汽车零部件用低温烘烤型水性涂料的制备及施工应用(Ⅱ)

http://www.pf.hc360.com2016年03月17日08:55 来源:2015年车用涂料与涂装技术年会论文集T|T

    慧聪表面处理网讯:汽车零部件用低温烘烤型水性涂料的制备及施工应用(Ⅰ)

     3.3.1颜料、填料选择

    颜料和填料是涂料的重要组成部分,颜料和填料不仅能保证涂料具有良好的遮盖力、丰富的色彩,还能赋予涂膜施工各项特殊功效。其中,颜料是涂料色漆不可或缺的成份之一,其作用除了为涂膜提供色彩装饰外,还可以为涂料提供更多的物理和化学性能的改善,如遮盖性、耐光性、耐候性、耐化学品性、光泽和机械强度等。填料在涂料中的主要作用包括两方面:一是填充作用,降低成本;二是通过加入填料改变涂膜或漆料的物理和化学性质。与颜料相比,填料具有成本低、吸油量低和较易分散等优点。

    本文中根据客户提供的标准工件进行调色,选用钛白粉、碳黑、铁黄等作为着色颜料,添加沉淀硫酸钡、滑石粉等作为填料,采用分散剂研磨制备颜填料浆,得到与标准工件颜色一致的涂料。

    3.3.2防锈颜料

    涂料保护金属腐蚀最重要的是取决于所用的树脂体系(包括固化剂),同时在很大程度上也取决于所选择的防锈颜料,涂料的防腐性能是树脂体系与防锈颜料相互共同作用的结果。防腐涂料的性能会因添加了防锈颜料而受到明显的正面影响。因此,当我们要用涂料使金属免于腐蚀的时候,根据所采用的树脂体系来选择防锈颜料就成为一个起主导作用的问题。按其作用机理,防锈颜料可分为物理防锈颜料和化学防锈颜料,以及兼具物理和化学机理的综合型防锈颜料。化学防锈颜料基于其本身的化学活性,在金属腐蚀过程中,与金属表面的金属离子反应生成一层致密的钝化膜来抑制腐蚀过程,或依据电化学原理,通过牺牲阳极来达到保护金属的目的。常用的此类防锈颜料有:磷酸盐系、改性磷酸盐系、离子交换型颜料等。磷酸盐系作为含铅、铬颜料的替代品之一,广泛用于涂料中作为化学防锈颜料,是目前用量最大、应用最广的无毒防锈颜料。磷酸盐系防锈颜料的作用机理复杂,正磷酸锌的主要防锈机理为:

正磷酸锌的主要防锈机理

正磷酸锌的主要防锈机理

    该类防锈颜料能与涂料中的羟基、羧基等进行化学结合,也能在金属表面生成颜料-漆料-底材的高分子络合物,阻止锈的形成和扩蚀。本项目选用磷酸锌作为防锈颜料,金属表面形成钝化膜,可以有效地抑制水、氧等物质的侵蚀。为了提高涂料的防腐蚀性,选择三聚磷酸铝APW-Ⅱ与磷酸锌配用。由于三聚磷酸铝的“双重防锈”机理,解聚反应形成三聚磷酸根离子(P3O105-)它比磷化处理的PO43+离子,对Fe3+离子以及各种金属离子有更强的螯合力,在被涂物表面形成卓越的钝化膜,对钢铁等金属物体的腐蚀具有极强的抑制作用。通过两种防锈颜料配合使用,取得了较好的防锈效果。

    3.4涂料施工

    3.4.1施工工艺介绍

    汽车悬架总成的喷涂工艺包括以下几个步骤:①工件表面处理;②喷涂;③固化。具体的施工步骤包括以下几个部分:脱脂→水洗→表调→磷化→水洗→预烘→喷涂1→流平→喷涂2→烘烤固化→喷修补漆→工件下线,详细见图3所示。

图3汽车平衡悬架总成施工工艺示意图

图3汽车平衡悬架总成施工工艺示意图

    脱脂是指工件在进行化学成膜之前,必须先除去表面的油脂及附着在表面的灰尘、锈迹、金属细铁屑等污物,才能保证转化膜化学反应的顺利进行,使转化膜与金属基体牢固结合,获得质量优良的转化膜。除油的方法包括机械法、化学法两类。本项目生产线中采用化学法(碱液清洗)。

    表调就是表面调整,是把工件放入装有表调液的槽子里进行表面调整处理的过程。

    表调的作用

    ①除油;②促进零件表层的活力,还能形成大量极细的结晶层,加快磷化膜的形成。使磷化膜更细腻,膜细致均衡。③可以改善磷化性能,能减少磷化一半时间,降低磷化的温度条件;④减少成本,可以降低磷化液的消耗。

    磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化是常用的前处理技术,原理上应属于化学转换膜处理,主要应用于钢铁表面磷化,有色金属(如铝、锌)件也可应用磷化。磷化的目的主要是:给基体金属提供保护,在一定程度上防止金属被腐蚀;用于涂漆前打底,提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力;在金属冷加工工艺中起减摩润滑作用。磷化可以增强涂装涂层与工件间结合力,同时可以提高涂装后工件表面涂层的耐蚀性,另一方面也可以显著提高装饰性。

    本项目中施工过程中喷涂采用无气喷涂,以喷枪为工具,利用高压将涂料吹散、雾化并喷在被涂饰表面,形成连续完整涂层。其中,喷涂时压力保持在0.35~0.6MPa,压力过小,漆液雾化不良,表面会形成麻点;压力过大易流挂,且漆雾过大,既浪费材料又影响操作者的健康。喷嘴与工件表面的距离一般以300~400mm为宜,喷嘴垂直于工件物面,尽量减少斜向喷涂,喷涂时要下一道覆盖上一道的1/3或1/4,喷涂应均匀无明显漏喷和过喷现象,工件表面无明显流挂现象。喷涂结束后,工件传输进入烘道,烘道实测温度为70~85℃,烘烤时间为18~20min,烘烤固化冷却后工件下线,检查有无漏喷,采用溶剂型涂料修补,最后工件下线。

    3.4.2温度和湿度影响

    水性漆中水的含量超过了60%,由于含水量高,水性漆中稀释剂的主体是水,水的挥发与喷漆室的温度、湿度有较大关系。当湿度一定时,随着温度的升高,水的挥发度增加;当温度一定时,则湿度增加,水的挥发受阻;当相对湿度过大时,水份挥发很慢,施工过程中易产生流挂等漆膜缺陷。温度和湿度是喷房内所需控制的最重要的工艺参数。

    关于温度对涂料成膜及性能的影响如下:与溶剂型涂料类似,施工环境温度偏高时,水的挥发速率快,涂料喷涂到基材表面未得到充分的润湿,涂膜未来得及流平即干燥成膜,从而造成涂膜外观不良;温度偏低时,水的挥发速率慢,涂膜易出现流挂。因此,与溶剂型涂料相比,水性涂料的施工温度范围比较窄,严格控制水性涂料的施工温度是保证良好涂膜外观的必要条件。需要特别指出的是,喷涂施工前工件需要进行前处理,脱脂和磷化后会对工件进行加热预烘,因此工件在喷涂时温度一般大于室内温度,经过测定工件温度大约为25~35℃之间。通过实验证实,喷房温度在10~30℃均可,前处理水洗后预烘烤温度为80~100℃,喷涂前工件温度约为20~35℃之间较为适宜。当室温较低时,提高预烘温度,可以防止涂料流挂;当室温过高时,可适当降低预烘温度,防止涂料干燥过快,流平不好,造成漆膜外观不好。 

表8环境温度及工件温度对漆膜外观影响

表8环境温度及工件温度对漆膜外观影响

    同样,若空气中的相对湿度偏大,水的挥发速率慢,不利于水性涂膜的干燥,时间延长会影响涂膜的性能指标(如盐雾老化等);相对湿度偏小,水的挥发速率快,不利于水性涂料的流平,降低涂膜的外观效果。因此,要严格控制水性涂料喷涂时的相对湿度。通过实验证实,相对湿度控制在30%~75%比较适宜。

    3.4.3施工黏度

    涂料在储存过程中,为了防止涂料体系中颜填料的沉降,一般原漆的黏度要比实际施工黏度大。在涂料施工过程中,再通过兑水稀释达到合适的施工黏度再进行喷涂。施工时黏度太低,涂膜容易流挂,涂膜厚度很难达到要求,涂层不丰满;黏度太高,对涂膜流平性不利,涂层不平整。此外,黏度交大,喷涂困难,涂膜成膜质量不好。本项目中的涂料施工黏度和施工性及涂料流平性关系见表9所示。由表9中数据可知,施工黏度控制在50~100s较为合适,喷涂容易,涂层流平性好,涂层丰满度高。    

表9施工黏度与施工性及涂层流平性关系

表9施工黏度与施工性及涂层流平性关系

    3.4.4性能测试

    采用制备的涂料分别喷涂标准样板和汽车悬架工件,分别测试性能,性能见表10,图4为喷涂施工现场图,图5为喷涂施工后平衡悬架示意图。由表10中数据可知,涂层平整光滑,无泡,外观良好。涂层光泽在45~55之间。涂料对底材附着力较好,硬度达到H。特别地,喷涂后的样板和工件具有较好的耐水和耐盐雾性能。根据实验数据可知,本项目涂料综合了水性环氧酯涂料和水性丙烯酸涂料的优点。产品可常温干燥,具有良好漆膜附着力、耐腐蚀性能优异、存放稳定性好,可代替传统溶剂型涂料,可广泛应用于汽车零部件涂料领域。  

表10标准样板及工件涂层性能

表10标准样板及工件涂层性能

    *工件性能特指从工件上取下的部位,材料为钢材。

图4喷涂施工现场展示

图4喷涂施工现场展示  

图5涂装后平衡悬架工件

图5涂装后平衡悬架工件

    3.5产品VOC数据

    2015年1月26日,国家财政部与国家税务总局联合发布了“关于对涂料征收消费税的通知”(以下简称“通知”),引起行业广泛关注。“通知”要求自2015年2月1日起对涂料征收消费税,在生产、委托加工和进口环节征收,适用税率均为4%。“通知”特别指出,对施工状态下挥发性有机物(VOC)含量低于420克/升(含)的涂料免征消费税。在涂料行业整体利润率已经相当微薄的情况下征收4%的消费税,对于涂料行业及企业而言,无疑带来了巨大的冲击。为了推动行业转型,提升企业环保产品的比重,规避或减轻被征税带来的冲击,采用水性涂料替代溶剂型涂料是一个有效的解决方案。根据GB/T23986-2009《色漆和清漆挥发性有机化合物(VOC)含量的测定-气相色谱法》(等同采用ISO11890-2:2006,该方法适用于VOC含量在0.1%和15%之间(质量分数)的样品),对本项目的水性涂料产品测试VOC含量,结果如表11所示。

表11产品VOC含量测试结果

表11产品VOC含量测试结果

    由表1中实验结果可知,本项目中水性涂料产品施工状态下挥发性有机物(VOC)含量低于420克/升,可免征消费税。

    四、结论

    本文中选用一种自乳化型水性环氧酯树脂,添加特定的丙烯酸乳液作为成膜物,采用分散剂将颜料、填料研磨成为颜料浆,添加合适的涂料助剂,制备丙烯酸改性环氧酯水性涂料,将所制备涂料应用于汽车底盘及零部件,研究了涂料配方及相应产品的施工工艺条件,得出如下结论:

    1、采用水性环氧酯和水性丙烯酸乳液作为成膜树脂,所制备产品既保持了水性环氧酯可以空气交联,耐水和耐盐雾性能优异的特性,同时具有丙烯酸乳液快干、耐碱性好、耐候性好等优点,综合性能优异。

    2、涂料配方中采用丙烯酸聚合物作为分散剂研磨颜填料,选用环保的磷酸锌作为防锈颜料,在配漆过程中加入聚醚改性有机硅作为流平剂,选用聚氨酯缔合型增稠剂作为流变助剂,同时加入有机螯合物作为防闪锈剂,得到细度小于40μm,储存稳定性优异的水性涂料。

    3、涂料施工过程中,喷房内的温度和湿度需要调整在合适范围。相对湿度控制在30%~75%比较适宜,喷房温度在10~30℃,控制前处理后水洗预烘后工件温度在20~35℃,所得涂料外观较好。

    4、施工采用无气喷涂,喷涂时涂料黏度控制在50~100s喷涂容易,涂层流平性好,涂层丰满度高。

    5、采用本项目产品施工的工件涂层外观良好。涂料对底材附着力较好,硬度达到H。喷涂后的样板和工件具有较好的耐水和耐盐雾性能,可代替传统溶剂型涂料,在汽车零部件领域具有广泛的应用前景。

    6、本项目的水性涂料产品安全环保,VOC含量仅为182g/L,保护环境,符合绿色环保要求

责任编辑:叶丹

免责声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

电镀添加剂十佳评选环保产品中华万里行更多>>

慧聪市场

一周话题人物 [人物关注排行榜]

[胡如南] 电镀老专家
出版专著“电镀手册”“电镀原理与工艺”“镀锌”“实用镀铬技术”等,在国内外杂志发表论文40余篇。[详细]
[马捷] 电镀分会理事长
提出并促成中表协清洁生产指导委员会成立,积极开展电镀及表面处理行业清洁生产审核、推广和交流活动。[详细]
[张国忠] 奇瑞汽车涂装专家
研究方向:涂装材料、涂装工艺、涂装设备、涂装管理。多篇论文在国内技术论坛或研讨会上获奖。[详细]

官方微信开通

扫一扫官方微信

微商城开通

欢迎关注