摘要：鑒于汽車涂裝線水性涂料工藝的應(yīng)用越來越廣泛，就汽車涂裝線輸調(diào)漆系統(tǒng)的水性涂料應(yīng)用及設(shè)備要求、設(shè)備選型配置等進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：輸調(diào)漆；水性涂料；低剪切；穩(wěn)壓

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)性有機化合物)排放，水性涂料的應(yīng)用在汽車涂裝工藝中將逐步取代溶劑型涂料并成為主流，為適應(yīng)水性涂料的設(shè)備要求，傳統(tǒng)溶劑型涂料的涂裝設(shè)備如：機器人噴涂系統(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)漆系統(tǒng)（集中循環(huán)供漆噴涂系統(tǒng)）作為涂裝涂料的輸送、調(diào)壓、調(diào)溫設(shè)備，在水性涂料應(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。

 1 水性涂料的應(yīng)用特性

1.1 發(fā)泡性

       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，添加了為改進(jìn)樹脂分散而加入的界面活性劑，受其影響，水性涂料產(chǎn)生的氣泡變得穩(wěn)定不易消失。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。

1.2 黏度

水性涂料較傳統(tǒng)溶劑型涂料黏度高20～30s，涂料呈現(xiàn)黏稠狀，流動性較差，對泵的選擇要有動力要求（見表1）。

表1 水性涂料和溶劑型涂料的比較

1.3 表面張力

水性涂料的表面張力大于溶劑型涂料表面張力，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

2 水性涂料對輸調(diào)漆系統(tǒng)的要求

       根據(jù)水性涂料的應(yīng)用特性，水性涂料的應(yīng)用對輸調(diào)漆系統(tǒng)設(shè)備的要求如下（相比較溶劑型涂料設(shè)備）：

       (1)由于水性涂料導(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，所有接觸水性涂料的部位材質(zhì)必須為SUS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)大部分水性涂料廠家應(yīng)用不銹鋼304、304L，部分新建涂裝線有采用SUS316。

       (1)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。

       (2)避免攪拌器在涂料攪拌過程中的漩渦引起空氣進(jìn)入流體及產(chǎn)生分層現(xiàn)象。

       (3)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。

       (4)由于水性涂料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。

       (5)由于水性涂料的清洗劑主要成分為純水和少量親水溶劑，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)溶劑型涂料的溶劑輸送設(shè)備中，溶劑不需經(jīng)過管中管換熱系統(tǒng)。

       (6)由于水性涂料的高黏度，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0.3～0.7m/s，而水性色漆的流速則要求為0.15～0.4m/s。

       (7)水性涂料在輸調(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。

3 水性輸調(diào)漆系統(tǒng)的設(shè)備配置

3.1 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)中的墻置式涂料調(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)置對涂料產(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)水性涂料的生產(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，在水性涂料上也有不少的應(yīng)用。

3.2 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，水性涂料的應(yīng)用既有用氣動泵也有用液壓泵，如東風(fēng)本田水性涂料用氣動泵進(jìn)行輸漆，江淮新轎車線水性涂料采用液壓泵，奇瑞第四涂裝線采用液壓泵來滿足水性涂料的輸送要求，氣動泵應(yīng)考慮其排氣污染性和水性涂料的縮孔敏感性問題。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。

式中：

d——涂料管道橫截面直徑，cm；

Hv——每活塞沖程的體積，L；

V——流速，m/s；

N——沖程次數(shù)，1/min。

同時水性涂料的流速比溶劑型涂料慢，要求為0.15～0.4m/s。對于水性涂料，其輸漆泵連續(xù)工作時泵的往復(fù)頻率介于12～20cpm（每分鐘的循環(huán)量）為最佳。

表3各種泵的應(yīng)用比較

3.3 穩(wěn)壓器

       水性涂料*不銹鋼隔膜式穩(wěn)壓器（見圖1），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)與涂料分隔，可防止涂料被污染，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1 隔膜式穩(wěn)壓器

3.4 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地進(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，最重要的是使涂料罐內(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)涂料罐的直徑與高度進(jìn)行設(shè)計。同時攪拌器的攪拌速度也會影響涂料攪拌的效果，攪拌速度過快，會造成對涂料的剪切而破壞水性涂料的性能，也會使涂料罐內(nèi)產(chǎn)生漩渦從而影響涂料的均勻一致性，過慢的攪拌會使涂料在罐內(nèi)的運動速度不夠，也會造成涂料的沉淀。對于水性涂料應(yīng)使用低剪切攪拌器，常見的攪拌器如圖2所示。

圖2 攪拌器示意圖

3.5 涂料罐

       涂料罐分循環(huán)罐及調(diào)漆罐，鑒于目前涂料廠家提供的水性涂料在出廠前就已調(diào)節(jié)好黏度及助劑，不需要在涂裝線上重新調(diào)漆，部分水性涂料涂裝線不單設(shè)調(diào)漆罐，節(jié)約一定的費用投資，在日系車企較為常見。涂料罐應(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，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，減少水性涂料結(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。涂料罐的桶蓋有平頂式和圓頂式兩種較為常見，部分水性涂料生產(chǎn)線采用平頂式結(jié)構(gòu)，部分采用圓頂式結(jié)構(gòu)。近期國內(nèi)部分公司研發(fā)的專門應(yīng)用于水性涂料的全密封特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計的圓頂式涂料桶，可最大限度地減少涂料的揮發(fā)成分流失，減少水性涂料的結(jié)皮。需特別注意的是水性涂料的回流管設(shè)計，涂料從罐頂返回時應(yīng)通過導(dǎo)向管進(jìn)入罐內(nèi)防止水性涂料的飛濺、氣泡，同時防止飛濺附著在罐壁的涂料對涂料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。

3.6 背壓調(diào)壓器

       背式壓力調(diào)節(jié)器是輸調(diào)漆系統(tǒng)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，對于水性涂料需要低剪切型背壓器。

3.7 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)，對于水性金屬涂料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涂料的剪切力最小，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6倍管徑，以減少壓力損失和沉淀等。

4 結(jié)語

       在水性涂料的應(yīng)用上，輸調(diào)漆系統(tǒng)除了上述主體設(shè)備外，其他細(xì)節(jié)的地方也不可忽略，如：鑒于水性涂料嚴(yán)格的施工溫濕度范圍，在涂料的溫控系統(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。鑒于水性涂料的清洗溶劑為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)水性涂料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，對于水性涂料在輸調(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。