自行車涂裝工藝

早年，自行車工件以鋼鐵件為主，要經過除油、除銹、磷化、鈍化等工藝。除油、磷化主要是含磷物質，除銹主要為酸洗，采用鹽酸或硫酸工藝。捷安特在前處理方面的環保歷程經歷了幾個階段，先是酸洗時使用緩蝕酸霧抑制劑，降低了酸霧的排出量，針對排出的酸性氣體，再經過堿性噴淋水洗塔中和后排放。其次對于鈍化處理，采用弱堿性含磷物質代替了六價鉻鈍化劑，消除了六價鉻的重金屬污染。再其次，針對磷化，采用低溫、常溫磷化，在配方里增加絡合劑減少了沉渣的形成，不對磷化槽進行整體排放。再就是采取每隔一段時間將上層清液抽岀，清理掉磷化槽的沉渣后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污染。脫脂劑采用無磷脫脂劑，減少了含磷廢水的排放。近些年，鋯系與硅烷藥劑的興起，捷安特也對此進行了積極探索與研究，采取硅烷鋯鹽復合皮膜工藝，先后解決了硫酸酸洗后皮膜耐蝕性差、易返銹以及工件接觸點生銹的問題，將硅烷鋯鹽復合皮膜顏色也做到了與常溫磷化類似的灰白色，噴漆后復合防銹效果達到基本一致。鋼鐵工件的前處理采用無磷脫脂、硫酸+緩蝕抑霧劑+噴淋水塔、硅烷鋯鹽復合皮膜工藝，為無磷、無氮、無輅、少酸霧的環保工藝。鋼鐵件前處理工藝如圖1。

圖1 鋼鐵件前處理工藝處理

（1）針對鋁合金工件，同樣也是由初期的阿洛丁六價鉻處理工藝，改為三價鉻工藝，到近些年又改成了硅烷鋯鹽皮膜劑，消除了重金屬鉻的使用；

（2）環保涂裝工藝，主要方式有粉末涂裝、光固化涂料、高固體份涂料、水性涂料涂裝等。

粉末涂料的優點是無VOC排放，物理化學性能好，可以回收使用，涂料利用率高；缺點是涂裝設備換色時間長。為發揮粉末涂料的優勢避開劣勢，首先從不需換色的清漆改為透明粉末用起。2002年，捷安特率先導入歐洲應用于汽車行業的低溫（160℃固化）丙烯酸透明粉末代替溶劑型清漆，在流平性、豐滿度上都有較大貢獻。限制其大量使用主要是自行車的標紙大多是內貼標，要在貼標后再噴透明粉末，一般的油墨耐烘烤性不夠，會變色，需要對整個貼紙的油墨體系進行更改，另外一個因素就是丙烯酸透明粉末涂料高昂的價格，高出普通涂料5倍以上的成本。

2004年，采用底色粉末涂料+油性金油組合的工藝，避開貼紙不耐烤的特點，與國際知名品牌聯合開發適合于自行車行業的金屬粉末，并用于大量生產的基礎性車種。但是金屬粉末涂料的裝飾性效果，特別是金屬粉的排列效果始終與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，粉末涂料換色時間長也仍然制約了其在自行車行業的應用，換一次色約需40min，而油漆的換色只需要1～2min，粉末涂裝采用兩臺串聯交替換色（圖2），也要保證一個噴涂批量≥另外一個噴房的換色時間40min。（不超過40min另外一個噴房還沒換完色，仍要等待）。

圖2 串聯交替換色的粉末涂裝設備

粉末涂裝工藝適合大批量很少換色的生產，自行車行業要應用的產品也要是能足夠大的訂單（一個顏色訂單量少，換色太頻繁）。還有就是低溫固化，不僅可以減少碳排放，同時可以適合與更多的油漆、貼紙配套。這兩年粉末涂料的金屬裝飾效果、低溫化以及粉末設備的快速換色工藝精進，有很大突破，已經有廠家開發出130℃/20min固化的粉末，30～40μm膜厚的粉末涂料、以及實現10min快速換色，粉末涂料在自行車行業的應用制約會越來越少。

UV固化是最早應用于木板行業的涂裝工藝，其特點是固化速度極快，但耐沖擊性差。傳統涂料設計為室內產品，選擇的樹脂耐候性較差，有完全無溶劑的也有加入一部分溶劑調整作業性的。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，要能夠保證噴到漆的地方都照射到才能確保固化完全。近些年有涂料廠家也開始研發室外型的UV固化涂料，自行車行業國內還沒有報道有使用的，在臺灣有公司在使用。

自行車常用的油性涂料，一般固體分在50%左右，金屬效果要求高的珠銀粉漆在40%左右，稀釋后固體分大多在20%～30%之間。針對底漆與金油，開發固體分在65%以上的高固體分涂料，減少溶劑含量，從而減少VOC的排放量。80%以上固含的高固體分涂料，研究過程發現，滿足施工黏度要求的涂料其固化程度不夠，性能達不到要求，還待持續研究。

捷安特于2006年開始水性涂料在自行車行業的應用研究。初期開發了一個底漆，一個面漆，摸索其性能與配方特點。擬定的開發目標是各項性能達到油漆的標準，與油漆不得有明顯的差異。首先通過手工空氣噴涂確認其物理與化學性能，同時確認其貯存穩定性，包含原漆的貯存穩定性與稀釋后的貯存穩定性。自行車涂裝一般為4噴5烤的工藝，見圖3。采用油漆噴涂時大多沒有強制送風，為自然進風、強制排風，沒有調節空氣的溫度與相對濕度，而是通過調節不同季節的涂料揮發速度來適應環境溫濕度的變化；流平室沒有預烘烤，烤爐內溫度也沒有分段升溫，而是整個烤爐里空氣溫度基本維持一致。該工藝優點為相對運行成本低、但對涂料的施工適應窗口要求寬。而文獻資料里提到的水性涂料涂裝條件，要求設備要不銹鋼材質，空氣溫度在（23±2）℃，相對濕度（65±5）%，流平室要60℃左右，烤爐要分段升溫，施工條件要求苛刻，所有這些都將極大地提高自行車涂裝的成本。為此，我們采取了沿用油漆噴涂工藝，預留改善空間，先調節水性涂料施工適應性，萬不得已再調整工藝與硬體設備的方案進行驗證。通過測試及時調整涂料配方，改善了水性涂料稀釋后易沉淀，噴涂時易起泡、流垂，漆膜耐水性差、光澤度低、膜厚低、耐沖擊性差等問題，施工與物化性能都與油漆相當。

圖3 自行車4噴5烤涂裝工藝流程

自行車噴涂，整個行業采用的都是Ω靜電旋碟噴涂機噴涂，靜電機前后用手工補正靜電噴不到的死角部位。比較經濟的靜電高壓控制在90kV，但是傳統靜電機噴涂水性涂料遇到的第一個問題是靜電高壓打不上去（漏電流保護），沒有靜電高壓，單靠旋碟的旋轉涂料無法霧化，也就無法噴涂。要靜電機噴涂水性涂料，首先需解決靜電高壓問題。從原理上講，靜電高壓打不上去，就是靜電泄露問題，靜電泄露要通過解決整個涂料噴涂系統的絕緣性，專門在原有涂裝研究室試驗線，進行了改裝。通過更改供漆系統的絕緣棒長度、放置涂料桶的絕緣臺、升降桿及從其中穿過的涂料管材質、以及專門隔離的供漆系統進行測試，經過多次改良后，終于使得Ω靜電機可以正常噴涂水性涂料，并于2014年正式改裝兩條底涂線進行中試，見圖4。

圖4 自行車單層涂裝工藝流程

這條中試線也沒有增加特殊的車架預熱工藝、預烘干工藝，也沒有溫濕度調節，所有條件維持與溶劑型涂料一樣。烘烤條件為（115-120℃x20～30min）。經過2a的試驗，以及對涂料的多次改良，使得水性涂料底漆能夠在各項性能上與溶劑型涂料一致，且也可以在較寬的溫濕度范圍內施工。冬天加水約20%，巖田NK-2黏度杯測黏度在40～60s，夏天加水約30%，黏度在25～35s之間，空氣相對濕度只要在80%以下即可，吐出量根據空氣相對濕度進行微調，相對濕度大吐出量稍微降低，相對濕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，但是溫濕度范圍可以比文獻資料里的放寬很多。而余熱及流平預烘烤沒有的情況，也可以噴涂等。

2016年，捷安特按照前期中試的經驗，對涂裝生產線進行技改，設計7條完整的4噴5烤水油兩用的生產線，水性涂料與溶劑型涂料可以隨時切換，工藝條件完全一致。比原來增加了涂料間的溫度與相對濕度控制，溫度在15～30℃之間，相對濕度在80%以下，線速2～3m/min，流平時間10～15min，底中面涂烘烤固化條件為115℃/20min，清漆的烘烤固化條件為125℃/20min。水油共用的工藝，也為涂料的油轉水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個面漆顏色，3個清漆，用量超80%的水性化，預計2019年將實現全水性目標。

圖5 水性涂裝4噴5烤工藝流程圖

對于自行車涂裝的環保工藝，前處理采用無磷脫脂、酸霧抑制劑、硅烷鋯鹽皮膜，無鉻鈍化等工藝，減少對空氣污染與對水的污染。噴涂工藝部分，主要發展為高固體分涂料、水性涂料、低溫固化粉末涂料+液體金油幾種，不同的產品定位，不同的訂單模式，可以采取不同的環保涂料與涂裝工藝。這些摸索與實踐對行業的相關技術改造具有借鑒意義