水性涂料的涂装工艺特性及其质量问题分析黄炳辉

水性涂料的涂装工艺特性及其质量问题分析黄炳辉

黄炳辉

东莞市永强汽车制造有限公司广东东莞523407

摘要：水性涂料的规模化应用是涂装领域主要的发展方向之一。水性涂料与油性涂料在物理性质上存在巨大的差别，有其自身固有的涂装工艺特性和涂装质量缺陷，在实际应用过程中不可避免的出现一些新的问题。本文就水性涂料固有的涂装工艺特性及常见质量问题进行分析和探讨。

关键词：水性涂料涂装；汽车涂装；质量缺陷；解决措施

0.前言

水性涂料是最好环保涂料之一，各发达国家将其视为溶剂型涂料的理想替代品，我国也在加快推广水性涂料的使用，以减少工业废气对大气的污染。近年，国家和地方政府在密集推出环保政策法规，要求新建项目必须要使用一定比例的水性涂料，同时加大企业违规排放的惩罚力度，倒逼企业使用环保涂料。未来水性涂料将是涂装技术发展的主要方向。

1.水性涂料现状

我国汽车行业主机厂的底漆为阴极电泳，基本全面普及，目前色漆和清漆是水代油的主攻方向，一汽大众、上汽通用、广汽本田、福田等主机厂已部分实现水性色漆和清漆的应用，奥迪等高端汽车品牌的修补漆也已实现全部水性化。在环保政策的高压下，水性涂料对家电、家具、工程机械等行业的市场占有率也在逐年提高。

水性涂料已发展出各种类型的系列涂料，如常用品种环氧、有机硅改性、丙烯酸、聚氨酯等涂料已经很成熟,还有一些具有特定功能的涂料，如防锈、耐高温、抗腐蚀、耐磨等也可以规模化应用。与油性涂料一样，其特性不同适用范围也不相同，如水性丙烯酸涂料常用于家电、家具上，工程机械、汽车等行业常用环氧底漆配套聚氨酯面漆。

目前，同等价位情况下水性涂料比油性涂料性能指标稍差，同等性能及用量情况下，水性涂料的综合使用成本比油性涂料的综合使用成本高10%-20%，但在政策及市场的双重推动下，相信未来水性涂料的使用成本会逐步降低至在油性涂料成本之下，毕竟有机溶剂的成本比水高很多。

2.影响水性涂料涂装工艺参数的主要因素

与传统的油性涂料相比，水性涂料最大的区别是其成膜物质为乳化树脂或水溶性树脂，这样可以用水代替有机溶剂作为涂料的稀释剂。水性涂料中的水分含量为30-60%，漆膜的干燥成膜过程便是这部分水分完全挥发的过程，水和有机溶剂在空气中挥发的区别便是涂装工艺的区别。

2.1作业环境对涂装的影响

水性涂料施工时对环境的适应性相对较差。成膜是涂料中的成膜物质相互粘连形成连续的膜的过程，该过程发生的速度与涂料中的有机溶剂或水的挥发速率高度关联。水性涂料的稀释剂是水，水的挥发速度与空气湿度成反比，空气湿度越大，水的挥发速度越慢，当空气湿度大于80%时，水的挥发速度非常慢，基本不适合水性涂料的涂装。温度的高低也会影响水分的挥发速度，进而影响着涂料的干燥时间，使水性涂料在不同的温度下干燥速度波动较大。风速和换风量能够显著的影响水分的挥发速度，因而对漆膜干燥速度的影响也很显著。

2.2颜填料沉淀速度的影响

水性涂料在不加增稠剂的情况下，低剪切粘度很低，颜填料自然沉降的速度很快，且颜填料沉降后很快粘结，不借助专业设备很难将其分散至合格的细度，涂料将报废。因此，水性涂料在储运过程中一般都添加增稠剂，使涂料维持较高的低剪切粘度，避免颜填料沉淀。然而，低剪切粘度对涂料施工时的流平是有害的，在施工时必须在涂料中加水稀释，以减少低剪切粘度对施工的影响，但水量的增加会影响漆膜的干燥成膜速度，涂料变稀后也会造成颜填料的快速沉淀，进而对涂装工艺参数造成影响。

2.3一次成膜厚度的影响

因水性树脂的生产技术的限制，使其固含量相对油性树脂低，这导致了涂料的固含量偏低，一次成膜厚度相对较低，膜的丰满度相对较差。水性涂料的水分挥发速度相对较慢，厚涂或短时间内重涂都不太容易实现。这些因素使得在同样的工艺条件和质量要求下，水性涂料喷涂的道数比油性涂料多。

2.4腐蚀性的影响

水性涂料的分散稀释剂是水，虽然部分涂料中添加有缓蚀剂，但长时间与碳钢接触也会对其造成腐蚀。与涂料长期接触的工具设备如包装容器、输送泵、输送管道等应选用不锈钢或塑料这类不易被腐蚀的材质制作，避免腐蚀产物对涂料造污染或变质。

3.涂装工艺条件的控制措施

3.1喷涂室工艺条件的控制

水性涂料涂装时对环境温湿度有较高的敏感性，需可调节温湿度的喷漆室来满足其要求。想要做好喷涂室的工艺控制，必须要保证以下基本条件是可控的。一是控制喷涂室的温、湿度，要确保喷涂区域内的温度控制在15℃-30CO范围内，湿度控制在25%-70%之间，该参数范围内既能保证水分有效挥发，又适合喷涂作业，同时与绝大部分地区的自然温湿度相同，能有效减少能耗。二是控制好喷涂室的风速。对于水性涂料的喷涂而言，合理的风速既能提高涂料的涂覆率，同时还能促使涂料中的水分快速挥发，增加附着涂料的固含量，使漆膜厚度增加的同时不会造成流挂出现。

3.2自干流平区工艺条件的控制

在使用厚喷或湿碰湿涂装工艺时，自干流平区的湿度、温度和风速对水性涂料尤为重要，是决定该类涂装工艺能否顺利实施的关键。湿度、温度和风速三个关键参数应同时控制，综合考量。一般情况下，该区域应温度应为室温，当温度大于10℃时可不进行人工控制，湿度小于80%时，也可以不进行人工控制，但应使用1m/s以上的风速吹拂，以促进水分挥发。三个参数中，风是相对廉价且可控的因素，实践中应以通风为主，温湿度控制为辅的方法对三种参数进行综合调试，以满足要求。

3.3烘烤室工艺条件的控制

烘烤温度与油性涂料一样，是根据涂料的交联固化温度来决定的，可根据涂料的参数进行设定，可控性不高。换风次数和风速相对于水性涂料而言，要重要得多，风速可加速水分的挥发速度，加快漆膜的干燥成膜速度，换风次数则可以降低烘烤室中空气的湿度，也可以提高漆膜干燥速度，但过高的换风次数会带走烘烤室内的热量，增加能耗。实践中应根据漆膜厚度，反复测试风速和换风次数与能耗之间的关系，选择最佳指标。

3.4输漆系统的控制

在设计输送系统管道时，应选用大直径管道，并确保整个管道设计没有死角，使输送管道内的液体流通顺畅，以避免颜填料的沉淀干结问题。对于输送管道的选材，应该以不锈钢、塑料为主，不可采用铁制设备，以避免长期使用过程中受到腐蚀，造成涂料变色或混入颗粒状杂质等问题，为提高喷涂质量提供保障。

稀释后的涂料应处于搅拌或快速流动的状态，以避免出现沉淀。储漆罐必须要严格密封，避免水性涂料在搅拌器上的干结，避免油性涂料、油脂、粉尘的污染，影响涂装质量。

4.水性涂料常见的质量缺陷病因及分析

4.1刮痕

一般情况下，漆面出现刮痕多数原因是由于面漆对底层的填充率不足或是底层打磨时砂纸过粗，导致表层漆膜无法平整一至。这种现象一般出现在湿碰干喷涂工艺中，原因是水性涂料的一次成膜厚度相对较薄，面漆的丰满度不够，无法覆盖前道漆面的打磨痕迹。解决的办法一是增加一道面漆来提高漆膜的填充覆盖能力；二是将前道工序打磨用的砂纸改成高标号的细砂纸，可以有效减少打磨而产生的刮痕。

4.2流挂

导致水性涂料流挂的因素较多，与油性涂料相比，产生流挂的原因除了稀释过量、湿膜太厚外还有其它原因。回潮气象、工件处在露点以下或湿度达到100%的天气都会造成空气中的水分在工件表面凝结，造成附着涂料变稀，导致流挂现象发生。解决的办法是检测空气中的湿度、温度、工件表面温度、涂料施工粘度和湿膜厚度等，查找出异常指标，并依据实际情况对其工艺参数进行调整。

4.3痱子

导致痱子产生的情况很多，喷涂时的空气质量、喷漆室洁净度、油漆中掉入杂质等都有可能产生。一些产生痱子的情况是水性涂料特有的，一是颜填料的沉淀结块，二是乳液型树脂破乳。涂料储存时间过长、储存粘度或分散剂质量问题都有可能造成填料的沉淀结块，光靠稀释时的搅拌力量无法分散结块，必须借助专用的设备才能将其分散至合格的细度。目前市面上有一部分水性涂料的树脂为乳液型，当储存温度过低，水结冰时，乳液颗粒会相互挤压至爆裂，涂料解冻后会形成豆腐脑状，出现很多结块和颗粒。不论是沉淀结块还是乳液破乳，这两种现象在喷涂时都会产生痱子，且这两种现象除了影响漆面的外观质量，还会影响漆膜的物理性能，特别是破乳，成膜物质的性能已经非常的差了。为避免沉淀发生，一是稀释后的涂料应在当班次用完，二是长期存放的涂料使用前应检查是否有沉淀结块。为避免乳液破乳，涂料的储存温度应维持5℃-30℃范围内。

4.4失光

造成水性涂料漆面失光特有因素一般有以下几种，一是喷涂时漆膜太薄，底涂层将树脂吸附后颜填料冒出漆面，形成微观的痱子，使漆面失光；二是喷涂作业时，环境湿度太高，当湿度超过80%时为避免流挂，漆膜会喷得比较薄，成膜后漆面会失光；三是工件表面湿度太高，当工件温度低于露点3℃，表面就会结水，喷涂时会产生湿膜厚度很高，干膜厚度却很低的现象，造成漆面失光；还有一种情况是稀释过度，过度稀释也会造成湿膜厚度很高，干膜厚度不足的问题，也会造成漆面失光。避免失光的办法是从提高湿膜的固含量和厚度进行着手，一方面喷涂时要保持基材的干燥状态，另一方面要对施工环境的温湿度、风速和施工粘度进行调整，使水分得以快速挥发。

4.5起泡、缩孔

水性涂料在无消泡剂的情况下剧烈搅拌会产生大量的气泡，且难以消除，消泡剂失效的涂料喷涂时，漆面会形成大量的气泡，成膜后会出现气泡、缩孔的现象。此外油脂、溶剂、稀释剂等与水不相容的物质混入水性涂料中，也会造成漆面起泡、缩孔现象。当出现此类涂装质量时，首先排除压缩空气中的是否含有油水，并将其排空；其次使用已稀释的涂料喷涂试板，排除已稀释涂料和输送系统是否混入杂质，最后要排除是否是涂料本身的问题。

5.结束语

总体来说，水性涂料的涂装工艺与油性涂料相比，对作业环境的要求相对较高，想取得良好的涂装质量，必须对涂装作业环境的各项参数加以控制，并不断的进行调整和优化，这样才能提升水性涂料的涂装工艺水平，为水性涂料的全面推广和应用铺平道路。

参考文献：

[1]田云，王淼，张东民.浅析水性漆施工对涂装线设备的要求.汽车工艺与材料,2009(2):27-29

[2]黄慧喜.汽车水性漆喷涂施工要求.汽车维修,2015(1):19-20