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(jī)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(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)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(shí)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(xiàng)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(huì)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(jì)、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(dòng)性較差,對泵的選擇要有動(dòng)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(shí)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(gè)系統(tǒng)要求為低剪切設(shè)計(jì),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(jì)。
(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(shí)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(jì)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(gè)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(shí)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(shí)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(dòng)力模式分為氣動(dòng)泵、液壓泵、電動(dòng)泵,國內(nèi)汽車廠家暫無電動(dòng)泵應(yīng)用實(shí)例,絕大部分廠家采用氣動(dòng)泵及液壓泵,水性涂料的應(yīng)用既有用氣動(dòng)泵也有用液壓泵,如東風(fēng)本田水性涂料用氣動(dòng)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(dòng)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(diǎn),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(jì)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(shí)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(shí)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(diǎn),同時(shí)其采用特殊結(jié)構(gòu)膜片設(shè)計(jì),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(dòng)小于±0.5kg/cm2。穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓介質(zhì)一般有采用氮?dú)夥€(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(shí)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(dòng)攪拌器及電動(dòng)攪拌器,氣動(dòng)攪拌器相比電動(dòng)攪拌器,具有較好的經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)可以通過控制流入氣量的大小便捷地進(jìn)行手動(dòng)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(jì)。同時(shí)攪拌器的攪拌速度也會(huì)影響涂料攪拌的效果,攪拌速度過快,會(huì)造成對涂料的剪切而破壞水性涂料的性能,也會(huì)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(huì)使涂料在罐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度不夠,也會(huì)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(fèi)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(jì)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(jì),涂料從罐頂返回時(shí)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(shí)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(jì)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(shí)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(shí)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(dòng)配比系統(tǒng)。同時(shí)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(jì)及選型細(xì)節(jié)上進(jìn)行深度的探究。