汽車零部件用低溫烘烤型水性涂料的制備及施工應用(Ⅱ)
表面處理網訊汽車零部件用低溫烘烤型水性涂料的制備及施工應用（Ⅰ）
3.3.1顏料填料選擇
顏料和填料是涂料的重要組成部分顏料和填料不僅能保證涂料具有良好的遮蓋力豐富的色彩還能賦予涂膜施工各項特殊功效其中顏料是涂料色漆不可或缺的成份之一其作用除了為涂膜提供色彩裝飾外還可以為涂料提供更多的物理和化學性能的改善如遮蓋性耐光性耐候性耐化學品性光澤和機械強度等填料在涂料中的主要作用包括兩方面一是填充作用降低成本二是通過加入填料改變涂膜或漆料的物理和化學性質與顏料相比填料具有成本低吸油量低和較易分散等優點
本文中根據客戶提供的標準工件進行調色選用鈦白粉碳黑鐵黃等作為著色顏料添加沉淀硫酸鋇滑石粉等作為填料采用分散劑研磨制備顏填料漿得到與標準工件顏色一致的涂料
3.3.2防銹顏料
涂料保護金屬腐蝕最重要的是取決于所用的樹脂體系包括固化劑同時在很大程度上也取決于所選擇的防銹顏料涂料的防腐性能是樹脂體系與防銹顏料相互共同作用的結果防腐涂料的性能會因添加了防銹顏料而受到明顯的正面影響因此當我們要用涂料使金屬免于腐蝕的時候根據所采用的樹脂體系來選擇防銹顏料就成為一個起主導作用的問題按其作用機理防銹顏料可分為物理防銹顏料和化學防銹顏料以及兼具物理和化學機理的綜合型防銹顏料化學防銹顏料基于其本身的化學活性在金屬腐蝕過程中與金屬表面的金屬離子反應生成一層致密的鈍化膜來抑制腐蝕過程或依據電化學原理通過犧牲陽極來達到保護金屬的目的常用的此類防銹顏料有磷酸鹽系改性磷酸鹽系離子交換型顏料等磷酸鹽系作為含鉛鉻顏料的替代品之一廣泛用于涂料中作為化學防銹顏料是目前用量最大應用最廣的無毒防銹顏料磷酸鹽系防銹顏料的作用機理復雜正磷酸鋅的主要防銹機理為
正磷酸鋅的主要防銹機理
該類防銹顏料能與涂料中的羥基羧基等進行化學結合也能在金屬表面生成顏料-漆料-底材的高分子絡合物阻止銹的形成和擴蝕本項目選用磷酸鋅作為防銹顏料金屬表面形成鈍化膜可以有效地抑制水氧等物質的侵蝕為了提高涂料的防腐蝕性選擇三聚磷酸鋁APW-Ⅱ與磷酸鋅配用由于三聚磷酸鋁的雙重防銹機理解聚反應形成三聚磷酸根離子（P3O105-）它比磷化處理的PO43+離子對Fe3+離子以及各種金屬離子有更強的螯合力在被涂物表面形成卓越的鈍化膜對鋼鐵等金屬物體的腐蝕具有極強的抑制作用通過兩種防銹顏料配合使用取得了較好的防銹效果
3.4涂料施工
3.4.1施工工藝介紹
汽車懸架總成的噴涂工藝包括以下幾個步驟①工件表面處理②噴涂③固化具體的施工步驟包括以下幾個部分脫脂→水洗→表調→磷化→水洗→預烘→噴涂1→流平→噴涂2→烘烤固化→噴修補漆→工件下線詳細見圖3所示
圖3汽車平衡懸架總成施工工藝示意圖
脫脂是指工件在進行化學成膜之前必須先除去表面的油脂及附著在表面的灰塵銹跡金屬細鐵屑等污物才能保證轉化膜化學反應的順利進行使轉化膜與金屬基體牢固結合獲得質量優良的轉化膜除油的方法包括機械法化學法兩類本項目生產線中采用化學法（堿液清洗）
表調就是表面調整是把工件放入裝有表調液的槽子里進行表面調整處理的過程
表調的作用
①除油②促進零件表層的活力還能形成大量極細的結晶層加快磷化膜的形成使磷化膜更細膩膜細致均衡③可以改善磷化性能能減少磷化一半時間降低磷化的溫度條件④減少成本可以降低磷化液的消耗
磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜磷化是常用的前處理技術原理上應屬于化學轉換膜處理主要應用于鋼鐵表面磷化有色金屬（如鋁鋅）件也可應用磷化磷化的目的主要是給基體金屬提供保護在一定程度上防止金屬被腐蝕用于涂漆前打底提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力在金屬冷加工工藝中起減摩潤滑作用磷化可以增強涂裝涂層與工件間結合力同時可以提高涂裝后工件表面涂層的耐蝕性另一方面也可以顯著提高裝飾性
本項目中施工過程中噴涂采用無氣噴涂以噴槍為工具利用高壓將涂料吹散霧化并噴在被涂飾表面形成連續完整涂層其中噴涂時壓力保持在0.35～0.6MPa壓力過小漆液霧化不良表面會形成麻點壓力過大易流掛且漆霧過大既浪費材料又影響操作者的健康噴嘴與工件表面的距離一般以300～400mm為宜噴嘴垂直于工件物面盡量減少斜向噴涂噴涂時要下一道覆蓋上一道的1/3或1/4噴涂應均勻無明顯漏噴和過噴現象工件表面無明顯流掛現象噴涂結束后工件傳輸進入烘道烘道實測溫度為70~85℃烘烤時間為18~20min烘烤固化冷卻后工件下線檢查有無漏噴采用溶劑型涂料修補最后工件下線
3.4.2溫度和濕度影響
水性漆中水的含量超過了60%由于含水量高水性漆中稀釋劑的主體是水水的揮發與噴漆室的溫度濕度有較大關系當濕度一定時隨著溫度的升高水的揮發度增加當溫度一定時則濕度增加水的揮發受阻當相對濕度過大時水份揮發很慢施工過程中易產生流掛等漆膜缺陷溫度和濕度是噴房內所需控制的最重要的工藝參數
關于溫度對涂料成膜及性能的影響如下與溶劑型涂料類似施工環境溫度偏高時水的揮發速率快涂料噴涂到基材表面未得到充分的潤濕涂膜未來得及流平即干燥成膜從而造成涂膜外觀不良溫度偏低時水的揮發速率慢涂膜易出現流掛因此與溶劑型涂料相比水性涂料的施工溫度范圍比較窄嚴格控制水性涂料的施工溫度是保證良好涂膜外觀的必要條件需要特別指出的是噴涂施工前工件需要進行前處理脫脂和磷化后會對工件進行加熱預烘因此工件在噴涂時溫度一般大于室內溫度經過測定工件溫度大約為25~35℃之間通過實驗證實噴房溫度在10~30℃均可前處理水洗后預烘烤溫度為80~100℃噴涂前工件溫度約為20~35℃之間較為適宜當室溫較低時提高預烘溫度可以防止涂料流掛當室溫過高時可適當降低預烘溫度防止涂料干燥過快流平不好造成漆膜外觀不好
表8環境溫度及工件溫度對漆膜外觀影響
同樣若空氣中的相對濕度偏大水的揮發速率慢不利于水性涂膜的干燥時間延長會影響涂膜的性能指標如鹽霧老化等相對濕度偏小水的揮發速率快不利于水性涂料的流平降低涂膜的外觀效果因此要嚴格控制水性涂料噴涂時的相對濕度通過實驗證實相對濕度控制在30%~75%比較適宜
3.4.3施工黏度
涂料在儲存過程中為了防止涂料體系中顏填料的沉降一般原漆的黏度要比實際施工黏度大在涂料施工過程中再通過兌水稀釋達到合適的施工黏度再進行噴涂施工時黏度太低涂膜容易流掛涂膜厚度很難達到要求涂層不豐滿黏度太高對涂膜流平性不利涂層不平整此外黏度交大噴涂困難涂膜成膜質量不好本項目中的涂料施工黏度和施工性及涂料流平性關系見表9所示由表9中數據可知施工黏度控制在50~100s較為合適噴涂容易涂層流平性好涂層豐滿度高
表9施工黏度與施工性及涂層流平性關系
3.4.4性能測試
采用制備的涂料分別噴涂標準樣板和汽車懸架工件分別測試性能性能見表10圖4為噴涂施工現場圖圖5為噴涂施工后平衡懸架示意圖由表10中數據可知涂層平整光滑無泡外觀良好涂層光澤在45~55之間涂料對底材附著力較好硬度達到H特別地噴涂后的樣板和工件具有較好的耐水和耐鹽霧性能根據實驗數據可知本項目涂料綜合了水性環氧酯涂料和水性丙烯酸涂料的優點產品可常溫干燥具有良好漆膜附著力耐腐蝕性能優異存放穩定性好可代替傳統溶劑型涂料可廣泛應用于汽車零部件涂料領域
表10標準樣板及工件涂層性能
*工件性能特指從工件上取下的部位材料為鋼材
圖4噴涂施工現場展示
圖5涂裝后平衡懸架工件
3.5產品VOC數據
2015年1月26日國家財政部與國家稅務總局聯合發布了關于對涂料征收消費稅的通知（以下簡稱通知）引起行業廣泛關注通知要求自2015年2月1日起對涂料征收消費稅在生產委托加工和進口環節征收適用稅率均為4%通知特別指出對施工狀態下揮發性有機物VOC含量低于420克/升含的涂料免征消費稅在涂料行業整體利潤率已經相當微薄的情況下征收4%的消費稅對于涂料行業及企業而言無疑帶來了巨大的沖擊為了推動行業轉型提升企業環保產品的比重規避或減輕被征稅帶來的沖擊采用水性涂料替代溶劑型涂料是一個有效的解決方案根據GB/T23986-2009《色漆和清漆揮發性有機化合物VOC含量的測定-氣相色譜法》（等同采用ISO11890-2:2006該方法適用于VOC含量在0.1%和15%之間（質量分數）的樣品）對本項目的水性涂料產品測試VOC含量結果如表11所示
表11產品VOC含量測試結果
由表1中實驗結果可知本項目中水性涂料產品施工狀態下揮發性有機物VOC含量低于420克/升可免征消費稅
四結論
本文中選用一種自乳化型水性環氧酯樹脂添加特定的丙烯酸乳液作為成膜物采用分散劑將顏料填料研磨成為顏料漿添加合適的涂料助劑制備丙烯酸改性環氧酯水性涂料將所制備涂料應用于汽車底盤及零部件研究了涂料配方及相應產品的施工工藝條件得出如下結論
1采用水性環氧酯和水性丙烯酸乳液作為成膜樹脂所制備產品既保持了水性環氧酯可以空氣交聯耐水和耐鹽霧性能優異的特性同時具有丙烯酸乳液快干耐堿性好耐候性好等優點綜合性能優異
2涂料配方中采用丙烯酸聚合物作為分散劑研磨顏填料選用環保的磷酸鋅作為防銹顏料在配漆過程中加入聚醚改性有機硅作為流平劑選用聚氨酯締合型增稠劑作為流變助劑同時加入有機螯合物作為防閃銹劑得到細度小于40μm儲存穩定性優異的水性涂料
3涂料施工過程中噴房內的溫度和濕度需要調整在合適范圍相對濕度控制在30%~75%比較適宜噴房溫度在10~30℃控制前處理后水洗預烘后工件溫度在20~35℃所得涂料外觀較好
4施工采用無氣噴涂噴涂時涂料黏度控制在50~100s噴涂容易涂層流平性好涂層豐滿度高
5采用本項目產品施工的工件涂層外觀良好涂料對底材附著力較好硬度達到H噴涂后的樣板和工件具有較好的耐水和耐鹽霧性能可代替傳統溶劑型涂料在汽車零部件領域具有廣泛的應用前景
6本項目的水性涂料產品安全環保VOC含量僅為182g/L保護環境符合綠色環保要求
