乘用車外飾件的火焰處理

朱少成

摘 要：乘用車外飾件中，除了車身本體為金屬材質(zhì)外，其余的保險杠、門板、門檻、導流板等各種外飾件，主要為塑料基材，其中汽車用改性聚丙烯（PP）材料的應用最為廣泛。由于PP料的油漆附著力遠低于金屬材料，為了滿足油漆性能需求，目前市面上主流的歐系汽車如大眾、寶馬、奔馳等公司，保險杠等外飾件需要在火焰處理后才能噴涂底漆、色漆與清漆，從而確保油漆附著力達標?；鹧嫣幚砉ば蛉绾翁幚?，才能達到效果最優(yōu)化？文章在這里進行了探討，確認了燃氣空氣混合比，處理的速度，火焰與工件的距離等關鍵因素，從而確?；鹧嫣幚硇Ч_到最優(yōu)化。

關鍵詞：處理工藝;表面張力;達因值;機理

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）14-186-03

Abstract： Most of the automotive exterior parts like bumper， rocker panel and spoiler use plastic material like PP， which have much lower surface extension than metallic material. In order to reach the demand of paint performance， the mainly automobile company like SVW/BMW/BENZ all do the flaming on the exterior parts before paint the primer， basecoat and clearcoat. How to make the flaming process to get the best performance？ This thesis will make the introduction on the key points like speed， the ratio between gas and air， TCP， and so on.

Keywords： flaming process; Surface extension; Mechanism

CLC NO.： U466 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）14-186-03

1 前言

在汽車外飾件噴涂中，針對PP料的油漆涂裝，部分主機廠如寶馬、奔馳、大眾等，保險杠等外飾件，須使用火焰處理后再噴涂油漆，才能滿足油漆性能要求，比如大眾集團的TL211試驗標準，特別是冷、熱存放后的蒸汽噴射試驗要求非常嚴格，需要火焰處理來提升塑料基材的表面張力，使油漆能夠與基材表面牢固的結(jié)合，從而達到提升油漆附著力的目的。大部分日系、美系等主機廠如通用汽車、豐田汽車則無此要求，保險杠等外飾件無需火焰處理也能達到性能要求。本文主要討論的是PP料的火焰處理工藝，如何確保工件在火焰處理后，能夠有效的提升油漆附著的效果。

2 火焰處理基本原理

汽車用改性聚丙烯（PP）材料，是在PP料中加入了增韌劑等改性劑，提升了材料的沖擊韌性及耐低溫性，產(chǎn)品為非極性材料，具有化學惰性，不容易與其它化學基團發(fā)生反應。而火焰處理工序，將燃氣與除油除水后的壓縮空氣，在混合頭混合后富氧燃燒，火焰的外焰中存在大量的負氧離子與基材發(fā)生化學反應，將聚丙烯表面高溫氧化成羰基，形成極性基團，從而能夠有效的與底漆中的化學基團相結(jié)合，產(chǎn)生牢固的化學鍵，從而有效提升油漆附著力。

--（CH2-CH2）--+O2=--（CO-CH2）--+H2O ? ? ? ? ? ?（1）

火焰處理工藝，所使用氣源有天然氣、液化氣、純丙烷等，燃氣與壓縮空氣混合后燃燒，在火焰的外焰中存在大量的負氧離子氧化聚丙烯，形成羰基基團。火焰處理后，工件表面羰基的產(chǎn)生，提升了產(chǎn)品表面的極性，工件的表面張力能達到42～48dynes/cm，使得之后噴涂上去的底漆，能夠快速延展開的同時，又能與底漆中的聚丙烯基團發(fā)生反應，形成牢固的化學鍵，從而有效提升油漆的附著力。同時，基材表面張力的提升，也能使油漆能更好的鋪展在基材表面，從而提升油漆附著力。

當基材的表面張力較小時，油漆的表面張力大于基材的表面張力，油漆無法浸潤基材（圖1），當基材的表面張力較大時，油漆的表面張力小于基材的表面張力，油漆可以浸潤基材（圖2）。

火焰處理工藝，需要關注的點有：空氣燃氣混合比、處理速度、火焰頭到工件的距離，這三個因素的組合，會有不同的結(jié)果呈現(xiàn)出來。

3 火焰處理混合比設置

不同氣源熱值不一樣，因此所需要的空氣與燃氣混合比是不一樣的：

3.1 天然氣燃燒

國內(nèi)天然氣主要產(chǎn)地有塔里木產(chǎn)區(qū)、鄂爾多斯產(chǎn)區(qū)、川渝產(chǎn)區(qū)和海域產(chǎn)區(qū)，進口天然氣主要有土庫曼斯坦的西氣東輸天然氣以及俄羅斯東線管路等。不同產(chǎn)區(qū)，天然氣的成分是不一樣的。這里以中海石油氣集團有限公司的一份天然氣檢測報告來說明：

天然氣燃燒的熱值較低，外焰溫度為800～1000攝氏度，使用天然氣作為燃氣氣源，應用方便價格便宜，但是相對來說火焰處理強度偏弱。

3.2 純丙烷燃燒

液化純丙烷，其中丙烷含量為99.9%以上。同樣可以通過計算得出理論的空燃比為：23.8 ： 1，純丙烷。丙烷燃燒熱值較高，外焰溫度能夠達到1800～2000攝氏度，是非常好的火焰處理工序氣源，不足之處在于價格相對較高。

3.3 液化石油氣

液化天然氣中主要成分為丙烷、丙烯、丁烷、丁烯等物質(zhì)，不同區(qū)域的氣源，各組分含量也是不一樣的，同樣可以根據(jù)各氣源組份含量計算出空燃比。液化石油氣燃燒時，外焰的溫度可以達到1500～1900攝氏度，也是非常好的火焰源，不足之處在于液化天然氣成分變化較大，穩(wěn)定性不夠，對生產(chǎn)不利。

理論值計算出來后，就可以根據(jù)實際使用過程中的不同狀態(tài)，對空燃比進行微調(diào)，從而確定使用范圍。

4 火焰處理工序

火焰外焰溫度非常高，天然氣的外焰溫度也能達到800到1000攝氏度，在處理處理汽車用改性聚丙烯（PP）材料時，如果外焰在工件表面停留時間過長，工件易燃燒導致事故發(fā)生，因此火焰處理工序往往是通過機器人來處理，能夠精確控制火焰處理的距離與速度，避免人為操作失誤導致問題的發(fā)生。由于火焰噴房不屬于防爆區(qū)域，因此對機器人沒有特別的要求，我們常用的全自動處理機器人如ABB 5400，ABB 6700，ABB 5500，F(xiàn)ANUC P250ia/ib，F(xiàn)ANUC M710等均可以使用。

火焰處理完成后，需要盡快噴涂底漆，因此火焰處理噴房在設置上與底漆噴房是在一起的。而且火焰處理后不再增加清洗等工序，因此需要關注以下幾點：

（1）工件在火焰處理前需要完成清洗等工序，而且表面不能有水跡、清洗劑等殘留，工件表面也要注意不能有料頭、易燃膠帶、Masking等易燃物;

（2）火焰處理噴房需要無塵處理，避免灰塵掉落在產(chǎn)品上;

（3）火焰處理所需的壓縮空氣不能含油含水，需要無塵處理，這樣確?；鹧嫣幚砗蟮墓ぜ砻鏉崈?

（4）火焰處理后的產(chǎn)品，2小時內(nèi)需要噴涂底漆，如果超過2小時，測試發(fā)現(xiàn)工件表面張力降低，影響油漆附著力;

（5）機器人處理程序需要關注，在等待點時，火焰不得朝向工件表面，建議火焰方向與鏈條方向平行，火焰水平或者朝上，從而避免高溫將工件、接地線等被高溫熔融。

工件的表面張力，可以使用達因筆進行測試，目前市面上較為成熟的達因筆有英國的舒曼達因筆（PILLAR），測試范圍為30～60 dynes/cm;美國的愛莎達因筆（A. Shine），測試范圍為28～72 dynes/cm。也可以自己進行調(diào)配，配方見下圖：

5 火焰處理影響因素

在使用全自動機器人進行火焰處理時，燃氣、空燃比、火焰頭離工件的距離、運行速度等均會影響火焰處理效果。從氣源來看，熱值最高，外焰溫度最高的純丙烷，火焰處理效果最為理想，而天然氣由于作為清潔能源，使用方便，性價比最高。

以我司的火焰處理應用工藝為例，測試各項因素的對應關系供參考：選用常規(guī)天然氣作為氣源，壓縮空氣為經(jīng)過除油除水除塵的6Bar壓縮空氣，工件原料選用金發(fā)科技ABP-1010的塑料粒子，主要成分為PP+EPDM，處理機器人為ABB5500機器人來編程進行測試，火焰處理完成后，采用自配的表面張力藥劑進行測試，數(shù)據(jù)測試3次，取平均值：

從測試一可以看出：使用130mm的工件距離，400mm/s的速度，混合比為10：1時，效果最為理想。同樣，是否能夠確認使用的400mm/s的速度與130mm的距離為最佳呢？這里進一步做了實驗：

從測試二可以看出：火焰處理在400～600mm/s的速度下，火焰處理效果差異不大，距離在130～150mm的距離下，效果相差不大。

在實際應用過程中，更關注噴涂的節(jié)拍與效率，因此在火焰處理噴涂程序的編程調(diào)試過程中，要以滿足表面張力達標為基本條件，在節(jié)拍滿足要求的情況下，盡量控制火焰處理機器人的噴涂速度與距離，從而達到火焰處理最優(yōu)化。

6 結(jié)語

汽車用改性聚丙烯（PP）材料的火焰處理，不同的燃氣、不同的火焰處理工藝，會帶來不同的效果，而試驗測試出來的最佳效果，在實際生產(chǎn)中不一定是最實用的，目前市面上的PP料種類繁多，因此在使用時，還需要進行測試后才能確認哪種效果最佳，在達到火焰處理后表面張力大于42～ 48dynes/cm的情況下，將速度最優(yōu)化，空燃比最優(yōu)化，從而達到降本增效的目的。

參考文獻

[1] 表面張力百度百科https：//baike.baidu.com/item/表面張力/47760 63？fr=aladdin.

[2] 王磊.怎樣提高塑料件噴涂的品質(zhì).上海ABB工程有限公司.

[3] 吳三清.汽車用改性聚丙烯（PP）材料的開發(fā)與應用.東風汽車有限公司.