国内首例汽车三涂二烘涂装工艺高固改造项目的调试

和军强*，许淑娟，杨报军

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

奇瑞公司在20年的发展历程中，引进了多条德国杜尔全套生产线。早期建设的涂装线因为当时水性漆还没有在国内应用，所以先采用传统的3C2B(三涂二烘)溶剂型涂装工艺预留水性漆的方案实施。最近几年，随着环保形势的日益严峻，国内汽车行业掀起了强制油改水的浪潮。尽管水性涂料改造面临投资大、周期长、能耗高等诸多问题，一直存在争议，但迫于环保压力，水性涂料仍逐渐在国内得到推广，奇瑞公司也将老生产线的环保改造提上日程。福特公司2007年开发出的3C1B(三涂一烘)高固涂装工艺兼具水性涂料的环保性和溶剂型涂料的施工延续性的优势，迅速成为北美地区新的环保工艺改造选择。经过对不同改造方案的长期论证分析(见表1)，奇瑞于2014年初正式确定联合PPG和巴斯夫，在福特已经成功应用的3C1B高固涂料体系之上，开发适用于奇瑞自身需求的3C2B高固工艺。

表1 对不同改造方案的评估Table 1 Evaluation of different reformation schemes

高固体分涂料(简称高固涂料)的相对分子质量以及聚合度低，能完全溶解在溶剂体系中，分子链得以充分展开，黏度低，具有溶剂型涂料的基本优势。加上固含提高后吐出量降低，上漆率提高，将大幅降低单车的涂料消耗，因此它又具备与水性涂料相当的环保优势。在3C2B体系中将色漆改造为高固涂料具有环保和经济效益双赢的效果。但作为新的涂料体系，与低固体分涂料相比，高固涂料在施工时有一些特殊要求。

高固涂料的表干性能与低固体分涂料完全不同：前者在湿碰湿工艺中基本不会表干，而后者需要表干。另外为满足施工要求，使高固涂料具备剪切变稀的性质以及剪切压力的屈服点，通常需加入高分子微胶。上述这些表现有点类似于水性涂料，因此水性涂料的一些缺点在高固涂料上也有不同程度的反映，如表面张力问题导致的缩孔、抽缩等。由于配套关系，新的高固涂料跟原有体系还会发生一些不良反应，如PVC(聚氯乙烯)胶条上清漆开裂、发黏等。本文对开发调试过程中出现的问题以及根据公司要求调整外观的过程进行了阐述，以供同行参考。

1 第一阶段──解决涂层缺陷，稳定施工质量

从2014年底到2016年初，奇瑞花了一年半的时间研究3C2B高固涂装工艺，逐步提高了施工稳定性，解决了很多质量问题。

1. 1 缩孔

产生缩孔的原因一般是被涂物上、涂装介质或涂料中存在会导致缩孔的物质，如有机硅化合物、润滑脂、油、表面活性剂、蜡、水等，它们因与涂料表面张力差异较大，不能与之融合而导致涂料对被涂面润湿不良。高固清漆若在贮存和施工中温差过大，出现缩孔的风险会增大，初期调试时这个问题比较突出。根据情况制定了以下对策：

(1) 从源头控制，在材料生产厂家对生产批罐的检测中，对有缩孔的喷样板进行能谱分析和显微红外分析以找出原因。

(2) 将所有清漆成品存放在空调房中(28 ～ 35 °C)。

(3) 生产现场的成品库房温度设定在20 °C以上。

(4) 喷涂系统的管路保温设备温度设定在30 °C(比传统溶剂型涂料高5 °C左右)。采取这些措施后，现场较为稳定，未发生清漆批量缩孔事故。

1. 2 返工车内表面以及PVC胶条边色漆抽缩

在批量生产时一般会因各种原因导致有0.5% ～ 5.0%的车需要返工。在前期调试中要求把返工性作为验证的项目之一。对试喷后的车身进行返工验证后，发现在车身内板、PVC胶条边等区域的漆膜存在抽缩现象(见图1)。

图1 不同部位的涂膜发生抽缩的照片Figure 1 Photos showing the cissing of coatings on different parts

抽缩和缩孔属于表面张力类问题，是高固涂料、水性漆、2K(双组分)清漆等在改造切换中都要重点关注的。一般情况下，出现抽缩主要是涂料润湿不良所致：涂料与基材的接触角大，涂布后发生回缩，使涂膜变得厚薄不均，边缘覆盖性差，不整齐连续。另外，涂层如果未达到成膜厚度，传统溶剂型涂料会表现为虚喷、遮盖不良，高固涂料则会表现为抽缩、麻点。

现场情况分析：内板抽缩的主要原因是车身四门内表面为手工喷涂，色漆在较薄的情况下出现润湿不良现象；机盖铰链处PVC胶条边夹缝处的抽缩主要是由于铰链的遮挡，色漆很难喷进去，导致膜厚非常薄(小于5 μm)。解决方法有：(1)确保膜厚达到工艺要求；(2)添加基材润湿剂或调整表面张力助剂以降低涂料的表面张力；(3)施工前用砂纸打毛被涂表面以增大涂料与基材的结合力；(4)优化施工黏度。

经过调整后，抽缩现象基本得到消除。

1. 3 PVC胶条上出现漆裂

在返工车验证过程中，发现后尾灯等区域的PVC胶上清漆烘干后出现开裂。因为并非胶条本身开裂，而是涂覆其上的清漆层开裂，所以理论上对车身密封性能没有影响，但是不美观。经过排查，发现原因是高固清漆的溶剂挥发得太快，造成涂层的收缩比胶条更快。

于是优化了清漆的溶剂体系，使挥发速率更加平衡，从此该问题再未发生。另外，有条件的涂装车间可以优化清漆的烘干曲线，令前端升温更加缓和，也有助于解决这一问题。

1. 4 PVC胶条发黏

冬季在车身后盖区域，若直接喷涂到PVC胶条上的色漆以及清漆的膜厚小于10 μm，该处就会有明显的胶条发黏问题。

对清漆进行红外光谱分析，发现是因为冬季调整了胶的施工性能，使得胶条中的增塑剂迁移到清漆里，影响了清漆的正常反应速率和交联活性，所以发黏。

在生产现场采取的临时措施是在后盖内板喷一道中涂，以其阻隔胶条中增塑剂的迁移。永久措施则是调整PVC胶中增塑剂的含量，在满足季节转换的前提下寻找平衡点。调整PVC胶的配方后，经过对一个完整冬夏季转换的跟踪观察，PVC胶条发黏问题已得到解决。

1. 5 车身发雾

现场某批次喷涂后车身出现发雾，其原因初步被认定为：为了优化涂料外观，在原漆中补加了 2%的慢干溶剂，同时现场也补加了2%的慢干溶剂，导致色漆太稀，色漆与清漆互咬。为了更准确地把握问题产生的根本原因，在实验室中模拟了各种方案，结果见表2。

表2 为解决涂层发雾问题进行的试验及其结果Table 2 Tests for solving the problem of clouding and their results

结合多种验证方案及效果，现场将补加的慢干溶剂的比例控制在较小范围(2%)内，将清漆的旋杯转速提高10 000 r/min，同时测量色漆的湿膜在闪干1 min后的固体分，以监控其溶剂含量。另外，从材料生产源头进行控制，降低慢干溶剂的比例。在更换新批次涂料后，结合现场的调整，车身发雾问题得以解决。

1. 6 白色漆返工色差

与低固涂料类似，高固白色漆由于色彩度低，人眼的敏感度较高，Δa(红绿)和Δb(黄蓝)的轻微变化目视也极为明显，而且遮盖力较差，需要达到较高的膜厚(30 μm左右)才行。白色返工车一般由于膜厚差异大，色差更难控制。在现场，车身返工前后的 b值相差近 2个单位。为了解决此问题，通过采用同色中涂来调整色漆色差，返工后的b值与一次喷涂的正常车的数据一致，色差数据合格。

2 第二阶段──外观质量提升

经过上述努力，高固涂装工艺逐步进入批量稳定生产阶段，2016年开始集中精力提升外观质量。

高固涂料在汽车涂装3C1B工艺中有着大量的应用实例，但其工艺特点决定了涂层的外观质量并不是那么理想。高固3C2B涂装后的漆膜外观在最初上线时也不容乐观，要将其外观质量提升到较为理想的状态，起码与采用中低固涂装工艺的实车保持在同一水平甚至更高，需要做大量的涂料配方调整和实验室模拟工作，并不断地优化现场喷涂参数。

长波(Lw)、短波(Sw)和鲜映性是外观的重要基础指标。高固色漆湿膜的固体分可以达到88%左右，比相应的中低固体分涂料高20个百分点。高固涂料必须在较高的剪切力下才可以使液滴充分雾化，从而使喷涂到车身的涂料液滴更好流平，避免形成粗糙的表面而导致橘皮。经过探索配方，调整材料生产运输周期，持续优化施工参数(见表 3)和局部仿形，并结合漆膜缺陷的整改措施，最终明显提升了车身的鲜映性，如白色漆提高到91以上。

表3 高固体分涂料的施工参数Table 3 Parameters for construction of high-solid-content paint

针对高固涂层短波较差的难题，在调整配方和施工参数上做了不少试验，发现提升中涂的长波对面漆短波有较大的改善，因此配套了新的中涂对长波进行调整，最终外观得到明显提升(见表4)。

表4 中涂调整前后漆膜的外观参数Table 4 Evaluation parameters of the appearance before and after adjusting the midcoat

3 结语

奇瑞公司根据自身生产线的特点和质量要求，联合涂料供应商开发实施的3C2B高固涂装工艺经过3年多的配方调整、试验验证和逐步优化，目前已稳定生产一年多，且生产的车身漆膜外观质量超过了原来的3C2B溶剂型涂装工艺。经过几年的反复实践，3C2B高固工艺已经稳定生产数十万台车。经过测算，在成本、质量和减排方面的效果都优于设计目标。在这些成功经验的基础上，奇瑞正在研究更加环保、外观性能更好的高固工艺，并进一步持续推动国家环保政策的实施和行业的发展，为碧水蓝天的梦想贡献自己的力量。