摘要：介紹了粉末噴塗工藝在汽車車廂塗裝線上的應用。按工藝流程說明了每道工序對最終塗層體系附著力的影響，並給出了控制要點和解決辦法。
隨著國家和社會對環境的日益關注和重視，國家大氣治理防治規劃以及各地方對大氣VOC排放限值陸續出臺，嚴格限制了汽車塗裝工業的三廢排放，無廢水、無廢渣、無廢氣排放的粉末塗裝新技術具有非常明顯的節 能優勢。
粉末塗料的綜合性能高於油漆，其取代液態塗料成為當今主流。汽車車廂的素色塗裝成為江淮汽車首條採用粉末塗裝技術的塗裝線。
附著力是牽涉到塗層機械性能、耐蝕性和耐候性重要的技術指標。基於車廂自身及其塗裝工藝的特點，粉末塗料在控制塗層附著力方面有別於傳統漆。
本文介紹了江淮汽車在汽車車廂塗裝線推動粉末噴塗技術的情況，詳細探討了影響附著力的各項因素，並提出了控制方法和改進措施。
1.車廂塗裝工藝特點
汽車車廂粉末噴塗工藝的流程為：上件→擦淨→除油→水洗→表調→磷化→水洗→純水洗→電泳→UF(超濾液)清洗→純水洗→電泳烘乾→打磨擦淨→塗膠→噴粉前擦淨→粉末噴塗→烘乾→檢查→精修→修補→下件。
表1對比了車廂與其他產品(如車架和家電)的塗裝工序。可見相對其他工件而言，車廂粉末塗裝的工序最全。作為「多工序」的「複合塗層」工藝，必須綜合考慮各工序間的匹配性，確保各塗層間附著力的平衡。
2.影響粉末塗層附著力的因素
粉末塗料不含溶劑，以「全固含」狀態直接烘烤成膜。相對於液體塗料，其成膜過程中液態潤溼時間短，膠固態下的烘烤時間更長，且烘烤溫度更高，塗層厚，幹膜內聚力更大。
按GB/T9286–1998《色漆和清漆 漆膜 的劃格試驗》在實驗室中檢查了每道工序後塗層的附著力，以考察各工序對附著力的影響。
2.1 前處理工藝
2.1.1 擦淨
鋼板表面狀態會影響附著力。車廂基材表面的氧化膜與金屬的結合力較弱，導致後續塗層很容易粘脫剝離。因此工件在塗裝前需通過人工打磨擦淨氧化皮或進行拋丸處理。
2.1.2 除油
油汙的表面張力低，其與金屬及塗料的結合力都很弱，對附著力的影響很大。除油工序主要包含預脫脂、 脫脂等，藥液濃度低、pH 變化、工藝溫度不達標、處理時間過短等都會造成除油不淨。
另外部分板材上的防鏽 油特別難脫除，因此在選擇防鏽油前需進行驗證，合格的油品方可使用。
2.1.3 表調
表調工藝參數異常將導致磷化膜結晶顆粒偏大、膜層疏鬆，進而嚴重影響粉末塗層的附著力。
2.1.4 磷化磷化工藝是影響附著力的重要因素，其控制參數包含總酸度、游離酸度、促進劑濃度、槽液溫度、磷化時間等。車廂工件一般採用三元鋅系磷化，溫度通常控制在40～55°C，時間2～3min。
當參數變化，如槽液溫度 過高，磷化反應劇烈，會損失有效離子含量，導致不規則結晶甚至二次結晶，所得磷化膜顆粒嚴重偏大，且稀疏、不緻密，終使得磷化膜和基材間的附著力下降。
在磷化膜上直接噴塗粉末塗層或電泳塗層(即單塗層工藝)，一般對磷化質量要求較為寬泛，磷化膜結晶粒徑為5～25μm，膜厚1～10μm時即能保證塗膜的附著力。
但是考察不同配套體系的附著力(見表2)時發現，「電泳 + 粉末塗料」體系在磷化膜厚約9μm時附著力不合格。經試驗論證，該體系對磷化膜厚度及結晶狀態要求更嚴格，結晶粒徑為5～10μm，膜厚1～3μm時方可保證終產品的附著力。
圖1顯示了不同結晶粒徑和膜厚的磷化層的金相照片。可見9μm厚的磷化膜較疏鬆，不夠緻密。
2.2 電泳
2.2.1 電泳漆與粉末塗料的匹配性
電泳漆按耐候級別可分為標準型和耐候型。標準電泳漆通常以耐蝕性好的環氧樹脂為主體，其游離的極性基團能與粉末塗層反應形成化學鍵，因此二者間有很好的附著力。
耐候型電泳漆的樹脂主要由環氧、聚酯和丙 烯酸樹脂組成，因為表面張力不同，成膜時表面張力大的樹脂沉於下層，表面張力小的丙烯酸樹脂浮於表層，且沒有活性基團可與上層的粉末塗層交聯，所以兩者間的附著力較差。
在選用耐候型電泳漆前需驗證與粉末塗 層的匹配性。
2.2.2 電泳漆的耐高溫性能
粉末塗料的乾燥條件為(180～190)°C×20min，而通常電泳塗層的乾燥條件為(160～170)°C×20min，如其再經過(180～190)°C×20min的烘烤，可能會幹燥過度，存在與粉末塗層附著不良的風險。
因此需驗證電泳塗層的耐高溫烘烤性，確保其在190°C×60min的條件下性能良好，且烘乾後與粉末塗層的附著力仍為0級。
2.2.3 電泳漆的烘乾條件
粉末塗層較前處理所得膜層與電泳塗層的結合力強，一旦電泳層烘乾不足，易與上道塗層咬合，但當烘乾時間設置過長或溫度設置過高時，電泳漆會過度固化，表面張力增大，導致粉末塗層在電泳層上的附著力下降。
在線前處理和電泳後在不同條件下烘乾試板，檢測乾燥度後再上線掛板噴粉，控制粉末塗層厚度為100～120μm。每種條件選3塊試板測試附著力，結果列於表3。
由表3可知，電泳烘乾條件對塗層附著力的影響較大，烘乾時間過長或溫度過高(超過200°C)容易造成「電泳+粉末」體系的附著力變差。若條件發生變化或工件多次出現在線返工情況，則需重點管控塗層的附著力。2.3 粉末噴塗
2.3.1 粉末噴塗工藝參數
採用靜電噴塗，終確定現場使用的工藝參數為：槍距20～40cm，電壓50～80kV，電流10～40μA，出粉量100～300 g/min。調試多輪工藝參數後發現施工參數只影響塗料的利用率和一次上粉率，不影響附著力。
2.3.2粉末塗料的選擇
雖然粉末塗料已成熟應用於家電、汽車零部件等領域多年，但是由於車廂塗裝的特殊性，所用粉末塗料自成體系，較其他行業要求更高。
粉末塗料的差異使其在與電泳塗層的匹配性上表現不同。選用多種粉末塗料與常見的30種電泳漆配套，部分結果列於表4。
可見只有阿克蘇諾貝爾塗料公司的Interpon A5000與所選電泳漆全部匹配合格，其餘粉末塗料都或多或少與某種電泳漆的匹配性不好，無法滿足附著力要求。
Interpon A5000 與電泳漆的匹配性寬，附著力優異，產品成 熟度高，在多個國家有多年的使用經驗，性能有保證。
該塗料的主要原料為聚酯樹脂，其塗膜在外觀、耐鹽霧性、抗石擊性、耐候性、耐老化性等方面均能滿足車廂的質量要求,它的關鍵性能指標如表 5 所示。
2.3.3 粉末塗層的膜厚
塗料在剛性底材上成膜時，因無法收縮而產生內應力，能抵消附著力，只需較小的外力就可破壞粘合鍵。膜層過厚，內部收縮力對下塗層的剝離效應也較強，會影響塗層間及其與基材的附著力。
粉末塗料型號不變時,膜層越厚，內應力越大，附著力越差。根據經驗，粉末塗層厚度控制在160μm以下，附著力可穩定在0級。
而汽車車廂多採用波紋板，存在較多凹凸面，粉末塗層的厚度分布不均，因此建議控制凹面的膜厚滿足低工程 遮蓋力要求即可，一般為70～80μm；凸面處距離噴粉槍更近，上粉量會更高，膜厚一般能達到120～130μm。
2.3.4 影響粉末塗料固化的因素
固化時間和烘乾溫度不足將導致塗層的脆性增大，在測試附著力時就會剝落。因此為確保塗層的附著力達標，需跟蹤監測生產現場的爐溫曲線，同時檢查該溫度下的附著力。圖2為多輪調試後的粉末烘乾爐的爐溫曲線，可得標準烘乾條件為180°C×20 min。
2.4 粉末塗裝線生產管控要點
2.4.1 前處理線槽液
生產現場每班需監控槽液參數一次，監測工件脫脂狀態、溫度、脫脂鹼度、磷化參數、磷化液中離子含量等。同時要求前處理材料廠家駐點服務，並提供離子含量檢測周報。
2.4.2 電泳烘乾狀態
每天檢測電泳烘房及輸送鏈設備是否合乎工藝狀態，並定期用脫脂棉蘸取丙酮擦拭檢測電泳漆膜的乾燥度。在工藝調試及試生產期間，每天用試驗板作首件，檢查電泳層及粉末塗層的附著力，合格後再生產。穩定後可改為隨機掛板檢測。
2.4.3 爐溫
每周通過爐溫跟蹤儀檢測一次電泳及粉末的烘乾爐的爐溫曲線，同時測試該溫度下塗層的附著力。
2.5 生產現場粉末塗層附著力問題的解決措施
粉末生產線投入使用後，在塗料配套良好，設備狀態均符合工藝要求的情況下，一旦出現附著力不良問題，現場可通過如下方法快速判定問題原因並加以解決。
2.5.1 粉末異常
在標準前處理板上直接噴粉，放入實驗室小烘箱烘烤以判斷粉末是否異常。
2.5.2 前處理和電泳異常
前處理液和電泳漆由不同供應商提供，如生產中遇到異常，較難馬上判斷問題來源。可在調試生產中使用「標準磷化板」，將其直接電泳後噴塗粉末塗料，再測評附著力。
如合格，說明前處理工序出現異常，反之則是電泳工序。該法簡單且快速有效，重現性很好，可有效排查問題，確保量產進度。2.5.3 檢測工具的選擇
用美工刀替代劃格刀，鋼尺輔助穩定美工刀，使用「測試專用膠帶」(如3M公司的Scotch4-1000)可有效提高附著力檢測的準確性。
3.結語
車廂粉末塗裝項目是國內首條採用粉末塗裝的汽車車廂生產線，所得「磷化+電泳+粉末複合塗層」的外觀、機械性能、防腐蝕性能、耐候性等均優於傳統的「電泳+溶劑型單塗層」。
基於粉末塗料有別於其他塗料，磷化膜、電泳層和塗層之間的附著力相互聯繫，牽一髮而動全身，為保障終塗層的質量，本文按工藝流程考察了每道工序對附著力的影響，並給出了控制要點和解決辦法，為其他工廠推廣這一工藝提供一定的參考。