水性漆在輸調(diào)漆系統(tǒng)的應(yīng)用定稿118

1、水性漆在輸調(diào)漆系統(tǒng)的應(yīng)用似乎用“應(yīng)用于水性漆的輸調(diào)漆系統(tǒng)”或“輸調(diào)漆系統(tǒng)在水性漆涂裝中的應(yīng)用”要切題。劉繼華 （奇瑞汽車股份有限公司 規(guī)劃設(shè)計院 241009）【摘要】鑒于汽車涂裝水性漆工藝的應(yīng)用越來越廣泛,本文就涂裝輸調(diào)漆系統(tǒng)的水性漆應(yīng)用及設(shè)備要求、設(shè)備選型配置等進(jìn)行了闡述?！娟P(guān)鍵詞】輸調(diào)漆 水性漆 低剪切 穩(wěn)壓 1、前言為促進(jìn)汽車涂裝的環(huán)保清潔生產(chǎn)，降低VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)排放，水性漆的應(yīng)用在汽車涂裝工藝中將逐步取代溶劑漆并成為主流，為適應(yīng)水性漆的設(shè)備要求，傳統(tǒng)溶劑型的涂裝設(shè)備如：機(jī)器人噴涂系統(tǒng)、輸調(diào)漆系統(tǒng)、預(yù)烘干設(shè)備、空調(diào)制冷除濕設(shè)備、噴漆室、廢漆處理設(shè)備等必須進(jìn)行相應(yīng)的變更。輸調(diào)

2、漆系統(tǒng)（集中循環(huán)供漆噴涂系統(tǒng)）作為涂裝油漆的輸送、調(diào)壓、調(diào)溫設(shè)備，在水性漆應(yīng)用方面，為了實現(xiàn)水性涂裝的穩(wěn)定品質(zhì),需要進(jìn)行包括穩(wěn)壓器、輸漆泵、背壓閥、攪拌器等多項設(shè)備的細(xì)節(jié)變更。2、水性漆的應(yīng)用特性2.1水性涂料與溶劑涂料相比，水性涂料的主要成分中，含有60的水，溶劑涂料中含有70的VOC溶劑（見圖1）。在發(fā)泡性方面，水與溶劑相似，本來很難起泡，即使起泡也會馬上消失，但在水性涂料成分中，添加了為防止樹脂分散 ？而加入的界面活性劑，受其影響，水性漆產(chǎn)生的氣泡變得穩(wěn)定不易消失，容易形成為氣泡。輸漆系統(tǒng)在設(shè)備方面需要考慮攪拌器的攪葉形狀設(shè)計、攪拌器的轉(zhuǎn)速設(shè)定等。 圖1 水性油漆與溶劑油漆比較 2.2

3、水性涂料的粘度一般在55±5S(#FC4)，較傳統(tǒng)溶劑型涂料粘度高2030S，油漆呈現(xiàn)粘稠狀，流動性較差，對泵的選擇要有動力要求。（見表1）表1 水性涂料和溶劑涂料的比較涂料涂料粘度稀釋劑PH值管理發(fā)泡性絕緣電阻值水性涂料高水要大低溶劑涂料低各種溶劑不要小高2.3 水性涂料的表面張力大于溶劑張力，蒸發(fā)潛熱遠(yuǎn)高于溶劑，同時導(dǎo)電率高，由于導(dǎo)電性大容易出現(xiàn)電蝕反應(yīng)，易導(dǎo)致輸調(diào)漆設(shè)備的管路氧化、生銹。(見表2)表2 水和溶劑的特性比較溶劑沸點（）蒸發(fā)潛熱（cal/g）表面張力（dyne/cm2）導(dǎo)電率（25）蒸發(fā)速度融點（）水1005407378360甲苯11086292.4195-95二甲

4、苯14483302.668-253、水性漆對輸調(diào)漆系統(tǒng)的要求根據(jù)水性漆的應(yīng)用特性，水性漆的應(yīng)用對輸調(diào)漆系統(tǒng)設(shè)備的要求如下（相比較溶劑型漆設(shè)備）： 3.1由于水性漆導(dǎo)電性大容易出現(xiàn)電蝕反應(yīng)，易對設(shè)備產(chǎn)生氧化、生銹，為防止設(shè)備及管路的腐蝕，減少銹斑變成碎屑混入涂料內(nèi)形成顆粒的幾率，所有接觸水性漆的部位材質(zhì)必須為SUS不銹鋼 不銹鋼材質(zhì)。傳統(tǒng)的碳鋼泵不能采用，管路考慮SUS304及以上型材，國內(nèi)大部分水性漆廠家應(yīng)用不銹鋼304、304L,部分新建涂裝線有采用SUS 316。3.2 配管中不能使用不同種類的金屬材質(zhì)，防止不同材質(zhì)產(chǎn)生的電位差帶來的電蝕。3.3避免攪拌器在油漆攪拌過程中的漩渦引起空氣進(jìn)入

5、流體及產(chǎn)生分層現(xiàn)象。3.4 對整個系統(tǒng)要求為低剪切設(shè)計，從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩(wěn)壓器、過濾器等皆為低剪切設(shè)計。3.5 由于水性漆對施工溫濕度的要求嚴(yán)格，需要輸調(diào)漆系統(tǒng)的溫控精度在23±0.5內(nèi)，所有管路需要保溫處理，保溫材質(zhì)厚度12.5mm，泵體需要保溫等。3.6 由于水性漆的清洗劑主要成分為純水+少量親水溶劑，所以需要增設(shè)純水供給裝置取代溶劑輸送系統(tǒng)，同時純水供給裝置需要經(jīng)過管中管溫控后輸送至各工位，在傳統(tǒng)溶劑型的溶劑輸送設(shè)備中，溶劑是不需經(jīng)過管中管換熱系統(tǒng)。3.7 由于水性漆的高粘度，輸調(diào)漆系統(tǒng)需提高泵的輸送能力。溶劑型色漆在循環(huán)系統(tǒng)中的流速要求為0.30.7m/s，而水性色

6、漆的流速則要求為0.150.4m/s。3.8 水性漆在輸調(diào)漆系統(tǒng)的投產(chǎn)前清洗需要更為細(xì)致的清洗步驟：清洗稀釋劑親水性稀釋劑樹脂清洗純水洗。4、水性輸調(diào)漆系統(tǒng)的設(shè)備配置4.1循環(huán)方式：水性輸調(diào)漆系統(tǒng)的循環(huán)方式通常采用兩線循環(huán)。兩線循環(huán)系統(tǒng)的槍站設(shè)計不需要三線系統(tǒng)中的墻置式油漆調(diào)壓器，通過使用一個槍下調(diào)壓器或槍下Y形接頭來控制噴槍的噴涂流量，降低了調(diào)壓器的設(shè)置對油漆產(chǎn)生的剪切力、同時管路元件相對較少、系統(tǒng)換色清洗方便等，在國內(nèi)水性漆的生產(chǎn)線上，應(yīng)用最為普遍。在國外的部分工廠，由于三線式涂料循環(huán)系統(tǒng)有一定的靈活性，同時較容易擴(kuò)張、系統(tǒng)通常有較高的壓力、流量、循環(huán)速率的可調(diào)性等，在水性漆上也有不少的應(yīng)

7、用。4.2 輸漆泵：按動力模式分為氣動泵、液壓泵、電動泵，國內(nèi)汽車廠家暫無電動泵應(yīng)用實例，絕大部分廠家采用氣動泵及液壓泵，水性漆的應(yīng)用即有用氣動泵也有用液壓泵，如東風(fēng)本田水性漆用氣動泵進(jìn)行輸漆，江淮新轎車線水性漆采用液壓泵，奇瑞第四涂裝線采用液壓泵來滿足水性漆的輸送要求，氣動泵應(yīng)考慮其排氣污染性和水性漆的縮孔敏感性問題。按結(jié)構(gòu)分為柱塞式、離心式、活塞式，鑒于柱塞泵的穩(wěn)定性和低剪切力、適應(yīng)的黏度范圍廣等優(yōu)點，其應(yīng)用最為廣泛，柱塞泵的選擇需要首先確定泵的流量，可按以下公式進(jìn)行計算。同時水性漆的流速比溶劑型漆慢要求為0.150.4m/s。對于水性漆其輸漆泵連續(xù)工作時泵的往復(fù)頻率介于1220 cpm（

8、每分鐘的循環(huán)量）為最佳。V = N H v/（1/4d2）-d:涂料管道橫截面 (cm)-Hv:每活塞沖程的體積Hv(1)-V:流速(m/sec)-N:沖程次數(shù)(1/min) 表3 各種泵的應(yīng)用比較 泵脈動噪音冷凝水排氣污染運行能耗維護(hù)成本剪切力氣動泵大大有有高高小液壓泵小小無無低低小電動泵小小無無低低小4.3 穩(wěn)壓器：水性漆首選不銹鋼隔膜式穩(wěn)壓器，其具有流道光滑、流阻小等特點，同時其采用特殊結(jié)構(gòu)膜片設(shè)計，具有極好的密封性和穩(wěn)壓效果；蓄能介質(zhì)與油漆分隔，可防止油漆被污染，穩(wěn)壓效果持久，保證輸出壓力脈動小于±0.5kg/cm2。穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓介質(zhì)一般有采用氮氣穩(wěn)壓及壓縮空氣穩(wěn)壓兩種，常用

9、穩(wěn)壓器還有罐式穩(wěn)壓器，但在實際中由于其穩(wěn)壓效果不穩(wěn)定采用較少。圖2 隔膜式穩(wěn)壓器4.4 攪拌器: 攪拌器分氣動攪拌器及電動攪拌器，氣動攪拌器相比電動攪拌器，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，同時可以通過控制流入氣量的大小便捷的進(jìn)行手動調(diào)整攪拌器轉(zhuǎn)速。要使攪拌器能夠起到良好的攪拌作用，最重要的是使油漆罐內(nèi)沒有死角，因此，選擇攪拌器的槳葉直徑和轉(zhuǎn)軸的長度必須根據(jù)油漆罐的直徑與高度進(jìn)行設(shè)計。同時攪拌器的攪拌速度也會影響油漆攪拌的效果，攪拌速度過快，會造成對油漆的剪切而破壞水性漆的性能，也會使油漆罐內(nèi)產(chǎn)生漩渦從而影響油漆的均勻一致性，過慢的攪拌會使油漆在罐內(nèi)的運動速度不夠，也會造成油漆的沉淀。對于水性漆應(yīng)使用低剪切攪

10、拌器，常見的攪拌器如圖3所示：圖3 攪拌器示意圖4.5油漆罐： 油漆罐分循環(huán)罐及調(diào)漆罐，鑒于目前油漆廠家提供的水性漆在出廠前就已調(diào)節(jié)好粘度及助劑，不需要在涂裝線上重新調(diào)漆，部分水性漆涂裝線不單設(shè)調(diào)漆罐，節(jié)約一定的費用投資，在日系車企較為常見。油漆罐應(yīng)采用不銹鋼電解全拋光工藝制造加鈍化處理。 表面粗糙度Ra 低于0.1單位？ 0.1 µm，具有良好的表面光潔度和耐腐蝕性，保證罐內(nèi)壁不易掛漆，減少水性油漆結(jié)皮的可能性；桶體、桶蓋密封結(jié)構(gòu)具有良好的密封性，有效防止意外塵粒進(jìn)入。油漆罐的桶蓋有平頂式和圓頂式兩種較為常見，部分水性漆生產(chǎn)線采用平頂式結(jié)構(gòu)，部分采用圓頂式結(jié)構(gòu)。北京興信公司研發(fā)的專

11、門應(yīng)用于水性漆的全密封特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的圓頂式油漆桶，能最大限度的減少油漆的揮發(fā)成分流失，減少水性漆的結(jié)皮。需特別注意的是水性漆的回流管設(shè)計，油漆從罐頂返回時應(yīng)通過導(dǎo)向管進(jìn)入罐內(nèi)防止水性漆的飛濺、氣泡，同時防止飛濺附著在罐壁的油漆對油漆整體性能造成的不良影響。最佳方式為設(shè)計成側(cè)底部回流。4.6背壓調(diào)壓器：背式壓力調(diào)節(jié)器是輸調(diào)漆系統(tǒng)系統(tǒng) 重復(fù)的重要組件，用于控制系統(tǒng)管路中的壓力以滿足噴涂參數(shù)的需要，常用的有低剪切型和非低剪切型。傳統(tǒng)的球體式和座式調(diào)節(jié)器能在涂料通過球體和球座式時剪切水性涂料，對于水性漆需要低剪切型背壓器，低剪切背壓閥的結(jié)構(gòu)見圖4。據(jù)報道最近美國GRACO公司推出了一款自動背壓閥，它可

12、以根據(jù)系統(tǒng)的工作狀況（噴涂或循環(huán)）來進(jìn)行自動壓力調(diào)整，在噴涂時提高系統(tǒng)的壓力而不噴涂時降低系統(tǒng)的壓力，這樣就能更好地保證系統(tǒng)的安全和油漆的品質(zhì)，更適用于水性漆。圖4 標(biāo)準(zhǔn)背壓閥與低剪切背壓閥結(jié)構(gòu)示意圖4.7 過濾器及管路系統(tǒng)：過濾器分袋式過濾器和濾芯過濾器，過濾器應(yīng)為不銹鋼材質(zhì)，對于水性金屬漆選用振蕩式過濾器效果更佳。在流量選擇上，大流量過濾器對水性漆的剪切力最小，建議選用。輸調(diào)漆系統(tǒng)的管路考慮SUS304及以上型材，建議使用304L、 316規(guī)格型材。同時管件內(nèi)壁越光滑越好，接頭可采用衛(wèi)生式接頭或卡套式接頭，不宜采用螺紋接頭，接頭內(nèi)徑與管內(nèi)徑應(yīng)保持一致，管路的轉(zhuǎn)彎與升降盡可能地少，轉(zhuǎn)彎半徑需要大于六倍管徑，以減少壓力損失和沉淀等。5、結(jié)束語 在水性漆的應(yīng)用上，輸調(diào)漆系統(tǒng)除了上述主體設(shè)備外，其它細(xì)節(jié)的地方也不可忽略，如：鑒于水性漆嚴(yán)格的施工溫濕度范圍，在油漆的溫控系統(tǒng)上應(yīng)選用管中管系統(tǒng)，溫控精度23±0.5，水夾套的換熱方式的溫控精度不易于控制，建議不采用。鑒于水性漆的清洗溶劑為DI純水和親水溶劑配比組成，需要增設(shè)DI純水罐和親水溶劑罐輸送系統(tǒng)，在兩罐之間為提高混合精度可設(shè)置自動配比系統(tǒng)。同時部分控制要求嚴(yán)格的生產(chǎn)線，增設(shè)水性漆PH值監(jiān)控系統(tǒng)。輸調(diào)漆系統(tǒng)的設(shè)備及質(zhì)量將直接影響噴涂車身的涂裝質(zhì)量，對于水性漆在輸調(diào)漆系統(tǒng)上的應(yīng)用需在設(shè)備設(shè)計及選型細(xì)節(jié)上進(jìn)行深度的探究。參考