摘要：鑒于汽車(chē)涂裝線(xiàn)水性涂料工藝的應用越來(lái)越廣泛，就汽車(chē)涂裝線(xiàn)輸調漆系統的水性涂料應用及設備要求、設備選型配置等進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：輸調漆；水性涂料；低剪切；穩壓

前言

       為促進(jìn)汽車(chē)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，水性涂料的應用在汽車(chē)涂裝工藝中將逐步取代溶劑型涂料并成為主流，為適應水性涂料的設備要求，傳統溶劑型涂料的涂裝設備如：機器人噴涂系統、輸調漆系統、預烘干設備、空調制冷除濕設備、噴漆室、廢漆處理設備等必須進(jìn)行相應的變更。輸調漆系統（集中循環(huán)供漆噴涂系統）作為涂裝涂料的輸送、調壓、調溫設備，在水性涂料應用方面，為了實(shí)現水性涂裝的穩定品質(zhì)，需要進(jìn)行包括穩壓器、輸漆泵、背壓閥、攪拌器等多項設備的細節變更。

 1 水性涂料的應用特性

1.1 發(fā)泡性

       在發(fā)泡性方面，水與溶劑相似，本來(lái)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(shù)脂分散而加入的界面活性劑，受其影響，水性涂料產(chǎn)生的氣泡變得穩定不易消失。輸漆系統在設備方面需要考慮攪拌器的攪葉形狀設計、攪拌器的轉速設定等。

1.2 黏度

水性涂料較傳統溶劑型涂料黏度高20～30s，涂料呈現黏稠狀，流動(dòng)性較差，對泵的選擇要有動(dòng)力要求（見(jiàn)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)潛熱遠高于溶劑，同時(shí)導電率高，由于導電性大容易出現電蝕反應，易導致輸調漆設備的管路氧化、生銹(見(jiàn)表2)。

表2 水和溶劑的特性比較

2 水性涂料對輸調漆系統的要求

       根據水性涂料的應用特性，水性涂料的應用對輸調漆系統設備的要求如下（相比較溶劑型涂料設備）：

       (1)由于水性涂料導電性大容易出現電蝕反應，易對設備產(chǎn)生氧化、生銹，為防止設備及管路的腐蝕，減少銹斑變成碎屑混入涂料內形成顆粒的幾率，所有接觸水性涂料的部位材質(zhì)必須為SUS不銹鋼材質(zhì)。傳統的碳鋼泵不能采用，管路考慮SUS304及以上型材，國內大部分水性涂料廠(chǎng)家應用不銹鋼304、304L，部分新建涂裝線(xiàn)有采用SUS316。

       (1)配管中不能使用不同種類(lèi)的金屬材質(zhì)，防止不同材質(zhì)產(chǎn)生的電位差帶來(lái)的電蝕。

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

       (3)對整個(gè)系統要求為低剪切設計，從攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩壓器、過(guò)濾器等皆為低剪切設計。

       (4)由于水性涂料對施工溫濕度的要求嚴格，需要輸調漆系統的溫控精度在（23±0.5）℃內，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，所以需要增設純水供給裝置取代溶劑輸送系統，同時(shí)純水供給裝置需要經(jīng)過(guò)管中管溫控后輸送至各工位，在傳統溶劑型涂料的溶劑輸送設備中，溶劑不需經(jīng)過(guò)管中管換熱系統。

       (6)由于水性涂料的高黏度，輸調漆系統需提高泵的輸送能力。溶劑型色漆在循環(huán)系統中的流速要求為0.3～0.7m/s，而水性色漆的流速則要求為0.15～0.4m/s。

       (7)水性涂料在輸調漆系統的投產(chǎn)前清洗需要更為細致的清洗步驟：清洗稀釋劑→親水性稀釋劑→樹(shù)脂清洗→純水洗。

3 水性輸調漆系統的設備配置

3.1 循環(huán)方式

       水性輸調漆系統的循環(huán)方式通常采用兩線(xiàn)循環(huán)。兩線(xiàn)循環(huán)系統的槍站設計不需要三線(xiàn)系統中的墻置式涂料調壓器，通過(guò)使用一個(gè)槍下調壓器或槍下Y形接頭來(lái)控制噴槍的噴涂流量，降低了調壓器的設置對涂料產(chǎn)生的剪切力，同時(shí)管路元件相對較少、系統換色清洗方便等，在國內水性涂料的生產(chǎn)線(xiàn)上，應用最為普遍。在國外的部分工廠(chǎng)，由于三線(xiàn)式涂料循環(huán)系統有一定的靈活性，同時(shí)較容易擴張，系統通常有較高的壓力、流量、循環(huán)速率的可調性等，在水性涂料上也有不少的應用。

3.2 輸漆泵

       按動(dòng)力模式分為氣動(dòng)泵、液壓泵、電動(dòng)泵，國內汽車(chē)廠(chǎng)家暫無(wú)電動(dòng)泵應用實(shí)例，絕大部分廠(chǎng)家采用氣動(dòng)泵及液壓泵，水性涂料的應用既有用氣動(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(chē)線(xiàn)水性涂料采用液壓泵，奇瑞第四涂裝線(xiàn)采用液壓泵來(lái)滿(mǎn)足水性涂料的輸送要求，氣動(dòng)泵應考慮其排氣污染性和水性涂料的縮孔敏感性問(wèn)題。按結構分為柱塞式、離心式、活塞式，鑒于柱塞泵的穩定性和低剪切力、適應的黏度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其應用最為廣泛，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，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，其輸漆泵連續工作時(shí)泵的往復頻率介于12～20cpm（每分鐘的循環(huán)量）為最佳。

表3各種泵的應用比較

3.3 穩壓器

       水性涂料*不銹鋼隔膜式穩壓器（見(jiàn)圖1），其具有流道光滑、流阻小等特點(diǎn)，同時(shí)其采用特殊結構膜片設計，具有極好的密封性和穩壓效果；蓄能介質(zhì)與涂料分隔，可防止涂料被污染，穩壓效果持久，保證輸出壓力脈動(dòng)小于±0.5kg/cm2。穩壓器的穩壓介質(zhì)一般有采用氮氣穩壓及壓縮空氣穩壓兩種，常用穩壓器還有罐式穩壓器，但在實(shí)際中由于其穩壓效果不穩定采用較少。

圖1 隔膜式穩壓器

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)濟性，同時(shí)可以通過(guò)控制流入氣量的大小便捷地進(jìn)行手動(dòng)調整攪拌器轉速。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沒(méi)有死角，因此，選擇攪拌器的槳葉直徑和轉軸的長(cháng)度必須根據涂料罐的直徑與高度進(jìn)行設計。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(guò)快，會(huì )造成對涂料的剪切而破壞水性涂料的性能，也會(huì )使涂料罐內產(chǎn)生漩渦從而影響涂料的均勻一致性，過(guò)慢的攪拌會(huì )使涂料在罐內的運動(dòng)速度不夠，也會(huì )造成涂料的沉淀。對于水性涂料應使用低剪切攪拌器，常見(jiàn)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)罐及調漆罐，鑒于目前涂料廠(chǎng)家提供的水性涂料在出廠(chǎng)前就已調節好黏度及助劑，不需要在涂裝線(xiàn)上重新調漆，部分水性涂料涂裝線(xiàn)不單設調漆罐，節約一定的費用投資，在日系車(chē)企較為常見(jiàn)。涂料罐應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，保證罐內壁不易掛漆，減少水性涂料結皮的可能性；桶體、桶蓋密封結構具有良好的密封性，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(jiàn)，部分水性涂料生產(chǎn)線(xiàn)采用平頂式結構，部分采用圓頂式結構。近期國內部分公司研發(fā)的專(zhuān)門(mén)應用于水性涂料的全密封特殊結構設計的圓頂式涂料桶，可最大限度地減少涂料的揮發(fā)成分流失，減少水性涂料的結皮。需特別注意的是水性涂料的回流管設計，涂料從罐頂返回時(shí)應通過(guò)導向管進(jìn)入罐內防止水性涂料的飛濺、氣泡，同時(shí)防止飛濺附著(zhù)在罐壁的涂料對涂料整體性能造成的不良影響。最佳方式為設計成側底部回流。

3.6 背壓調壓器

       背式壓力調節器是輸調漆系統的重要組件，用于控制系統管路中的壓力以滿(mǎn)足噴涂參數的需要，常用的有低剪切型和非低剪切型。傳統的球體式和座式調節器能在涂料通過(guò)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(guò)濾器及管路系統

       過(guò)濾器分袋式過(guò)濾器和濾芯過(guò)濾器，過(guò)濾器應為不銹鋼材質(zhì)，對于水性金屬涂料選用振蕩式過(guò)濾器效果更佳。在流量選擇上，大流量過(guò)濾器對水性涂料的剪切力最小，建議選用。輸調漆系統的管路考慮SUS304及以上型材，建議使用304L、316規格型材。同時(shí)管件內壁越光滑越好，接頭可采用衛生式接頭或卡套式接頭，不宜采用螺紋接頭，接頭內徑與管內徑應保持一致，管路的轉彎與升降盡可能地少，轉彎半徑需要大于6倍管徑，以減少壓力損失和沉淀等。

4 結語(yǔ)

       在水性涂料的應用上，輸調漆系統除了上述主體設備外，其他細節的地方也不可忽略，如：鑒于水性涂料嚴格的施工溫濕度范圍，在涂料的溫控系統上應選用管中管系統，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DI純水罐和親水溶劑罐輸送系統，在兩罐之間為提高混合精度可設置自動(dòng)配比系統。同時(shí)部分控制要求嚴格的生產(chǎn)線(xiàn)，增設水性涂料pH值監控系統。輸調漆系統的設備及質(zhì)量將直接影響噴涂車(chē)身的涂裝質(zhì)量，對于水性涂料在輸調漆系統上的應用需在設備設計及選型細節上進(jìn)行深度的探究。