水基噴塗發泡的特點
  1、普通聚氨酯施工過程中毒氣味大,對施工人員傷害大。無氟全水基噴塗發泡是新型軟質水基發泡材料,100%以水為發泡劑,不含氟化物、惰性氣體及其他對大氣環境和人體健康有害的物質,施工過程中及完成後無任何有害揮發物釋放,現場噴塗沒有飛濺,施工簡便,滿足當前社會對綠色環保的要求。
  2、施工簡便快捷,基層麵不須作特別處理,不須再作找平層。基層麵潮濕不會影響其粘接性。施工進度快,可節省大量的保溫隔熱層施工時間。冬季施工沒有任何影響,無論是-40 ℃的低溫,還是45 ℃的高溫,或車體有些潮濕都可以進行施工,且泡沫保溫隔熱性能不會降低。使用專用設備進行配比、加熱、混合及噴塗,施工受人為因素影響小,質量得以保證。
  3、具備彈性變形能力,可隨車輛外圍護結構熱脹冷縮而彈性變形,從而不會出現溫度應力裂縫。異形、角落部位都可被很好地覆蓋。可灌注、噴塗等方式施工,對車體內如鋼板夾層等部位,有良好的可操作性。同時具有較強的黏接力,不會像硬泡一樣有斷裂脫落等現象。同時,發泡時間短,一次成型,而硬泡發泡周期長,容易引起車身鼓脹、凹陷,影響車身的平整度。
  4、獨特的開孔結構,所形成的保溫隔熱層具有“可呼吸性”,遇水後不會塌落,集保溫隔熱、阻氣、防潮及憎水4種功能於一身,幹燥後保溫隔熱性能沒有損失。不會發生毛細管虹吸現象,可有效防止潮氣滲透,如浸沒在水中,泡沫的開孔結構水會穿透泡沫體,但開孔結構又能使泡體內的水分在重力作用下自然幹燥,受潮又幹燥後性能不會改變。開孔結構與憎水特性使泡沫塗層成為一個即能有效地呼吸又能自幹的保溫隔熱材料。其憎水率達到99.1%。普通聚氨酯完全閉孔結構,使其不具備排潮自幹的能力,在車內外溫差較大的時候,水蒸氣遷移時由於受到硬泡聚氨酯的阻隔,夾層可能結露,易滋生黴菌等。
  5、100%以水為發泡劑,其成品密度隻有8 kg/m3,遠遠低於客車隔熱保溫材料性能指標≤30 kg/m3的要求,與普通聚氨酯相比較大大減輕了客車的質量,可以很好地減輕客車自重。
  6、具有良好的保溫隔熱性能。其導熱係數達到0.038 W/(m·K),完全達到客車隔熱保溫材料性能指標,達到了節能效果。
  7、是有效的隔音層。全填充和密封的特性,使它成為降低由空氣通過車體傳播聲音的理想隔音體係。按美國測試與材料協會標準ASTM E 90-83、E 497-76測定,其隔聲等級(STC)為37 dB,按ASTM E 90-85、C 423-84測定,其降噪係數(NRC)為0.7。
  8、按GB/T 8410—2006《汽車內飾件燃燒特性》測定,保溫隔熱材料阻燃性結果為A/0,滿足難燃類材料要求。離火自熄,煙度值小於20 FSN,不產生有毒氣體。
  9、使用壽命長,在整個使用期內保溫隔熱性能不降低,表麵不會老化,不需要另外作表麵複合防老化處理。硬泡聚氨酯保溫材料表麵的平整度受基體的平整度影響很大,而且在光、熱、大氣作用下易發生老化,因此要求表麵複合防老化,提高耐磨性和抗衝擊性的材料。
2.3 無氟全水基噴塗發泡的設備
  無氟全水基發泡料的施工采用的是美國GRACO的雙組分發泡噴塗設備。該設備是通過供料泵T2係統分別將A料(異氰酸酯)和B料(多元醇組合聚醚)輸送到增壓主機泵係統;主機係統按1∶1體積比配比後,經係統主加熱器升溫後再由高壓保溫加熱管道和接槍鞭管將A、B料輸送到雙組分空氣自清潔AP發泡槍;經AP發泡槍充分高壓撞擊混合均勻後,發泡料噴塗在工件表麵上,形成一層可自由啟發的泡沫層,起到保溫、隔音、降噪、減少空噪鼓動及填充防水隔水的作用,也就是草莓视频下载地址需要的發泡層。
  因為噴塗聚氨酯發泡物料體係由兩種化學活性極高的組分組成,正常工藝狀態下混合後快速反應,形成合格的發泡層,設備需要具備平穩的物料輸送係統、可控的加熱係統、精確的物料計量係統、均勻的物料混合係統、良好的物料霧化係統及方便的物料清洗係統等。

3 玻璃鋼預浸料製作工藝介紹
3.1 工藝介紹
  預浸料可用不同的成型方法,主要包括真空袋工藝、熱壓罐工藝、模壓工藝、纏繞工藝等。而真空袋壓工藝主要用在風電、船舶以及軌道交通等方麵。根據客車內外飾的產品特點,我公司選擇預浸料真空袋壓工藝。
預浸料真空袋壓工藝,即將預浸料片材根據尺寸要求進行裁剪,鋪覆在模具表麵後,再將真空袋鋪覆在片材表麵,用密封膠使其與模具間形成密閉空間,然後利用抽真空及加熱過程使材料固化成型。

3.2 工藝優勢
  1、預浸料真空袋壓工藝與真空灌注工藝產品成型階段效率保持一致,均優於手糊成型工藝。但預浸料樹脂經過前期處理及模具溫度的調整,可以大幅提高產品固化的效率。
  目前,部分環氧體係的預浸料在145 ℃的高溫條件下,固化時間僅需15 min。其更適合自動化生產,效率更高。
  2、預浸料真空袋壓工藝與真空灌注工藝產品在相同鋪層條件下基本保持一致,均優於手糊成型工藝。
  因此,預浸料真空袋壓工藝及真空灌注工藝均可以實現產品減重。
  3、綜合比對
  ①廠房/設備投資:預浸料真空袋壓工藝>真空灌注工藝=手糊成型工藝。
  ②物料成本:預浸料真空袋壓工藝>真空灌注工藝>手糊成型工藝。
  ③產品強度:預浸料真空袋壓工藝>真空灌注工藝>手糊成型工藝。
  ④生產效率:預浸料真空袋壓工藝>真空灌注工藝>手糊成型工藝
  ⑤其他:工藝穩定性、售後成本、服役性能和質量穩定性需進行長期驗證,以最終考量產品製作成本。

4  結語
  1、通過水性漆在工廠的批量應用,其噴塗並不困難,隻要按照工藝要求操作,是比較容易掌握的。但要注意克服常規油性漆噴塗中的慣性,不能按照溶劑型漆的操作習慣。
  主要表現在:①不需要直接噴塗至表麵流平(如果按原有習慣直接噴塗至表麵流平,會產生漆麵流掛);②塗層層間的表幹要求嚴格,必須待上一塗層表幹至亞光後方可進行下一塗層的噴塗(否則漆麵失光、流掛明顯,遠遠高於溶劑型漆)。
  2、水性漆因為是近期及後續塗裝發展的一個重要方向,水性漆的品牌、廠家較多,但能在環保性和塗層性能上都能做到的品牌/廠家,並不是很多。在進行水性漆應用前,特別提醒整車廠家需對水性漆的性能進行全麵測試,測試合格後還要多驗證其在整車上的施工性能。
  3、在施工節拍上,即使在自然溫、濕度條件達到的情況下,在常規噴漆室內進行噴塗,因閃幹時間相對較長,整個塗裝的節拍會大大地增加,不利於產量較大的客車線生產。在產量大、塗裝線不考慮水性漆裝置的工廠,很難進行水性漆的批產應用,需要對常規噴漆室和烘幹室進行改造。對於新建工廠,塗裝設備建設時需考慮增加有利於水性漆施工的裝置。
  4、對於水性漆的應用,客車行業現使用的水性漆基本上屬於修補係列,在客車行業並無普遍應用。同時,水性漆在一些性能上從大量的測試結果來看,相對油性漆稍差。如想達到或超越油性漆塗層的性能,有賴於水性漆技術的提升與突破。
  5、對於水性漆、無氟全水基噴塗軟質聚氨酯發泡、水性抗石擊塗料、水性除油劑等水性化、環保化的塗裝新材料、塗裝新工藝、塗裝新設備,會越來越快地被國內外先進的環保型汽車製造廠家應用,作為塗裝技術人員需做好前期研究、驗證,做好準備,才能保障這些新材料、新工藝的順利實施並獲得良好的塗裝效果。

 

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