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控制涂料温度 解决涂装表面光洁度缺陷

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-20  来源:PCI  浏览次数:282
核心提示:在喷漆作业中,温度的变化可能会影响成膜、配色、表面光洁度、附着力等重要的涂层质量问题。全球排名第一的汽车内饰和外饰供应商

在喷漆作业中,温度的变化可能会影响成膜、配色、表面光洁度、附着力等重要的涂层质量问题。全球排名第一的汽车内饰和外饰供应商正在面临的难题是要保持涂装部件的表面质最的一致性。圣克莱尔系统公司(SCS)(Saint Clair Systems)开始与全球的涂料经理和员工一起工作来准确量化温度对表面涂层的影响。用BYK微波扫描仪来测量涂层质量,这非常适合为像雷诺、大众和奥迪等客户(仅举几例)涂装有弧度的小部件。为业界提供了一个公认的衡量标准,根据这个标准我们可以进行分析并得出结论。本项目设定的目的和目标是:

涂装过程的每一步油漆温度和涂层表面光洁度之间的关系;

证明控制喷嘴处涂料的温度可以降低一组零部件之间的差异,同时增加第一次通过合格率;

详细规定能够安装在现有的动化喷漆系统上的温度控制系统,同时将停机时间和对喷涂路径相关的限制降至最低。

基础知识

所有液体表现出一定的黏度随温度的变化。图1是从黏度数据表中取出的一些数据、即使是在10oC到40oC之间,水的黏度变化接近2:1。

 

图1 水的黏度与温度的关系

 

图1 水的黏度与温度的关系

 

图2 用颜色来表示涂料黏度与温度的关系

 

图2 用颜色来表示涂料黏度与温度的关系

涂料并没有什么不同。图2显示了喷漆操作中经常使用的一些涂料的黏度/温度曲线。结果表明,在正常的室温环境温度范围内,这些材料呈典型的非线性关系。这是值得注意的事实上所有液体都具有的特性,这是一种物理特性,而不是缺陷。因此,这可以用来提高涂装工艺性能的参数。

在喷漆输送系统中,涂料黏度对体系变量如流量、压力降和雾化,涂料性能如成膜性能和流动性有显着的影响。而所有的每一个变量都影响最终漆膜的质量。

在给定配方的涂糊中,制造商提供了一黏度,通常规定是在25oC(77oC)下的黏度。在图2中我们可以看到,这些颜色,都是相同的树脂基类型并以相同的操作配制,在25oC(77oC)时显示的黏度范围是从21秒至31秒,每一种颜色都会随温度发生不同的变化。因此,为了获得每一种颜色的相关性能,对每种颜色或者改变室温时喷漆系统的设定参数,或涂装时每次以最佳的温度将徐料输送到喷枪。

事实上,国内高端汽车特种车辆和配件市场供应商也有类似的项目,他们发现,如果涂料的喷漆过程是控制在3oF(2oC)内,他们的橘皮问题也就迎刃而解了。因此,正是这些形成了现代涂料涂装温度控制的基础。

温度控制设备

如图3所示,专利申请中的圣克莱尔系统公司(SCS)同轴软管自动化装置的为机器人的设备装备提供了最简单的方法,同时能自始自终对喷枪分配点的温度进行控制。该系统在现有的输送涂料的管道外面配有夹套,夹套中装有可以进行温度调节的热交换流体,实现了一种灵活的管中管热交换。现在有适合单组分和双组分涂料体系的配套装置,该装置非常灵活适用于自动化操作,因为它适合现有的涂料管道,不需要改变现有的涂料输送路径,因此,清洗和换色的等操作都无需做任何改变。

 

 AT-5900S TCU

 

AT-5900S TCU

 

图4 AT-5900S TCU

 

图4 AT-5900S TCU

如图4所示,与能再同轴心的软管装置相连,圣克莱尔系统公司的AT-5900TCU(温度控制装置)可以改变正在喷涂的涂料温度,而所有其它的施工参数(流量、喷枪路径、速度等>均保持不变。总之,该系统可提供所有必须的加热或冷却来精确控制涂料的温度,且安装到双组分淸漆操作箱内仅需要短短两个小时。为了记录整个系统的温度,使用了一系列快速反应的热电偶。并把热电偶与把箱内温度数据传递到外面距离喷漆区域相对较远的计算机上的无线发射系统相连。

清漆温度的影响

使用上面的装备,设计的第一个试验是测定清漆温度对涂层表面光洁度参数的影响。对于该试验,底漆的涂装条件不变,改变透明清漆的温度,如图5所示。

 

图5 透明清漆的温度测试数据

 

图5 透明清漆的温度测试数据

在这里,我们可以看到每个正在被喷涂的架子的温度变化。与环境温度22°C(72°F)无关。

固化后,用BYK微波扫描装罝测定部件并进行数据分析。对于不熟悉BYK微波扫描系统的人来说,它仅是一种用来客观分析漆膜表面质量的工具,有两个最重要且最为麻烦的评判标准:

1)桔皮——描述涂料表面的流平性,它是指波浪形的外观,常其纹理常常看上去非象一个桔子皮。

2)鲜映性(DOI)——该标准反应了涂料表面反射图像的清晰度。

汽车涂层的波长在0.1毫米到30毫米的范围内。除了鲜映性(DOI)以外,微波扫描能测量长波和短波的变化。虽然H的是尽量减少这些变化,短波值的下降会使涂层的外观更加绚丽,让波长较长的波更可见。

因此,涂层外观优化是短波和长波之间的平衡,这是必不可少的。

 

图6 长波与温度

 

图6 长波与温度

长波的测试结果见图6。从该曲线图中能很容易看出,采用该装置获得最佳长波结果的温度是在约21.0oC(69.8oF)。短波测试结果见图7。在这里我们可以看到,获得最佳短波结果温度约为23.2oC(73.8oF)。

 

图7 短波与温度

 

图7 短波与温度

 

图8 测定最佳操作温度

 

图8 测定最佳操作温度

从这两条曲线可以看出,每张图上7个波长测量点的刻度相同,温度变化范围是6oC(11oF)(25oC-19oC=6oC)。将两组数据放在相同的双刻度图中,我们可以移动两条曲线以便彼此一致,这样可以迅速测定最佳操作温度,如图8所示。

结果表明,使用这种装置得到的K波和短波性能之间的最佳总体平衡点是在交点22.2oC(72oF)。这也说明了如何用温度来改变所想得到的两者之间的性能。如果希望优化长波性能胜过短波性能,可以将涂料温度降至21oC(70oF)。相反,如果需要优化短波性能胜过长波性能,可将温度升到23oC(73oF)。这种控制能对涂装过程进行“微调”,而所有其它变量保持不变。

 

图9 鲜映性与温度

 

图9 鲜映性与温度

最后剩下要考虑的的参数是鲜映性(DOI)。其结果见图9。在这里,我们可以看到使用这种装置获得最佳DOI结果的温度是略低于20oC(68oF)和刚刚超过23oC(73oF)。对于这些部件,允许的最低值是86,所以在20oC~24oC(68oF~75oF)之间的所有D0I值是可以接受的,因此,无论长波短波如何优化都可以。这种微调能持续保持与车辆的其余部分的最佳匹配。

基于这种分析,对底漆和透明清漆的组合进行了类似的实验来测定每道涂层对表面性能的影响程度。

底漆和清漆温度的综合影响

与上面所讨论的清漆试验类似,在18oC~28oC(64oF-82oF)的底漆温度设定范围内喷涂部件,部件一旦喷涂或烘烤后,就拉伸部件并进行检査来测定最佳的涂层性能。由于底漆的光泽低于微波扫描装置所要求的范围,将这些部件与ACT外观标准试板进行人工比较和判定。分析表明,最好的底漆光洁度是在22oC(71.6oF),并对多个部件进行喷漆,期间收集到的温度数据表明实际测得的喷枪温度保持在恒定的21.3oC(70.3oF)。

然后对这些部件在20oC~28oC(68oF~82oF)多个设定温度点喷清漆来确认底漆一致的情况下,清漆温度对涂层质量的影响。

 

图10 不同温度的清漆试验

 

图10 不同温度的清漆试验

 

图10 不同温度的清漆试验

 

图10 不同温度的清漆试验

这项试验的结果见图10。在这里,将所有部件在不同涂料温度下的所有数据点画出,这样可以观察到实际的偏离情况。平均线也画出以显示每个温度下数据的平均值。为了与光洁度目标进行比较,将最终客户认可的用Master Part仪器得到的微波扫描读数也显示出来。这三条曲线掲示了在相同的温度范围【23.5oC~24.0oC(74.3oF~75.2oF)】内优化的所有三个参数。这不仅能获得每个类别中的最佳平均值,也能得到最小的变化(紧密的组合)。这种较低变化对于较高的一次通过率是非常重要的。此外,DOI和短波明显优于Maste值,长波的平均值仅偏离Master值5个点。这与第一次测试的数据结果一致,第一次测试的数据显示该温度范围内能优化短波性能,胜过长波。所有这些数据都表明获得最佳的性能是底漆的喷涂温度为21.3oC(70.3oF),透明清漆的喷涂温度在23.5oC~24.0oC(74.3oF~75.2oF)之间。

结论

从测试中可以清楚地知道喷嘴处涂料的温度对表面光洁度有显著且可测量的影响,每一涂层(底漆、透明淸漆等)对最终部件的外观起着至关重要的作用。此外,温度的影响都是可控和可重复的,因此在追求质量时,可以把温度这个不利因素转化为积极的工具来改善涂装工艺的效果。

为了进行这些实验,该系统提供的结果证明了可以快速进行温度控制,并且很容易添加到现有的喷雾系统上,停机时间及对涂料路径、自动化程序、清洁步骤等的影响都是最小的。

在实验过程中测得的一次通过率的增加仅为5%(根据该数据作了非常保守的估计),它会导致温度控制系统的投资回报率(ROI)为几个月而不是几年。此外,一次通过率的增加会降低废品率和解放生产时间,否则将导致返工和/或其它必要的满足客户的要求。这意味着更短的交货期、更少的客户拒绝和总体更好的客户关系,同时提高生产力,这直接意味着产能扩大,可以开展更多的业务。这样就为更快的周转且不增加成本提供了机会,从而进一步缩短了投资回报率。总之,这是一种快速、有把握的改进途径,有较短的投资回报率和长期的收益。

随之而来的就是构买和安装两种喷漆柜的温度控制系统。

参考文献:

1,Water Temperature vs. Viscosity data provided courtesy of Norcross Corporation.

2,Paint Viscosity vs. Temperature data provided courtesy of Sherwin-Williams Corporation.

作者:Michael R. Bonner, T.程技术副总裁丨圣克莱尔系统公司,美国密歇根州华盛顿

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关键词: 涂料温度 涂装
 
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