自行車塗裝工藝

早（zǎo）年，自行車工（gōng）件以鋼鐵件為主，要經過除油、除鏽、磷化、鈍（dùn）化等工藝。除油（yóu）、磷化主要是含磷物質，除鏽主要（yào）為酸洗，采用鹽酸或硫酸工藝。捷安特在前處理方麵的環保曆程經曆（lì）了幾個階段，先是酸洗時使用緩蝕酸霧抑製劑，降低了酸霧的排出量，針對排出的酸性氣體，再經（jīng）過堿（jiǎn）性噴淋水洗（xǐ）塔中和後（hòu）排（pái）放。其次對於鈍（dùn）化處理，采用弱堿性含磷物質代替了六價鉻鈍化（huà）劑，消除了六價鉻的重金屬汙染。再其次，針對磷化，采用低溫、常溫磷化，在配方裏增加（jiā）絡合（hé）劑（jì）減少了沉渣的形成，不對磷化槽進行整體排放（fàng）。再就是采取每隔一段時（shí）間將上層清液抽岀，清理（lǐ）掉磷化槽的沉渣後再把上層清液打回補加藥劑的方式，減少整槽藥劑的排放對水的汙染。脫脂劑采用無磷脫（tuō）脂劑，減少了含磷廢水（shuǐ）的排放（fàng）。近些年，鋯係與矽烷藥劑的興起（qǐ），捷安特也對此進行了積極探索與研究（jiū），采取矽（guī）烷鋯鹽複合皮膜工藝，先（xiān）後解決（jué）了硫酸酸洗後皮膜耐蝕性差、易返鏽以及工件接觸點生鏽的問題，將矽烷鋯鹽複（fù）合皮膜顏色也做（zuò）到了與常溫磷化類似的灰白色，噴漆後複合防鏽效果（guǒ）達到基本一（yī）致。鋼鐵工件的前處理采用無磷脫脂、硫酸+緩（huǎn）蝕抑霧劑（jì）+噴淋水塔、矽烷鋯（gào）鹽複合皮膜工藝，為無磷、無氮、無輅、少酸霧的環保工藝。鋼鐵件前處理工藝（yì）如圖（tú）1。

圖1 鋼鐵（tiě）件前處理工藝處理

（1）針對（duì）鋁合金工件，同（tóng）樣（yàng）也是由初期的阿洛丁六價鉻處理工藝，改為三（sān）價鉻工藝，到近（jìn）些年又改成了矽烷鋯鹽皮膜（mó）劑，消除（chú）了重金屬鉻的使用；

（2）環保塗裝工藝，主要方（fāng）式有粉末塗裝、光固化塗料、高固體份塗料、水性塗料塗裝等。

粉末塗料的優（yōu）點是無VOC排放，物理化學性能（néng）好，可（kě）以回（huí）收使用，塗料利用率高；缺（quē）點是塗裝設備換色時間長。為發揮粉末塗料的優勢避（bì）開劣勢，首先從不需換色的清漆改為透（tòu）明粉末用起。2002年，捷安特率先導入歐洲應用於汽車行業的低溫（160℃固化）丙烯酸透明粉末代替溶劑（jì）型清漆，在流平性、豐滿度上都有較大貢獻。限製其大量使用主要是自行車的標（biāo）紙大多是內貼標，要在貼標（biāo）後再噴透明粉末，一般的油墨耐烘烤性不夠，會變（biàn）色，需要（yào）對整個貼（tiē）紙的油墨體係進行更改，另（lìng）外一個因素就是丙烯酸透明粉（fěn）末塗料高昂的價格，高出普（pǔ）通塗料5倍以上的成本。

2004年，采用底（dǐ）色粉末塗料+油性（xìng）金油組合的工藝，避開貼紙不耐烤（kǎo）的特點，與國（guó）際知名品牌聯合開發適（shì）合（hé）於自行車（chē）行業的金屬粉末，並用於大量生產的基礎性車種。但（dàn）是金屬粉末塗料的裝飾性效（xiào）果，特別是金屬粉的排列效果始終與（yǔ）油漆的金屬質感有較大差距，即使用了邦定工藝也還是存在差距。另外，粉末塗（tú）料換色時間長也（yě）仍然製約（yuē）了其在自行車行業的（de）應用，換一次色（sè）約需40min，而油漆的換色隻需要1～2min，粉末塗（tú）裝采用兩台（tái）串聯交替換色（圖2），也要保證一個噴塗批（pī）量≥另外一個噴房的換色時間40min。（不（bú）超過40min另外一個噴房還沒換完色，仍要等待）。

圖2 串聯交替換（huàn）色的粉末（mò）塗裝設備

粉末塗裝工藝適合大批量很少換色的生產，自行車（chē）行業要應（yīng）用的產品也要是能足夠大的（de）訂單（一個（gè）顏（yán）色訂單量（liàng）少，換（huàn）色太（tài）頻繁）。還有就是（shì）低溫固化，不僅可以減少碳排放（fàng），同時可以（yǐ）適合（hé）與更多的油（yóu）漆、貼紙配套（tào）。這兩年粉末（mò）塗料的金屬裝飾效果、低溫化以及粉（fěn）末設備的快（kuài）速換色工藝精進，有很大突破，已經有廠（chǎng）家開發出130℃/20min固化的粉末，30～40μm膜厚的粉末塗料、以（yǐ）及實現10min快速換色，粉末塗料（liào）在自行車行業的應用製約會（huì）越來越少。

UV固化是最早應用（yòng）於木板行業的塗裝工藝，其特點是固化速度極快，但耐衝擊性差。傳統塗料設計為室內產品，選擇的（de）樹脂耐候性較差，有完全無溶劑的也有加入一部分（fèn）溶劑調（diào）整作業性（xìng）的。固化需要UV光照射，對工件的形狀有一定的要求，或者對燈管的布設位置要求較高，要能夠保證（zhèng）噴到漆的地（dì）方都照射（shè）到才能確保（bǎo）固化完全。近些年有塗料廠家也開始研發室外型（xíng）的UV固化塗（tú）料，自行車行業（yè）國內還沒有報（bào）道有使用的，在台灣有公司在使（shǐ）用。

自行車常用的油性塗料，一般（bān）固體分在50%左右，金屬效果要（yào）求高的珠銀粉漆在（zài）40%左右，稀釋後固體分大多在20%～30%之間。針對底漆（qī）與金油（yóu），開發固體分在（zài）65%以上的高固體分塗料，減少溶劑含量（liàng），從而減少VOC的排放量。80%以上固含的高固體分塗料，研究過程發現，滿足施工黏度要求的塗料其固化（huà）程度不夠，性能達不到要求（qiú），還待持續（xù）研（yán）究。

捷安特於2006年開始水性塗料在自行（háng）車行業的應用研究。初期開發了一個底漆（qī），一（yī）個麵漆（qī），摸索（suǒ）其（qí）性（xìng）能與配方特點。擬定的開發目標是各項性能達（dá）到油漆的標準，與油漆不得有明顯的差異。首（shǒu）先通過手工空氣噴塗確認其物理與（yǔ）化（huà）學（xué）性能，同時確認其貯存穩定性，包含原漆的貯存穩定性與稀釋（shì）後的貯存（cún）穩定性。自行車塗（tú）裝一般為4噴（pēn）5烤的工藝，見圖3。采（cǎi）用油漆噴塗（tú）時大多沒有強製送風，為自然進風、強製排風（fēng），沒有調節空氣的溫度與（yǔ）相對濕度，而是通過（guò）調節不同季（jì）節的塗（tú）料揮（huī）發速度來適應環境溫濕度的變化；流平室沒有（yǒu）預烘烤（kǎo），烤爐內溫度也沒有分段升溫，而（ér）是整（zhěng）個烤爐裏空氣溫度基本（běn）維持一致。該工藝優點為相對運行（háng）成本（běn）低、但對塗料的施（shī）工適應窗口（kǒu）要求（qiú）寬。而（ér）文獻資料（liào）裏提到的水性塗料塗裝條件，要求設備要不鏽鋼材質，空氣溫度在（zài）（23±2）℃，相對濕度（65±5）%，流平室（shì）要60℃左右，烤爐要分段（duàn）升溫，施工條件要求苛刻，所（suǒ）有（yǒu）這些都將極大地提高自行車（chē）塗裝的成本。為此（cǐ），我們采取了沿用油漆噴塗工藝，預留改善空間，先調節（jiē）水性塗料施工適應性（xìng），萬不得（dé）已再（zài）調整工藝與硬體設備的方案（àn）進行驗證。通過測試（shì）及（jí）時調整塗（tú）料配方，改善了水性塗料稀釋後易（yì）沉澱，噴塗時易起泡（pào）、流垂，漆膜耐水性差、光澤度低、膜厚低、耐（nài）衝擊性差等問題，施工（gōng）與物（wù）化性能都與油漆相（xiàng）當。

圖3 自行車4噴5烤塗裝工藝（yì）流程

自行車噴塗，整個行業采用的都是Ω靜電旋碟噴塗機噴塗，靜電（diàn）機前後用手工補正靜（jìng）電（diàn）噴不到的死角部位。比較經濟的靜電高壓控製在90kV，但是傳統靜電機噴塗水性塗料遇到的第一個問題是靜電高壓打不上去（漏（lòu）電（diàn）流保護），沒有靜電高壓，單靠旋碟的旋轉塗料無法霧化，也就無法噴塗。要靜電機（jī）噴塗水性塗料，首先需解決靜電高壓問題。從原（yuán）理上講，靜電高壓打不上去，就是靜電泄露問題，靜電泄露（lù）要通過解決整個塗料噴（pēn）塗係統的絕緣性，專門在原有塗裝研究室試驗線，進行了改裝。通（tōng）過更改供漆係統的絕緣棒長度、放置塗（tú）料（liào）桶的（de）絕緣台、升降杆及（jí）從其（qí）中穿（chuān）過的塗料管材（cái）質、以及專門（mén）隔離的供漆（qī）係統進行測試，經過多（duō）次改良後，終於使得Ω靜電機可以正常噴塗水性（xìng）塗料，並於2014年正（zhèng）式改裝兩條底（dǐ）塗線進行中試，見圖4。

圖4 自行車單（dān）層塗（tú）裝工藝流程

這條（tiáo）中試線也（yě）沒有增加特殊的車架預熱工藝、預烘幹工藝（yì），也沒有溫濕度調節，所有條件維持與溶劑型（xíng）塗料（liào）一樣。烘烤條件為（115-120℃x20～30min）。經過2a的試驗，以及對塗料（liào）的多次改良，使得水性塗料底漆能夠在各項性能上與溶劑型塗料一致，且（qiě）也可以在較寬的溫（wēn）濕度範圍內施工（gōng）。冬天加水約（yuē）20%，岩田NK-2黏（nián）度杯測黏（nián）度在（zài）40～60s，夏天加水（shuǐ）約（yuē）30%，黏度在25～35s之間，空氣相對濕（shī）度隻要在80%以（yǐ）下（xià）即可（kě），吐出量根據空氣相對濕（shī）度進行微調，相對濕度大吐出量稍微降低，相對濕（shī）度小時吐出量適當調高，影響最大的是空氣相對濕度，其次為溫度，但是溫濕度範圍可以比文獻資料裏的放寬很多。而餘熱及（jí）流平（píng）預（yù）烘烤沒有的情況，也可（kě）以噴塗等。

2016年，捷安特按照前期中試的經驗，對塗裝生產線進行技改，設計7條完整的4噴5烤水油兩用的（de）生產線，水（shuǐ）性塗料與溶劑型塗（tú）料可以隨時切換，工藝條（tiáo）件（jiàn）完全一致。比（bǐ）原（yuán）來增加了塗料間的溫度與相（xiàng）對濕（shī）度控（kòng）製，溫（wēn）度在15～30℃之間，相對濕度在80%以（yǐ）下，線速2～3m/min，流平時間10～15min，底中麵塗烘烤固化條件為115℃/20min，清漆的烘烤固化條（tiáo）件為125℃/20min。水油共用的工藝，也為塗料的油轉水（shuǐ）爭取了寶貴的開發時間，經過2a時間的開發，已經開發完成15個底漆，211個麵漆（qī）顏色，3個（gè）清漆，用量超80%的水性化，預（yù）計2019年將實現全水性目（mù）標。

圖5 水性塗裝4噴5烤工藝（yì）流程圖

對於自行車塗裝的環保工藝（yì），前處理采用無磷脫脂、酸霧抑（yì）製劑、矽烷鋯鹽皮膜，無鉻鈍化等（děng）工藝，減少對空氣汙染與對水的汙染。噴塗（tú）工藝部分，主要發展為高固體分塗料、水性塗料、低溫固化粉末塗料+液體（tǐ）金油幾種，不同的產品定位，不同的訂單模式，可以采取不同的環保塗料與塗裝工藝。這些（xiē）摸索與（yǔ）實踐對行業的相關技術改造（zào）具有借鑒意義