DOI: 10.19289/j.1004-227x.2021.04.007
高明*，张焕亮，毋莹，李兰兰
（浙江吉利新能源商用车集团有限公司，浙江杭州310000）
摘要：调研了国内汽车保险杠喷涂工艺及所用涂料水性化的现状，分析了保险杠涂料水性化的工艺趋势，介绍了常见的保险杠
喷涂工艺流程，包括干式前处理、火焰处理等，制定了水性漆的漆膜性能要求，确定了水性漆验证方案并对2个涂料厂家的产品
予以验证，据此建立了新的保险杠涂装生产线。
关键词：保险杠；喷涂；水性涂料；验证
中图分类号：TS959.3 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2021) 04 – 0281 – 05
Discussion on application of water-based paint for automotive bumper
GAO Ming*, ZHANG Huanliang, WU Ying, LI Lanlan
(Zhejiang Geely New Energy Commercial Vehicle Group Co., Ltd., Hangzhou 310000, China)
Abstract: The automotive bumper spraying processes used in China and the application of water-based paints therein at present were investigated. The development trends of water-based bumper spraying process were analyzed. The common bumper spraying process flows were introduced, including the dry pretreatment and flame treatment. The requirements of coating properties of water-based paints were determined. The water-based paints from two suppliers were verified by various tests. A bumper spraying line was established based on the test results.
Keywords: bumper; spraying; water-based paint; verification
根据《京津冀及周边地区2018–2019年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》(以下简称《方案》)要
求，自2019年1月1日起，“2 + 26”城市中汽车原厂涂料即用状态下的VOCs(挥发性有机化合物)含量限值为580 g/L。2020年3月4日国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会批准发布了强制性国家标准GB 24409–2020《车辆涂料中有害物质限量》，对汽车用零部件涂料中的VOCs进行了限量要求，底漆为≤700 g/L，漆≤770 g/L，清漆≤560 g/L。随着国家环保压力的持续加大，VOCs的排放管控越来越严格，采用低VOC的环境友好型涂料(如水性漆)替代溶剂型涂料，是较彻底地解决VOCs 对大气污染的治本措施。
1 现状调研
从表1可以看出，溶剂型底漆和溶剂型漆均不满足《方案》中VOCs低于580 g/L的要求。对体系内部各供应商的低温溶剂型产品的横向排查也可确定目前使用的溶剂型底漆和漆均不满足排放要求。
表1 某基地保险杠喷涂生产线上溶剂型3C1B涂料在施工状态下的VOCs含量Table 1 Contents of VOCs in solvent-based paints used in 3C1B process for spraying bumpers under working conditions 区域颜供应商施工状态的VOCs含量/ (g·L−1)是否满足新法规
溶剂型底漆 A 730 否
溶剂型漆白 A 680 否黑 A 720 否红 A 720 否银 B 664 否灰 B 644 否
2K清漆 A 560 否
收稿日期：2020–08–17 修回日期：2020–11–17
作者简介： 高明（1972–），男，山东潍坊人，研究生，工程师，研究方向为商用车制造工艺及车身设计。
引用格式： 高明, 张焕亮, 毋莹, 等. 汽车保险杠水性漆工艺应用研讨[J]. 电镀与涂饰, 2021, 40 (4): 281-285.
GAO M, ZHANG H L, WU Y, et al. Discussion on application of water-based paint for automotive bumper [J]. Electroplating & Finishing, 2021,
40 (4): 281-285.
从表2可以看出，国内汽车保险杠的主流喷涂工艺依然为溶剂型3C1B工艺，只有部分厂商的底漆或/和漆采用了水性漆工艺。究其原因，主要有二：一是水性漆与施工特性有关，其施工难度、施工条件等均比溶剂型油漆更大或更高；二是各地区的环评/环保单位也要求采用水性漆，但对于新建的主机厂，保险杠喷涂与车身喷涂是作为一个整体申报时保险杠喷涂比车身涂装小得多，即对于主机厂而言，其水性漆的总占比还是满足要求的。而对于零部件厂而言，涂料的水性化势必是未来的趋势和发展方向。
表2 国内主要整车厂和保险杠喷涂厂的生产工艺及涂料水性化调研情况
Table 2 Investigation on production process and application of waterborne paints
in main auto manufacturers and bumper spraying plants in China
序号主机厂/零部件厂生产地点生产工艺底漆漆清漆
1 大众汽车成都、天津、长春等3C1B 溶剂型1K/2K溶剂型1K溶剂型2K
2 神龙汽车成都、武汉3C1B 溶剂型2K 溶剂型1K溶剂型2K
3 长城汽车保定、徐水、天津等3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
4 长安汽车重庆、北京、合肥等3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
5 丰田汽车广州、天津、成都3C1B 水性1K 水性1K溶剂型2K
6 本田汽车广州、武汉3C1B 水性1K 水性1K溶剂型2K
7 江铃集团南昌3C2B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
8 长沙广汽东阳长沙3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
9 延锋彼欧长沙3C1B 溶剂型2K 溶剂型1K溶剂型2K
10 航天模塑保定涿州3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
11 瑞驰丰达天津武清3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
12 诺博汽车徐水、保定长城3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
13 广汽乘用车宜昌3C1B 水性1K 水性1K溶剂型2K
14 青岛双林青岛3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
15 大众宁波延锋3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
16 福特重庆平伟3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
17 吉利杭州湾、北仑、春晓等3C1B 溶剂型1K 溶剂型1K溶剂型2K
18 吉利商用车义乌3C1B 溶剂型1K 水性1K溶剂型2K
19 北汽模塑北京3C3B 溶剂型2K 1)水性1K溶剂型2K
1) 实验室已验证，待切换。
2 保险杠喷涂工艺
2. 1 前处理
无论是水性还是溶剂型涂料，也无论是3C1B还是3C2B工艺，前处理必不可少。前处理现有两种：一种为传统的且依然为主流的水洗工艺，采用脱脂剂对保险杠表面进行清洗，清洗完成后进行水分烘干，优点是清洗效果好，缺点是投资大、占地面积大、运行能耗大等；另一种是干式前处理，采用雪花或干冰进行处理，其原理为固态干冰或雪花覆盖在工件表面后体积急速膨胀(约增大700倍)，通过膨
胀力令工件表面的油污、杂质剥离并将其带走，优点是占地面积小、能耗小，缺点是清洗效果欠佳，需要人工擦拭等作为辅助[1]。
2. 2 火焰处理
保险杠材料的主流是改性PP(聚丙烯)，其表面张力一般仅为31 mN/m或是更低，而低表面张力表面对油漆的浸润性和附着性均很差。为提高工件喷漆后涂膜的附着力，国内及欧美系大都有火焰处理工艺，即采用1 000 ~ 2 000 °C的高温火焰处理工件表面[2]。由于火焰的氧化降解作用，PP表面的碳链降解并生成活性基团(如被氧化成羧基等)，从而达到材料表面改性和活化的目的，提高了材料的表面张力(可达到40 mN/m以上)。近几年，有保险杠材料厂商开发出免火焰处理材料，通过添加少量极性助剂就可以有效提高PP的表面张力[3]。此方法既改善了基材表面活性，又减少了涂装线的火焰处理室体和专有设备的投入费用，还降低了生产运行时的能耗费用。
2. 3 喷涂工艺
保险杠的溶剂型3C1B是一种主流且成熟的工艺，近几年新建的生产线基本采用了全喷涂机器人及大比例循环风的方式运行，此方式最大的优势是降低了能耗，同时取消了浓缩转轮的投入，喷漆废气可直接进入RTO(蓄热式焚烧炉)进行燃烧。
水性3C1B工艺比溶剂型需要更为严格的施工环境，而且在底漆和漆后均需要进行闪干，以保证漆膜的含水率降低到一定的水平，否则易产生针孔等漆膜弊病。
吉利新标志经与各大油漆厂家进行详细的技术交流，梳理出保险杠水性喷涂线的现状及应用情况(见表3)：欧美系是一大类，大多为3C2B，其底漆的水性漆比例已经高达60%[4]；国内和日系是另一大类，一般采用水性3C1B工艺。
表3 2种典型水性喷涂线的应用情况
Table 3 Application of two typical water-based spraying lines
材料供应商
体系喷涂
工艺
素材要求涂层材料
t(流平)/
min
θ(烘干)/
°C
t(烘干)/
min
欧美3C2B
须火焰处理，要求
表面张力大于40 mN/m
水性2K底漆 5 ~ 10 80 15 ~ 30
水性1K/2K漆 3 ~ 5 80 10 ~ 30
日系3C1B 表面张力大于
30 mN/m
水性1K底漆 1 ~ 2 80 4
水性1K漆 3 ~ 5 80 5
3 水性漆配套试验验证
3. 1 验证方案
对欧美涂料厂家采用的3C2B工艺和日系涂装厂家采用的3C1B进行试验验证。水性导电底漆分为1K和2K，漆为1K水性漆，清漆为2K溶剂型。各油漆厂家推荐的涂料类型及施工参数验证方案见表4。需要特别说明的是，表4仅作参考，不同主机厂、不同保险杠材料在选择上可能有所不同。
表4 不同涂料厂家的涂料类型及施工参数
Table 4 Process parameters of paints from different suppliers
供应商材料类型固含量/ % t(流平)/ minθ(烘干)/ °C t(烘干)/ min
沃尔瓦格水性2K底漆31 ~ 37 10 80 15 ~ 30 水性1K漆38 ~ 42 7 70 ~ 80 10 清漆(高固)37 ~ 43 7 80 30
艾仕得
水性2K底漆 6 ~ 10 80 15 ~ 20 溶剂型1K底漆30 ~ 34 3 ~ 5 80 3
水性1K漆 3 ~ 5 80 8 ~ 10 清漆(高固)44 ~ 48 5 ~ 8 85 40
巴斯夫水性1K底漆 5 80 5 水性1K漆 5 80 5 清漆(高固)7 85 30
关西水性1K底漆32 ± 2 3 ~ 5 80 4 水性1K漆
白：40 ± 3；
其余颜：25 ± 3
3 ~ 5 80
4 清漆(高固)57 ± 3 7 ~ 10 80 20
恩碧
水性1K底漆31 ≥1 80 4 水性1K漆(素白)43 2 ~ 5 80 5 水性1K漆(云母红)23 2 ~ 5 80 5 水性1K漆(云母黑)21 2 ~ 5 80 5 2K清漆(高固)48 ~ 57 5 ~ 10 80 20
3. 2 检验标准
由于水性漆还没有相应的漆膜检测标准体系，经商谈先以本司溶剂型涂料标准为蓝本，对照已有应用的国内与合资品牌车企的水性涂料标准，寻出差异点，并整理出水性漆试验检测标准，见表5。
表5 低温水性漆的漆膜性能要求
Table 5 Requirements of coating properties for low-temperature waterborne paint
序号检验项目标准
1 杯突试验≥5 mm，基材为马口铁板
2 柔韧性≤1 mm，单层漆，基材为马口铁板
3 划格附着力(2 mm)≤1级
4 擦刮附着力0级
5 铅笔硬度≥B，基材为马口铁板
6 耐水性40 °C水中连续浸泡240 h，变0级、起泡0级、划格附着力≤1级
7 耐碱性0.1 mol/L NaOH 浸泡24 h，变0级、起泡0级、划格附着力≤1级
8 耐酸性30% H2SO4浸泡24 h，变0级、起泡0级、划格附着力≤1级
9 耐汽油性92号汽油浸泡4 h，变0级、起泡0级、划格附着力≤1级
10 抗石击性(500 g)以0.2 MPa冲击1次，划格附着力≤2级
11 耐热性90 °C × 500 h，变0级、起泡0级、划格附着力≤1级
12 耐潮湿14 d，起泡0级、变0级、失光0级、划格附着力≤1级
13 耐温变变0级，起泡0级，划格附着力≤1级
14 耐冲击性(1 kg)≥30 cm
15 耐候性(2 000 h)剥落0级，粉化0级，起泡0级(显微镜下)光泽变化：≤10%；划格附着力：≤1级
16 自然曝晒
在佛罗里达地区户外存放2年，无明显起泡、剥落或脱层，
无明显开裂或微裂缝，变≤1级，光泽变化≤10%，DOI(鲜映性)变化≤10%，划格附着力≤1级，同时满足吉利的企业标准Q/JLY J7210089B–2019对整车自然曝晒的要求
17
返喷性能
(放置24 h后返喷1遍)
差(45°)：∆E≤2；硬度：≥B；划格附着力：≤1级；
光泽变化：≤10%
18 禁限用物质含量底漆、漆、清漆均满足吉利的企业标准Q/JL J160001–2017
19 抗高压水冲击(120 bar)附着力0 ~ 1级
3. 3 试验结果
本文只选取了2个厂家的试验结果，见表6。经验证，除沃尔瓦格的高压水冲击受试验设备限制只做到70 bar之外，其他均合格。
表6 2家产品的试验结果
Table 6 Test results of products from two suppliers
序号检验项目
试验结果
沃尔瓦格(欧美系)关西(日系)
1 杯突试验 5 mmm 5 mm
2 柔韧性 1 mm 1 mm
3 划格附着力(2 mm)0级0级
4 擦刮附着力0级0级
5 铅笔硬度HB HB
6 耐水性外观无明显变化，附着力≤1级起泡、变、失光、附着力均为0级
7 耐碱性外观无明显变化起泡、变、失光、附着力均为0级
8 耐酸性外观无明显变化起泡、变、失光、附着力均为0级
9 耐汽油性外观无明显变化起泡、变、失光、附着力均为0级
10 抗石击性附着力2级附着力2级
11 耐热性外观无明显变化起泡、变、失光、附着力均为0级
12 耐潮湿外观无明显变化，附着力≤1级起泡、变、失光、附着力均为0级
13 耐温变外观无明显变化起泡、变、失光、附着力均为0级
14 耐冲击性(1 kg)30 cm 30 cm
15 耐候性参照同系产品报告参照同系产品报告
16 自然曝晒参照同系产品报告参照同系产品报告
17 返喷性能合格合格
18 禁限用物质含量参照同系产品报告参照同系产品报告
19 抗高压水冲击70 bar 1)下合格120 bar下合格
1) 受试验设备所限，只有70 bar。
4 应用
参照前期对水性漆材料的验证结果，结合项目自身的特点，规划设计了一条30 JPH的保险杠(PP材料)涂装线，选择了3C1B水性漆喷涂工艺，即“PP静电底漆+ 水性漆+ 高固含双组分清漆”，前处理采用“人工擦拭+ 干冰处理”的工艺方案。
涂装线的工艺流程：上件→人工擦拭→干冰处理→底漆喷涂→流平→漆喷涂→预烘干→清漆喷涂→烘干→抛光/检查→下件。
底漆喷涂：膜厚6 ~ 8 µm，流平时间≥10 min。
漆喷涂：乌雅黑膜厚10 ~ 15 µm，简约白膜厚20 ~ 25 µm。
漆预烘干：升温时间120 s，保温时间240 s，强冷120 s。
清漆喷涂：膜厚50 ~ 55 µm，流平时间≥8 min。
烘干：温度85 ~ 90 °C，时间25 ~ 30 min。
主要工艺设备：喷漆室采用干式喷房，恒温恒湿设计，冬季温度(23 ± 2) °C，夏季温度(25 ± 2) °C，
相对湿度(65 ± 5)%；调漆间和输调漆系统按照水性漆技术要求设计；采用机器人自动空气喷涂系统喷漆，清漆采用机器人自动静电喷涂。
经过3个多月的现场多轮调试，最终检测漆膜外观数据，见表7。
表7 保险杠喷涂成品的橘皮测量数据
Table 7 Result of orange peel measurement for the sprayed bumpers
样件测量点LW SW DOI
后保险杠1 5.3 7.6 95.7
2 7.
3 8.8 95.5
3 4.2 9.1 95.7
前保险杠1 6.2 9.8 95.2
2 4.9 8.5 95.6 2 5.1 9.5 95.6
目前该涂装线已形成批量生产能力，且可实现最终的漆膜外观品质及性能要求，附着力达到0级，铅笔硬度达到HB，光泽、DOI均能达到85以上。
这一项目的实际应用可为新建保险杠涂装线规划和老线改造升级提供参考。
参考文献：
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