通过实时粘度监控，解决汽车漆质量问题

作者 Manpreet Dash ，开发工程师，Rheonics公司，印度，Bhubaneswar； Joe Goodbread博士 ，首席技术官和Sunil Kumar博士 ，首席执行官，Rheonics公司，瑞士，Winterthur

多年来，汽车设计和制造业在不断进步，但有一点是不变的：汽车美学是消费者进行购买决定的关键因素。成品的一致性、质量和多样性在购买过程中起着至关重要的作用。汽车涂料和表面处理工艺采用先进的技术生产耐用的表面，进行高质量的表面处理，同时最大限度地提高效率和满足环境法规的要求。油漆和涂料的数量和质量会对制造、销售和维护成本产生明显的影响。质量问题会很快导致客户对产品不满、高昂的召回费用和责任问题。 1 然而，保证油漆和涂料的质量其实非常简单，可以一键搞定。

正确的涂料粘度是确保漆面质量的关键。性能参数都与液体涂料在应用点的粘度直接相关，这些因素包括漆膜的形成、涂料转移效率、涂层厚度和沉积、颜色匹配、成品表面质量和耐化学性等。粘度是影响涂层厚度和附着力的主要因素，适当的粘度控制可以保证涂层的质量和使用寿命，有助于满足涂装工艺对质量和生产率的最高要求。

在现代汽车涂装工艺中，抗崩裂涂层、头二道混合底漆、底涂和清漆通常采用喷涂方式，因此需要使用雾化器。雾化质量直接影响喷涂质量。喷涂要求粘度尽可能低，以优化雾化。但是，如果粘度太低，则会导致垂直表面漆膜产生流挂，从而导致涂层的不均匀。这就要求涂料饰面具有复杂的流变性能。它们在喷涂过程中必须具有较低的粘度，而当涂料落在被涂覆表面上时，粘度则要高得多。此外，涂料的粘度取决于温度，因此，为了保证漆面质量，粘度也需要对环境工艺温度进行补偿。

传统上，在喷漆操作中，粘度是使用一个射流杯来完成的。操作人员往杯里倒入涂料，并测量杯子清空所需的时间。时间越长，粘度越高。通常每隔15分钟或更长时间进行一次，因此只有在喷涂了大量涂料后才能检测到涂料粘度的偏差。此外，测量杯的温度控制也是很困难的，因此导致测量值和应用点的实际粘度之间可能会有很大的差异。

相比之下，与传统的射流杯离线测量相比，在线监测涂料的粘度可提高涂层质量、增加产量、显著节省涂料和溶剂的使用，并会最大限度地减少涂装过程的停工期。

温度的变化会导致涂料的粘度变化，导致结构差异或产生流挂。在大多数涂料体系中，所含的粘合剂和颜料成分有沉淀的趋势，涂料的不均匀性必然导致涂装效果的不理想，沉淀的涂料成分可能会导致堵塞和管线逐渐堵塞，涂层剥落会导致漆膜变脏。表1显示了一些典型的汽车油漆和涂料缺陷及其原因。

油漆和涂料工艺的挑战

汽车公司和涂布商都认识到需要监控粘度，但多年来，在实验室外进行这种测量一直是工艺工程师和质量部门面临的挑战。现有的实验室旋转粘度计、流变仪和温度监测系统在工艺环境中价值不大。粘度直接受温度、剪切速率、流动条件、压力和其他变量的影响，这些变量在实验室和在实际过程中的情况有很大差异。传统的仪器，如流出杯，浸杯，旋转粘度计，锥板粘度计，气泡粘度计等都是耗时费力的，且容易不准确。

涂料通常在剪切力下会变稀，在较高的剪切速率下具有较低的粘度，这有助于提高涂料性能，因为涂料应作为均匀的涂层施涂，并在施涂后保持在原位，这一点很重要。但传统的粘度计并不能达到喷涂过程中的高剪切速率，因此只能间接给出涂料在应用点的性能信息。温度也是决定粘度的一个关键变量，但杯形测量既不能测量温度也不能控制温度，因此不能直接与实际喷涂温度进行比较。随着工艺温度的变化，这可能导致涂层质量的变化。

准确、灵敏的在线粘度测量

自动在线粘度测量可在喷涂点对涂料进行连续监控。它可以控制涂料粘度，以确保成品的均匀质量。Rheonics公司的SRV粘度计 2 是一种基于平衡扭转谐振器 3 的紧凑型在线工艺粘度计，具有内置流体温度测量功能（图1）。测量时间为1秒，它可以实时检测工艺流中的粘度波动，一旦出现偏差，就可以采取纠正措施。使用Rheonics SRV的内联粘度管理有助于缓解最常见的汽车涂层问题，如橘皮、混浊和斑点、颜色变化和溶剂气泡等，这些都会对汽车饰面质量产生负面影响。

SRV外形紧凑，使其能够直接安装在涂料线上，靠近应用点。系统保持关闭；不需要处理或转移涂料来进行粘度测量。体积小，适用于危险环境，安装维护方便。不需要样品，不产生消耗，也不需要清理。测量是连续的，会给出清晰的粘度信号，可用于监测和控制涂料粘度，并记录粘度，以帮助诊断漆膜质量问题。

Rheonics谐振传感器具有固有的高剪切速率，在典型涂料体系的高剪切平台上运行良好。谐振传感器测量的粘度，直接反映涂料在其应用剪切速率下的行为，而不是进行间接测量，这些间接测量必须通过反复试验来校正误差，才能反映实际的涂装条件。

提供温度补偿粘度读数

Rheonics传感器有内置的温度测量，允许在应用点监测涂料的温度。这可以将粘度读数调整为温度补偿的粘度值，对于从实时测量中估计颜料的添加量至关重要。

SRV在汽车油漆和涂料应用中的独特优势包括：

• 适用于溶剂型和水性涂料。

• 坚固、密封的传感器头。SRV可以直接在线清洗或用溶剂浸湿的抹布清洗，无需拆卸或重新校准。

• 无运动部件老化或沾有涂料沉淀物。

• 不受安装条件影响-可安装在涂装系统的任何部分。

• 对颗粒物不敏感；传感器无污垢或任何狭窄间隙问题。

• 所有接触液体的零件均为316L不锈钢-不存在因涂料、添加剂或溶剂导致的腐蚀问题。

• 经ATEX和IECEx认证安全可靠-可用于所有溶剂型操作。

• 广泛的操作范围和简单的集成-传感器电子设备和通信选项使其非常容易集成和运行在工业PLC和控制系统。

• 强大的软件支持-Rheonics PaintTrack软件方便直观，并由专有的、先进的第五代人工智能系统提供支持，可实现简单的点击锁定和运行。它支持操作员、生产主管、质量经理和管理视图的多个HMI。设计用于工厂环境中的自动化仪表控制和数据采集（图2）。

即使在不同的温度和蒸发条件下，也可以通过使用连续、实时的粘度测量控制器自动化配量系统，来实现涂装线的涂饰一致性

完整的系统概述和预测控制

Rheonics谐振传感器，结合Rheonics PaintTrack控制系统和软件，可在线控制多条涂装线的底漆和涂装的温度补偿粘度。在工厂内，即使在不同的温度和蒸发条件下，也可以通过使用连续、实时的粘度测量控制器自动化配量系统，来实现涂装线的涂饰一致性。

PaintTrack控制系统和软件的主要优点包括：

• 通过为重复订单加载预运行作业，来减少并消除安装时间和废料。

• 提高涂装质量并降低成本：通过在涂装过程中确保涂料性能，达到颜色一致性，减少涂装误差。

• 完全自动化，提高生产力和效率：最大限度地提高喷漆操作速度，减少对手动机器调整和手动测量技术的依赖。

• 强大的准确性和可重复性：无需维护，无需重新校准=不需要关注

• 具专有的温度补偿粘度预测跟踪控制器：解决方案可精确锁定每项工作从头到尾的颜色和涂层质量，使结果可重复。

• 你可以把测量杯从等式中拿出来：涂装工艺设定为科学标准，比普通测量杯的精度和分辨率高100倍。

结论

1.振动粘度计，如Rheonics SRV，比旋转粘度计或杯形粘度计更接近喷漆应用中的高剪切速率。因此，使用SRV进行的测量最接近于预测实际喷涂条件下涂料的性能。

2.SRV和Rheonics PaintTrack的内联粘度控制可实现连续的粘度控制，实时进行必要的稀释。从新筒的开始到结束，涂装质量都有保证。

3.Rheonics SRV和PaintTrack可以控制真实的温度补偿粘度，这是预测颜料含量和最终涂层质量的关键因素。

参考资料

1 https://www.autoblog.com/2020/05/04/tes-la-model-y-paint-issues-fix-detail-video/

2 SRV inline viscometer: https://rheonics.com/prod-ucts/inline-viscometer-srv/

3 SRV operating principle: https://rheonics.com/whitepapers/

本文收录在《PCI中文版》杂志2021年2/3月刊中