汽车零部件用低温烘烤型水性涂料的制备及施工应用(Ⅱ)
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
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
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
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
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
*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
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
