一种发泡型抗石击底涂的引进与应用

陈兆波

摘 要：介绍了一种发泡型抗石击涂料及工艺在涂装车间的引进与应用，及一些应用问题的解决。通过应用，实现了轻量化、减少材料使用量及VOCs排放量减少的综合效益。

关键词：车底 抗石击涂料 发泡 轻量化 涂装 挥发性有机物 应用

1 前言

汽车在使用过程，底盘面对着恶劣、复杂的的工作环境，需要进行特殊防护。PVC抗石击底涂，被广泛用来喷涂于车身底盘、轮罩等部位，用以现实底盘的隔音降噪、密封防水、焊缝防锈、轻量化等性能[1]。为满足整车轻量化、材料成本降低、环保化的需求，联合开发及引进了一种新型发泡型的抗石击涂料及应用工艺。通过应用该涂料及工艺，可以有更优的隔音降噪性能[2]，可以节约材料用量以降低车重，同时也减少了VOCs的使用排放量，一举多得。

2 发泡型新底涂的引进及工艺应用准备

对于该发泡型新底涂材料（下文简称为“新底涂”）的适用性，主要关注该底涂材料与车身现用油漆涂层的适配性、成品性能，及其可施工性能。三方面指标通过验证确认合格，就可以导入生产线批量应用。

2.1 新底涂材料与油漆涂层的适配性实验

本新底涂，是由聚氯乙烯树脂、增塑剂、附着力促进剂和填料等组成的一种PVC 塑溶胶体系（生产现场也简称“胶”）。相对于原在用PVC抗石击底涂，新底涂多了发泡剂组份。由于新底涂是附着在电泳层表面（或者附着在裸露的板材表面），所以首先需要考虑新底涂材料与底材（包括与电泳层、裸板材）的附着力问题。

根据测试标准制样（胶层厚度2mm，140℃*20min烘烤固化后。冷却24h）。测试结果：胶体良好的附着在试板上，胶层为内聚破坏，试板上有残胶的面积占了胶粘接面积的100%以上，新底涂胶层与底材的附着力指标合格。

本处应用，涉及到“3C2B”和“3C1B”两条不同油漆工艺体系的生产线。

“3C2B”线的主要工艺：电泳+喷涂抗性石击涂料+溶剂型中涂层喷涂+中涂烘干+水性色漆喷涂+色漆闪干+溶剂型清漆喷涂+面漆烘干。

“3C1B”线的主要工艺：电泳+喷涂抗性石击涂料+胶烘烤+水性中涂喷涂+中涂闪干+水性色漆喷涂+色漆闪干+溶剂型清漆喷涂+面漆烘干。

抗石击底涂，会经受多重的烘烤及油漆涂层的覆盖。该底涂会影响到喷漆后的外观感知质量及漆膜附着力等性能表现。根据底涂与中面涂涂层的配套性验证规范，选择了对底材较为敏感的白色颜色的水性色漆涂层，与该新底涂进行配套性测试。

经测试：样件漆后表面的无涂膜缺陷状态，油漆层附着在胶层面上的附着力合格，结果如表1所示。

至此，新底涂与油漆涂层的适配性验证完成，结果合格。

2.2 新底涂成品性能确认

生产应用环节，主要是确认与底材状态有着密切关联作用的，如耐热、耐寒性、耐水性、耐湿热性、耐久性、耐冷热循环性、耐腐蚀性和抗石击性，这8项性能，且需使用施工生产线的按正常工艺流程制作出來的电泳板件，制作测试样本，并按测试规范，进行检测确认。检测结果如表2所述，结果合格。

2.3 新底涂对整车噪声性能指标影响验证

经过上述1.1、1.2评估，已经具备应用在量产车上的前提条件，可以喷涂该新底涂材料在车身上，验证对整车的NVH性能的影响。

验证方案：按工艺喷胶2台整车（分别：原在用的PVC抗石击底涂，湿膜厚度750微米左右，干膜厚度也是750微米左右;及本新底涂材料，湿膜厚度375微米左右，经固化膨胀后，干膜厚度平均为750微米），然后在试验车跑道上进行整车动态检测。

验证结果：

加速工况：两测试车车内噪声相差不大，其中，三档滑行时，应用原用底涂的测试车，在发动机转速2150-2250 r/min区间存在峰值（说明在该转速区间，新底涂是有优势的）;

“5G-60km/h”粗糙路面噪声对比：两测试车内噪声总声压相差不大;

怠速开/关空调振动噪声对比：两测试车噪声、振动性能相当;

验证结论：两台车的客观测试与主观评价结果相当。

实车验证结果表明：同等干膜厚条件下，新底涂的隔音降噪性能，与原在用的PVC抗石击底涂对比，水平相当。但是，新底涂的施工湿膜膜厚，却是原在用的PVC抗石击底涂的施工湿膜膜厚的一半。在满足同样的性能要求下，新底涂的材料用量，存在着较大的下降空间。

2.4 材料的可施工性能评估

通过对材料成分、施工方式、热固化条件、涂层厚度、储存期等影响施工操作的因素的可行性分析，本新底涂材料，相对于原在用的PVC抗石击底涂材料，基本相同。存在的差异点是：新底涂材料配方中含有发泡剂（原在用的PVC抗石击底涂材料配方中无发泡剂），本新底涂材料烘烤后会在厚度方向膨胀约200%。

因此，本新底涂材料，基本具备较快速应用于本处的“3C2B”和“3C1B”两条不同油漆工艺体系的生产线批量生产的可行性。

3 新底涂应用工艺启动

3.1 材料工艺施工参数方案

“3C2B”线的底涂施工方式为应用高压无气喷枪手工喷涂;“3C1B”线的底涂为机器人自动高压无气喷涂。基于相关试验验证，本新底涂材料施工的干膜膜厚为600微米～1200微米时，已能满足相关产品性能要求，其余的沿用原PVC抗石击底涂材料施工的相关参数方案。

3.2 材料切换及产前调试

3.2.1 管路清洗及新底涂材料导入

结合生产停产的时间窗口许可，材料切换，采取先将原在用PVC抗石击涂料排出，然后清洗管道，再填充本新底涂材料的切换方案。借鉴行业的相关经验[3]，制订了如下的操作流程及要点规范（见表3）。

新底涂材料导入完成。为了确保生产开班后，能顺利使用，并保证产品质量，后续需进行试喷涂施工。

3.2.2 “3C2B”线的底涂工位手工试喷

手工喷涂灵活性较强，对喷胶过程细节方面，可以直观感知并可及时调整以适应。但对于湿膜厚度减薄，操作员工的技能习惯及操作感知是比较难适应的。所以对此新底涂料施工，主要风险在于：湿膜厚度喷涂偏厚，导致干膜膨胀过高，对后续总装零件安装造成干涉。为规避风险，需要进行试喷验证及操作培训。

试喷目的：确定较好的胶喷涂压力与喷涂道次（原在用PVC抗石击底涂，一般喷涂2～3道次）;同时，让操作工对300～450微米厚度进行目视感知及体验;

试喷方案：在停线状态下，按车型喷涂范围要求进行实车喷涂，目标湿膜厚度为300～450微米;

試喷结果：按习惯的喷胶走枪速度与喷幅搭接，在胶喷涂压力1700～1900Psi时，喷涂一道次，可以达到目标厚度。但是，在同等条件下，喷枪出胶的喷幅有所减小，喷枪的喷涂距离需要稍有增大，走枪速度稍缓。

3.2.3 “3C1B”线的底涂工位机器人试喷

对于机器人喷涂，原在用的喷涂轨迹，是基于750～1000微米设定的。基于手工试喷的结果，在不改变喷涂轨迹的前提下，机器人喷枪的喷嘴的出胶流量需要降低。同时，喷幅的减小，会导致漏喷涂的高质量风险，需新状态的喷幅也调整至与原喷幅大小一致。经选型，喷嘴由型号“GGO529”变更为“GGO525”。

喷幅调试：应用“GGO525”喷嘴，进行喷幅调试。经调整，在“底涂材料温度33℃，机器人供胶压力3.0～4.0bar”时，按原有机器人轨迹及喷涂距离，实测喷枪喷幅为140～190mm，达到原喷幅的大小要求。

湿膜厚度确认：使用该两个型号喷嘴，按正常工艺及自动模式，分别喷涂一辆整车的底盘区域，选取具有代表性的共14个测点进行湿膜厚度测量。除了测点1、5、9外，应用“GGO525”喷嘴的大部分测点，均在300～600微米的目标膜厚范围内，如表4所述。该喷嘴可以应用（少部分不在范围的，可以微调喷涂速度、喷涂轨迹来适配）。

到此，材料切换及产前调试完成。通过调试验证，确定了能达到目标喷涂效果的相关过程控制参数。

4 存在问题解决

4.1 机器人喷嘴维护优化

经过数月的运行，发现机器人喷涂的车辆，出现胶堆积、残胶飞溅的缺陷率越来越高。

缺陷跟踪统计发现：自4月份起应用新底涂以来，三个月后，缺陷率突变升高。通过一系列的排查确认，机器人喷枪的喷嘴磨损是主要原因。对比用了3个来月的 “GGO525”及其新零备件，发现用了3个月后的喷嘴，孔径已磨损严重（目视孔径约变大一倍）。

更换已磨损的喷嘴后，缺陷率恢复4月份以前的正常状态。喷嘴的使用寿命周期优化：将“GGO525”喷嘴更换周期由原来的1年/次，变更为1次/3月;同时，工位员工定期（1次/月）监测喷幅并记录数据，跟踪喷幅变化趋势。

4.2 胶雾导致脏粒缺陷问题解决

从11月中旬起，陆续发现车型的四门裙边部位出现密集的、大面积的脏粒状缺陷，中面涂涂层无法覆盖，导致后续大量的返修工作。经过排查验证，主要机器人是机器人喷胶过程，胶雾上扬附着所致。影响胶雾上扬的因素很多，胶的粘度偏低、喷胶压力过大，喷涂轨迹不合理、喷涂距离过近、室体压风量不足或出风口没有对正车身裙边区域吹风，等等。而且，时逢天气气温较低，为了维护机器喷涂喷幅，生产现场较频繁的上调喷胶压力，导致胶雾量增多。经过验证，将胶粘度由53.8提高到54.6，将各台机器人的喷胶压力由1900～2100Psi下调至1000～1500Psi，优化边缘局部位置的轨迹及喷涂距离，调整室体送风吹风方向，加大送风量。经一系列调整，胶雾导致的脏粒缺陷明显减少，但无法消除。下一步需改造室体送风，实现裙边区域风幕隔离。

5 结语

经过一年的应用，过程使用稳定。在保持底盘的隔音降噪、密封防水、焊缝防腐等设计性能水平的前提下，该发泡型抗石击底涂材料及工艺，实现了对整车轻量化的贡献（单车平均减轻1.5kg左右）。同时，相对于原使用的PVC抗石击底涂，本发泡型抗石击底涂原材料使用上降低了约40%，也同步减少了VOCs的使用排放量。

参考文献：

[1]王锡春.汽车涂装工艺技术[M].1版1次.北京：化学工业出版社，2005，81-83.

[2]李富强，张爱平，李丹彤，等.车底抗石击防护胶在汽车上的应用[J].粘接，2015（2）：056-057.

[3]杨磊.高发泡型汽车车底抗石击涂料的应用研究[J]. 现代涂料与涂装，2016（3）：24.