塑料件水性涂装工艺浅谈
苗雷,李婷婷,王彦力
(沈阳华晨汽车工程研究院,沈阳市110141)
[摘要] 简述水性涂料特性;分析塑料水性涂装工艺流程、不良原因及其解决方法。
指出合理的工艺设计、良好的设备运行和严格的管理是获得良好漆膜的关键。
关键词：水性涂料；塑料水性涂装工艺；不良原因
Water-based Painting Process On Plastic
Lei Miao,Tingting Li,Yanli Wang
Brilliance Automotive Engineering Research Institute; Shenyang 110141
[Abstract] The water-based coating properties;Analysis of plastic water-based Painting process,the causes of defects and solution methods.It’s noted that reasonable process design,good running equipment and strict management are the key to obtain high-quality coating.
Keywords:Water-based Paint;Water-based painting process;The cause of defects
前言
本工艺主要介绍塑料水性喷涂工艺。
塑料材质是ABS+PC；喷涂方法是空气喷涂；喷涂室采用水帘喷涂室；喷涂设备采用机器人自动喷涂机；水性涂料是二液型，涂料是哑光型；烘干设备采用红外线烘干。
1 水性涂料特性
(1)水性涂料作为非危险物保管，不受消防法制约，更适合于ISO14001管理体系。
在运输时避免强光照射。
但其硬化剂中含有约30%溶剂，因此硬化剂需作为“危险品”保管。
(2)保管温度受环境制约，一般为5~40℃。
0℃以下会结冰，40℃以上涂料会凝胶。
(3)对于涂装环境而言，水性涂料温度和湿度条件幅度很窄，同时因为很难稀释，对涂装而言调整起来很困难。
(4)由于水性涂料自身粘度高，较溶剂涂料粘度高，不易搅拌混合不均匀，同时会影响其物理性能和外观。
(5)水性涂料干燥成膜后，用有机溶剂亦很难溶解。
(6)水性涂料涂装后，素材表面几乎无发暗、龟裂等现象，较溶剂涂料优秀。
但由于其无侵蚀性，对涂装表面有必要进行脱脂和放电改性处理，增强附着性。
2 塑料件水性涂装工艺
2.1 前处理工艺
塑料表面的前处理。
塑料件与钢铁件
不同，由于材质其表面光滑，再加上水性涂料中溶剂含量少，无侵蚀性，导致附着力不良。
所以，良好的前处理能力是附着力是否合格的基础。
2.1.1 溶剂处理
塑料件在淬火后需要经过异丙醇擦拭，使表面侵蚀。
2.1.2 纯水洗处理
对塑料件进行纯水洗，要求纯水的电导率小于1.0μS/cm。
在进行水洗的同时,还需要超声波增强清洗效果。
2.1.3 水洗后干燥
水洗后最好先进行2min左右的红外线干燥，有利水分干燥和边角烘干。
然后再进行烘炉干燥。
由于塑料的特殊性，ABS+PC的烘炉干燥温度采用80℃30min。
如下图所示工艺图。
图1前处理的工艺示意图
2.2 塑料件空气喷涂
塑料是非导电品，并且产品喷涂面积较小，所以工艺采用了空气喷涂。
空气喷涂的涂料利用率只有30%左右，但是喷涂出的产品外观良好。
喷涂流程是产品除静电-除尘-等离子静电处理-空气喷涂-IR 干燥-闪干-预备干燥-红外线烘干。
2.2.1 除静电除尘
为了消除产品静电性，在传送链上方置有静电消除枪。
同时通过的通道内板用塑料和泡沫板均为防静电，这样能更有效的防治静电产生。
2.2.2 等离子静电处理
如果溶剂涂料进行喷涂，就不需要此步骤。
但是水性涂料中溶剂含量过低，造成附着力不良。
此步骤可以增强塑料表面活性，大大增加漆膜的附着力和漆膜外观，但设备投资过大。
2.2.3 空气喷涂
在合适的机器人仿行程序下，搭配最合理的喷涂参数(吐出量、射幅、雾化压、喷枪移动速度、喷涂距离、喷嘴口径、涂料泵压力)。
2.2.4 IR干燥
由于水性涂料的溶剂是水，挥发慢。
所以在IR通道可以实现快速干燥，减少闪干区和预备干燥区的长度。
但IR干燥温度不宜过高，否则会影响喷涂室体温度平衡和漆膜外观，最佳30℃。
2.2.5 红外线干燥
红外线干燥不需要中间介质，水的分子振动波长范围在4μm以上，即在远红外线波长区域，这些物质有强烈的吸收峰，分子振动加剧，涂膜快速得到固化。
同时阶梯式的升温方式可以使漆膜的外观更加良好，并且最后一道烘干采用热风循环的方式。
图2水性涂装工艺示意图
3 不良原因及原因分析
3.1 灰尘、异物
分析原因：环境污染导致灰尘和异物过多；涂料过滤不良；顶过滤棉质量不好，易掉纤维；工作人员衣物等掉落；喷枪清洗不净或清洗溶剂选择不当。
防治措施：在日常的生产中需要注意环境的清洁，特别是闪干区和干燥炉的红外灯烘干区段。
因为闪干区的产品是湿膜，且在此段的风向是从喷房中流向闪干区
的，并此处多工艺窗口对产品进行检测；
加强涂料过滤次数或换用合适型号的过滤器；换用质量良好的顶过滤棉；加强员工5S管理；延长喷枪清洗时间或选择更精细的过滤器。
3.2 油污
分析原因：水帘喷涂室的特点是以水为介质将空气中的灰尘异物和漆雾进行吸附。
但是水帘也有他固有的缺点，如由于空气喷涂涂料利用率差，水中含有很多的漆渣，且水性涂料渣子很粘，在水帘的不锈钢板上粘结住，会在光滑的不锈钢板上形成不平滑表面，水会微观飞溅到产品表面，形成油污。
另外，水性涂装的工作人员必须要严格要求自己，必须佩戴口罩，否则由于水性涂料的特性唾沫的飞溅会形成油污。
防治措施：定时清洗水帘的不锈钢板，另加强污水处理，除去污水中的废渣，减少废渣在水帘上的吸附；加强员工5S管理。
3.3 缩孔
分析原因：表面处理未使用等离子除静电设备；水帘上污水飞溅到产品上；下涂膜厚过薄。
防治措施：加强日常对等离子设备的监测；定时清洗水帘的不锈钢板；加强下涂膜厚的控制。
3.4 气泡
分析原因：涂料搅拌过快，形成过多气泡；上涂膜厚过厚；产品闪干时间不足；
防治措施：控制涂料搅拌速度；控制上涂膜厚至工艺范围内；增加IR干燥和闪干时间或调整闪干区温度范围至上限。
3.5 橘皮
分析原因：温湿度不合适，水性涂料对温湿度的要求范围很窄，温湿度每变化2个单位都会引起橘皮与流淌，喷房的温度范围最佳是22-25℃，湿度最佳是60-70%；喷枪角度不适合，当枪与被涂物成90度时，由于漆雾反弹过大，当漆雾再落在被涂物上时，会形成橘皮，并影响膜厚，当喷枪与被涂物成某一角度（30°、45°、60°）时，漆膜状态会有很大改观，这需要通过大量的平行试验，同时注意被涂物边角的流淌，选择最合适的角度；雾化压和射幅压过高，漆雾反弹过大，落在被涂物上的漆雾会过少，影响膜厚，形成橘皮；机器人仿行不合适；喷枪移动速度过快；枪距过高。
防治措施：将温湿度至工艺范围内，并根据产品状态小范围调整温湿度；选择合适的喷枪角度；减小雾化压和射幅压，降低漆雾的反弹；调整机器人仿行；调整喷枪移动速度至750-1000mm/s;枪距调整至100-150mm。
3.6 流淌
分析原因:温湿度不合适；喷枪角度不合适；机器人仿行不合适；喷枪移动速度过慢；枪距过低。
防治措施：调整温湿度至合适范围；调整喷枪的角度；调整机器人仿行；调整喷枪移动速度至750-1000mm/s;枪距调整至100-150mm。
3.7 光泽度
分析原因：由于塑料件对漆膜的光泽要求很高。
膜厚过低；喷枪角度的选择；如果风速过低，会影响漆膜在IR、闪干和预干燥的挥发，水性涂料光泽的高低与被涂物流平时间的长短成正比；当在闪干区选择温度范围的最高值时，会加快涂膜中水分的蒸发，对光泽有较好的作用；干燥炉的红外灯干燥段是烘干的核心段，二液型水性涂料的交联固化主要发生在从烘干开始的10-14min，在此时漆膜发生化学反应，如果环境不清洁，易影响漆面质量。
防治措施：适当调整膜厚到工艺范围内；调整风速至1.2m/s；延长漆膜流平时间，降低IR、闪干区的链速，提高闪干区温度至上限；加强烘干炉红外干燥区的清洁。
4 结论
由于水性涂料的特性，塑料的件水性涂装具有对工艺和人员素质有着更严格的要求。
需要使吐出量、射幅压、雾化压、
枪速、枪距、喷枪角度处在一种动态平衡，才能使涂膜的不良率控制在较低范围。
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