浅析水性漆施工对涂装线设备的要求.docx

图1 水性底色漆和溶剂型底色漆的组成浅析水性漆施工对涂装线设备的要求奇瑞汽车股份有限公司田 云 王 淼 张东民有机物），水的特性影响了水性漆 的施工特性。水与溶剂漆中甲苯的 部分物理性质见表1。顺应日益严格的环保法规要求，能够降低 VOC 排放量的水性漆涂 装技术得以迅速发展。据统计，至 2007年，欧洲水性中涂漆所占比例 为38%，水性面漆所占比例为57%； 美国水性面漆使用比例为39%，且这一比例还在继续增长。随着对水性漆工艺研究的不断深入，水性漆的施工 窗口不断加宽，施工难度降低，同时 水性漆的漆膜质量可与溶剂漆膜相媲 美，这些因素均促使水性漆在汽车涂 装中的应用越来越广泛。我国新建的 涂装线大都预留了水性漆的改造空 间，有些厂家已直接采用了水性漆工 艺。笔者结合水性漆的特性和涂装线 设计理念，对水性漆涂装线设备进行 了简要分析。作。另外，水性漆对消防的要求没有那么高，国外有些厂家将喷漆室的消 防等级要求由2级放宽到了3级。2.2排气系统大气污染物综合排放标准（GB2水性漆对涂装线设备的要求162971996 ）规定了 VOC 的排 放速率和排放量（见表 2 ）。溶剂 漆喷涂系统中二甲苯的排放速率直 接决定着排气筒的高度；采用水性 漆后，有机废气中甲苯和二甲苯的 含量几乎为 0 ，但非甲烷总烃含量 升高，排气筒高度只需满足非甲烷 总烃的排放速率要求即可。这样就 可以降低排气筒高度，减少了土建 施工成本，同时降低了排风机的风 压，运行成本也随之降低。表2中非甲烷总烃指溶剂汽油或 其他混合烃类物质。酯、酮、醚、 醇虽无相关排放标准，但产生量较 大时会影响环境，将之纳入非甲 烷总烃类，故水性漆中含有的少量 醇、醚类溶剂归到非甲烷总烃中。针对水性漆的特性，水性漆涂装线的设计和设备采取了相应的措施， 在新规划水性涂装线或对现有涂装线 进行改造时，需对某些设备做必要的 调整，以适应水性漆的要求。喷涂室喷漆室是进行喷涂操作的主要空 间，水性漆漆雾中含有的大量纯水和 少量助剂，会直接腐蚀喷漆室内部的 结构件。因此喷漆室墙壁的壁板材质 要求为不锈钢，立柱等支撑框架结构 也采用不锈钢型材，并在型钢外表面 再用不锈钢板封闭成光滑状态，以便 于清理；喷漆室的门应选用自动关闭 的不锈钢门，门铰链也采用不锈钢材 质；一般来讲，为节约投资，水性漆 喷漆室的静压室过滤棉下部室体和框 架都要求采用不锈钢，而静压室过滤 棉以上的动、静压室仍可以选用传统 的结构及材质；喷漆室下部的漆雾捕 集装置（如文丘里结构、废漆处理循 环水管路等）要求全部采用不锈钢制2.11水性漆特性图1为水性底色漆和溶剂型底色漆组成的对比。空调系统水性漆的施工窗口相对溶剂漆要 窄，因此水性漆对喷漆室的温、湿 度要求较为严格（见图2）。水 性漆对施工环境的苛刻要求 需要空调系统具备制冷和调湿功 2.3物理性质水甲苯对比结果蒸发潜热/Jkg-12 268 414.2水不易蒸发，容易引起流挂和起泡可以看出，水性漆中的大部分组成是纯水（仅含有少量的醇、醚类 2009 年第 2 期汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M27表面张力/10-3Nm-172.6 28.5水的表面张力大，不易浸润底材表面， 易产生缩孔沸点/100 110.6水较易沸腾，易产生针孔等漆膜弊病表1 水和甲苯的部分物理性质图2 水性漆与溶剂型漆施工窗口的比较生产S现O场LSHOPUTION清漆喷涂要求，因此在喷涂清漆前 需要增加水性底色漆预烘干工序。 即在底色漆喷涂后的晾干区增加加 热装置及热风循环装置，对涂层进 行强制干燥。喷涂完毕后流平 1.5 min左右，然后在0.51 min内将温 度升至80 ，保温2.53 min后再进 行清漆喷涂。预烘干工序各区的时 间和风速要求见表3。预烘干区时间/min风速2区3高速率通风预烘干区与循环风接触的设备材质一般为 SUS304 或 SUS321 不锈 钢。为防止漆雾进入预烘干室及预 烘干室的热量外溢，在预烘干室入 口要增加风幕和静置段。循环风过 滤精度一般选用 EU8，控制循环风 最高温度不要超过 90 ，可对送 风湿度进行控制，加快水分挥发速 度。预烘干室出口也要设置风幕， 防止与强冷室串风。漆膜中的水分 进入预烘干循环风，导致循环风湿 度增加，需要通过排放废气以降低 循环风的湿度，使之达到工艺要 求。由于预烘干室要加热，此段设 备结构和机械化等组件都应能够在 120 下连续运转。 为了使工件预烘干后的温度不超过35 ，以满足清漆喷涂的要求， 需要在预烘干后增加强冷室。利用 冷冻水制冷提高冷却速度，新风过 滤精度一般为 EU8。空调装置的外 部进气需要去湿，因此在进气处设 置制冷除湿设备，通过降低空气温 度降低空气的含湿量，从而满足喷 漆环境的湿度要求。第二种方式：常温/低湿闪干方 式。能，而目前我国溶剂型涂料喷漆室 夏季送风很少采用制冷。水性漆涂 装空调系统除湿一般先通过表冷段 降低空气温度（使空气达到露点析 出水分），然后再将析出水分的空 气加热到工作温度；加湿则多通过 喷淋加湿（雾化加湿或蒸气加湿） 实现。为此，空调系统需要有表冷 段、加湿段；另外，还需要有足够 制冷量的制冷机组（一般为溴化锂 机组）、冷却塔和冷水循环系统等 设备。在送、排风方面，溶剂漆喷涂 时，因排风中的溶剂含量太高，排 风不宜重复利用。改用水性漆后， 排风中的溶剂含量大大减少，其排 风经处理后基本可以用于送风循环 使用。所以整车喷涂采用水性漆 后，采用循环风空调的涂装线不断 增加，喷漆室部分排风与新风混合 送入喷漆室，可节省空调设备的能 耗。与以往传统空调设备的结构相 比，循环风空调增加了混风段，可 以通过风阀自动控制回风量。由于 循环风空调内部增加了一道过滤器 用以过滤排风中的漆雾，因此循环 风空调的长度比传统空调要长。增 加一段过滤后，还需要提高相应风 机的全压以克服增加的阻力。循环 风空调中的有害成分比新风多，所 以循环风一般多用于自动段喷涂。 目前循环风空调一般都是为自动段 送风，人工段还是以送新风居多。2.4水性漆的特殊闪干（1）底色漆闪干方式第一种方式：水性底色漆喷涂后 增加预烘干、强冷。一般水性漆喷涂的工艺设置为：水性中涂 + 水性底色漆 + 溶剂型清 漆。水性底色漆和溶剂型清漆采用 “ 湿碰湿 ” 工艺喷涂，清漆喷涂要求 底层底色漆的固体分含量不低于 80%。由于水性漆中“水”的挥发速率 慢，单靠闪干在短时间内很难达到 28汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M2009 年第 2 期1区1.5低速率通风表3 水性色漆预烘干工序的时间和 风速要求表2 GB 162971996废气排放标准摘录标准中序号污染物种类最高允许排放浓度/mgm-3最高允许排放速率/kgh-1排气筒高度/m二级三级16甲苯40153.14.7205.27.930182740304617二甲苯701511.5201.72.6305.98.840101533非甲烷总烃120151016使用溶剂汽油或其 他混合烃类物质20172730538340100150图3 水性中涂预烘干升温曲线图4 涂料槽双叶搅拌器生产现场SHOPSOLUTION采用冷却降湿法，将送风绝对湿度控制在10 g/kg以下，然后将送风 加热到3540 并送至晾干室，降 低晾干室内循环空气的相对湿度， 从而使水性底色漆中的水分挥发速 度加快，大大缩短了达到清漆喷涂 要求的时间。常温/低湿晾干方式在 某些场合可以替代底色漆和罩光漆 之间的预烘干和冷却工序，达到节 能、减少CO2排出量的目的，在部分 涂装线已有实际应用。（2）中涂闪干（预烘干）方式水性中涂喷涂完毕后，流平 5 min左右，然后在5 min内将温度升 至80 （现在有些水性涂料升温时 间可以缩短为23 min）；在80 条件下保温5 min；再在5 min内将 温度从 80 升温至 140 ，并在 140 条件下保温20 min。这种分 段逐步升温的方式可以减少中涂烘 干时针孔的产生，确保树脂的交联 固化。中涂预烘干升温曲线见图3。理，且电极对手臂的移动速度敏感，对喷涂合格率有一定影响。外部加 电机器人喷涂效率约为60%左右，较 内部加电机器人低10%15%，使油 漆耗量增加，“三废”排放量也随之增 加。但外部加电方式无漆路绝缘模 块，初次投资相对较低。随着水性漆喷涂机器人技术的 不断发展，出现了适合水性漆喷涂 的内部加电旋杯。内部加电机器人 需采用 Cartridge （弹匣）或增加 EVB 单元，因此设备造价稍高。 Cartridge 装置需要定期清洗，增 加了涂料的损耗，但其喷涂效率较 高。现在既有使用内部加电方式机 器人的水性漆涂装线，也有使用 外部加电方式机器人的水性漆涂装 线，可根据实际情况综合考虑。系统那样可以采用单一溶剂进行清 洗，水性漆清洗系统的清洗液由纯水 和亲水溶剂组成，纯水和亲水溶剂各 自用1套气动隔膜泵打到清洗溶剂混 合罐中，经搅拌后再由液压泵将混合 溶剂打到各使用点。因此，与溶剂漆 清洗系统相比，水性漆清洗系统增 加了1套纯水泵（含水罐）、1套溶 剂泵（含溶剂罐）和1套溶剂液压泵（含溶剂罐和搅拌器等）。由于水性 涂料对剪切力比较敏感，所以水性漆 输调漆系统的换热器、背压阀需要选 用低剪切型的设备。水性输调漆系统采用双叶式搅拌器（见图 4 ），回管和涂料补给管 均设置在涂料槽底部，搅拌器和涂 料槽的材质均选用不锈钢材料。涂 料槽应具备高密闭性，防止槽内结 皮。不生产时，水性涂料搅拌器的 泵频可以调低一半，待上班时再调 到正常工作频率，这样可以减少能 耗，同时减轻对油漆的剪切作用。2.6输调漆系统水性漆要在530 下储存，调漆间需要具备恒温、恒湿条件，以防止涂料结冰或过热，保证涂料的稳定 性。水性漆的施工 粘度相对溶剂型漆 要高、所需的供漆 压力也较高。适用 于水性漆系统的隔 膜式稳压器采用高 压力、高流量直通 型设计，隔膜式稳 压器应易于清洗，但其价格比用于溶 剂型漆的隔膜式稳压器高大约2倍。 传统的水夹套式温控系统很难满足水 性漆对温度控制精度的要求，应改用 管中管温控系统。由于水性涂料只有 在一定的pH值范围内才比较稳定， 因此水性漆增加了对pH值的控制要 求，需增加pH值监控设备。水性涂 料的碱性特征使得管路等与涂料直接 接触的部件要选用304L或316不锈钢 材质，且要进行表面钝化处理。水性漆清洗系统不像溶剂漆清洗中涂预烘干室与清漆前预烘干室的结构和要求基本相同，只是入口 端设有风幕，且湿度控制不必像喷 色漆前预烘干那么严格。3结束语喷涂机器人水性漆的电导率高、电阻低，用 传统的内部加电机器人喷涂时会出现 漏