和軍強(qiáng)*，許淑娟，楊報(bào)軍

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

奇瑞公司在20年的發(fā)展歷程中，引進(jìn)了多條德國(guó)杜爾全套生產(chǎn)線。早期建設(shè)的涂裝線因?yàn)楫?dāng)時(shí)水性漆還沒有在國(guó)內(nèi)應(yīng)用，所以先采用傳統(tǒng)的3C2B(三涂二烘)溶劑型涂裝工藝預(yù)留水性漆的方案實(shí)施。最近幾年，隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)掀起了強(qiáng)制油改水的浪潮。盡管水性涂料改造面臨投資大、周期長(zhǎng)、能耗高等諸多問題，一直存在爭(zhēng)議，但迫于環(huán)保壓力，水性涂料仍逐漸在國(guó)內(nèi)得到推廣，奇瑞公司也將老生產(chǎn)線的環(huán)保改造提上日程。福特公司2007年開發(fā)出的3C1B(三涂一烘)高固涂裝工藝兼具水性涂料的環(huán)保性和溶劑型涂料的施工延續(xù)性的優(yōu)勢(shì)，迅速成為北美地區(qū)新的環(huán)保工藝改造選擇。經(jīng)過對(duì)不同改造方案的長(zhǎng)期論證分析(見表1)，奇瑞于2014年初正式確定聯(lián)合PPG和巴斯夫，在福特已經(jīng)成功應(yīng)用的3C1B高固涂料體系之上，開發(fā)適用于奇瑞自身需求的3C2B高固工藝。

表1 對(duì)不同改造方案的評(píng)估Table 1 Evaluation of different reformation schemes

高固體分涂料(簡(jiǎn)稱高固涂料)的相對(duì)分子質(zhì)量以及聚合度低，能完全溶解在溶劑體系中，分子鏈得以充分展開，黏度低，具有溶劑型涂料的基本優(yōu)勢(shì)。加上固含提高后吐出量降低，上漆率提高，將大幅降低單車的涂料消耗，因此它又具備與水性涂料相當(dāng)?shù)沫h(huán)保優(yōu)勢(shì)。在3C2B體系中將色漆改造為高固涂料具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益雙贏的效果。但作為新的涂料體系，與低固體分涂料相比，高固涂料在施工時(shí)有一些特殊要求。

高固涂料的表干性能與低固體分涂料完全不同：前者在濕碰濕工藝中基本不會(huì)表干，而后者需要表干。另外為滿足施工要求，使高固涂料具備剪切變稀的性質(zhì)以及剪切壓力的屈服點(diǎn)，通常需加入高分子微膠。上述這些表現(xiàn)有點(diǎn)類似于水性涂料，因此水性涂料的一些缺點(diǎn)在高固涂料上也有不同程度的反映，如表面張力問題導(dǎo)致的縮孔、抽縮等。由于配套關(guān)系，新的高固涂料跟原有體系還會(huì)發(fā)生一些不良反應(yīng)，如PVC(聚氯乙烯)膠條上清漆開裂、發(fā)黏等。本文對(duì)開發(fā)調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及根據(jù)公司要求調(diào)整外觀的過程進(jìn)行了闡述，以供同行參考。

1 第一階段──解決涂層缺陷，穩(wěn)定施工質(zhì)量

從2014年底到2016年初，奇瑞花了一年半的時(shí)間研究3C2B高固涂裝工藝，逐步提高了施工穩(wěn)定性，解決了很多質(zhì)量問題。

1. 1 縮孔

產(chǎn)生縮孔的原因一般是被涂物上、涂裝介質(zhì)或涂料中存在會(huì)導(dǎo)致縮孔的物質(zhì)，如有機(jī)硅化合物、潤(rùn)滑脂、油、表面活性劑、蠟、水等，它們因與涂料表面張力差異較大，不能與之融合而導(dǎo)致涂料對(duì)被涂面潤(rùn)濕不良。高固清漆若在貯存和施工中溫差過大，出現(xiàn)縮孔的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)增大，初期調(diào)試時(shí)這個(gè)問題比較突出。根據(jù)情況制定了以下對(duì)策：

(1) 從源頭控制，在材料生產(chǎn)廠家對(duì)生產(chǎn)批罐的檢測(cè)中，對(duì)有縮孔的噴樣板進(jìn)行能譜分析和顯微紅外分析以找出原因。

(2) 將所有清漆成品存放在空調(diào)房中(28 ～ 35 °C)。

(3) 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的成品庫(kù)房溫度設(shè)定在20 °C以上。

(4) 噴涂系統(tǒng)的管路保溫設(shè)備溫度設(shè)定在30 °C(比傳統(tǒng)溶劑型涂料高5 °C左右)。采取這些措施后，現(xiàn)場(chǎng)較為穩(wěn)定，未發(fā)生清漆批量縮孔事故。

1. 2 返工車內(nèi)表面以及PVC膠條邊色漆抽縮

在批量生產(chǎn)時(shí)一般會(huì)因各種原因?qū)е掠?.5% ～ 5.0%的車需要返工。在前期調(diào)試中要求把返工性作為驗(yàn)證的項(xiàng)目之一。對(duì)試噴后的車身進(jìn)行返工驗(yàn)證后，發(fā)現(xiàn)在車身內(nèi)板、PVC膠條邊等區(qū)域的漆膜存在抽縮現(xiàn)象(見圖1)。

圖1 不同部位的涂膜發(fā)生抽縮的照片F(xiàn)igure 1 Photos showing the cissing of coatings on different parts

抽縮和縮孔屬于表面張力類問題，是高固涂料、水性漆、2K(雙組分)清漆等在改造切換中都要重點(diǎn)關(guān)注的。一般情況下，出現(xiàn)抽縮主要是涂料潤(rùn)濕不良所致：涂料與基材的接觸角大，涂布后發(fā)生回縮，使涂膜變得厚薄不均，邊緣覆蓋性差，不整齊連續(xù)。另外，涂層如果未達(dá)到成膜厚度，傳統(tǒng)溶劑型涂料會(huì)表現(xiàn)為虛噴、遮蓋不良，高固涂料則會(huì)表現(xiàn)為抽縮、麻點(diǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)情況分析：內(nèi)板抽縮的主要原因是車身四門內(nèi)表面為手工噴涂，色漆在較薄的情況下出現(xiàn)潤(rùn)濕不良現(xiàn)象；機(jī)蓋鉸鏈處PVC膠條邊夾縫處的抽縮主要是由于鉸鏈的遮擋，色漆很難噴進(jìn)去，導(dǎo)致膜厚非常薄(小于5 μm)。解決方法有：(1)確保膜厚達(dá)到工藝要求；(2)添加基材潤(rùn)濕劑或調(diào)整表面張力助劑以降低涂料的表面張力；(3)施工前用砂紙打毛被涂表面以增大涂料與基材的結(jié)合力；(4)優(yōu)化施工黏度。

經(jīng)過調(diào)整后，抽縮現(xiàn)象基本得到消除。

1. 3 PVC膠條上出現(xiàn)漆裂

在返工車驗(yàn)證過程中，發(fā)現(xiàn)后尾燈等區(qū)域的PVC膠上清漆烘干后出現(xiàn)開裂。因?yàn)椴⒎悄z條本身開裂，而是涂覆其上的清漆層開裂，所以理論上對(duì)車身密封性能沒有影響，但是不美觀。經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)原因是高固清漆的溶劑揮發(fā)得太快，造成涂層的收縮比膠條更快。

于是優(yōu)化了清漆的溶劑體系，使揮發(fā)速率更加平衡，從此該問題再未發(fā)生。另外，有條件的涂裝車間可以優(yōu)化清漆的烘干曲線，令前端升溫更加緩和，也有助于解決這一問題。

1. 4 PVC膠條發(fā)黏

冬季在車身后蓋區(qū)域，若直接噴涂到PVC膠條上的色漆以及清漆的膜厚小于10 μm，該處就會(huì)有明顯的膠條發(fā)黏問題。

對(duì)清漆進(jìn)行紅外光譜分析，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槎菊{(diào)整了膠的施工性能，使得膠條中的增塑劑遷移到清漆里，影響了清漆的正常反應(yīng)速率和交聯(lián)活性，所以發(fā)黏。

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采取的臨時(shí)措施是在后蓋內(nèi)板噴一道中涂，以其阻隔膠條中增塑劑的遷移。永久措施則是調(diào)整PVC膠中增塑劑的含量，在滿足季節(jié)轉(zhuǎn)換的前提下尋找平衡點(diǎn)。調(diào)整PVC膠的配方后，經(jīng)過對(duì)一個(gè)完整冬夏季轉(zhuǎn)換的跟蹤觀察，PVC膠條發(fā)黏問題已得到解決。

1. 5 車身發(fā)霧

現(xiàn)場(chǎng)某批次噴涂后車身出現(xiàn)發(fā)霧，其原因初步被認(rèn)定為：為了優(yōu)化涂料外觀，在原漆中補(bǔ)加了 2%的慢干溶劑，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)也補(bǔ)加了2%的慢干溶劑，導(dǎo)致色漆太稀，色漆與清漆互咬。為了更準(zhǔn)確地把握問題產(chǎn)生的根本原因，在實(shí)驗(yàn)室中模擬了各種方案，結(jié)果見表2。

表2 為解決涂層發(fā)霧問題進(jìn)行的試驗(yàn)及其結(jié)果Table 2 Tests for solving the problem of clouding and their results

結(jié)合多種驗(yàn)證方案及效果，現(xiàn)場(chǎng)將補(bǔ)加的慢干溶劑的比例控制在較小范圍(2%)內(nèi)，將清漆的旋杯轉(zhuǎn)速提高10 000 r/min，同時(shí)測(cè)量色漆的濕膜在閃干1 min后的固體分，以監(jiān)控其溶劑含量。另外，從材料生產(chǎn)源頭進(jìn)行控制，降低慢干溶劑的比例。在更換新批次涂料后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)整，車身發(fā)霧問題得以解決。

1. 6 白色漆返工色差

與低固涂料類似，高固白色漆由于色彩度低，人眼的敏感度較高，Δa(紅綠)和Δb(黃藍(lán))的輕微變化目視也極為明顯，而且遮蓋力較差，需要達(dá)到較高的膜厚(30 μm左右)才行。白色返工車一般由于膜厚差異大，色差更難控制。在現(xiàn)場(chǎng)，車身返工前后的 b值相差近 2個(gè)單位。為了解決此問題，通過采用同色中涂來調(diào)整色漆色差，返工后的b值與一次噴涂的正常車的數(shù)據(jù)一致，色差數(shù)據(jù)合格。

2 第二階段──外觀質(zhì)量提升

經(jīng)過上述努力，高固涂裝工藝逐步進(jìn)入批量穩(wěn)定生產(chǎn)階段，2016年開始集中精力提升外觀質(zhì)量。

高固涂料在汽車涂裝3C1B工藝中有著大量的應(yīng)用實(shí)例，但其工藝特點(diǎn)決定了涂層的外觀質(zhì)量并不是那么理想。高固3C2B涂裝后的漆膜外觀在最初上線時(shí)也不容樂觀，要將其外觀質(zhì)量提升到較為理想的狀態(tài)，起碼與采用中低固涂裝工藝的實(shí)車保持在同一水平甚至更高，需要做大量的涂料配方調(diào)整和實(shí)驗(yàn)室模擬工作，并不斷地優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)噴涂參數(shù)。

長(zhǎng)波(Lw)、短波(Sw)和鮮映性是外觀的重要基礎(chǔ)指標(biāo)。高固色漆濕膜的固體分可以達(dá)到88%左右，比相應(yīng)的中低固體分涂料高20個(gè)百分點(diǎn)。高固涂料必須在較高的剪切力下才可以使液滴充分霧化，從而使噴涂到車身的涂料液滴更好流平，避免形成粗糙的表面而導(dǎo)致橘皮。經(jīng)過探索配方，調(diào)整材料生產(chǎn)運(yùn)輸周期，持續(xù)優(yōu)化施工參數(shù)(見表 3)和局部仿形，并結(jié)合漆膜缺陷的整改措施，最終明顯提升了車身的鮮映性，如白色漆提高到91以上。

表3 高固體分涂料的施工參數(shù)Table 3 Parameters for construction of high-solid-content paint

針對(duì)高固涂層短波較差的難題，在調(diào)整配方和施工參數(shù)上做了不少試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)提升中涂的長(zhǎng)波對(duì)面漆短波有較大的改善，因此配套了新的中涂對(duì)長(zhǎng)波進(jìn)行調(diào)整，最終外觀得到明顯提升(見表4)。

表4 中涂調(diào)整前后漆膜的外觀參數(shù)Table 4 Evaluation parameters of the appearance before and after adjusting the midcoat

3 結(jié)語

奇瑞公司根據(jù)自身生產(chǎn)線的特點(diǎn)和質(zhì)量要求，聯(lián)合涂料供應(yīng)商開發(fā)實(shí)施的3C2B高固涂裝工藝經(jīng)過3年多的配方調(diào)整、試驗(yàn)驗(yàn)證和逐步優(yōu)化，目前已穩(wěn)定生產(chǎn)一年多，且生產(chǎn)的車身漆膜外觀質(zhì)量超過了原來的3C2B溶劑型涂裝工藝。經(jīng)過幾年的反復(fù)實(shí)踐，3C2B高固工藝已經(jīng)穩(wěn)定生產(chǎn)數(shù)十萬臺(tái)車。經(jīng)過測(cè)算，在成本、質(zhì)量和減排方面的效果都優(yōu)于設(shè)計(jì)目標(biāo)。在這些成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，奇瑞正在研究更加環(huán)保、外觀性能更好的高固工藝，并進(jìn)一步持續(xù)推動(dòng)國(guó)家環(huán)保政策的實(shí)施和行業(yè)的發(fā)展，為碧水藍(lán)天的夢(mèng)想貢獻(xiàn)自己的力量。