汽車用水性漆技術(shù)簡介

汽車用水性漆技術(shù)簡介汽車用水性漆技術(shù)簡介汽車用水性漆技術(shù)簡介xxx公司汽車用水性漆技術(shù)簡介文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計，管理制度汽車用水性漆技術(shù)簡介發(fā)表時間:(2006年2月20日9:2)|作者:cmf|所屬欄目:專利|來自:上海涂料李自松(上海大眾汽車有限公司200072)摘要：介紹汽車用水性漆的性能、施工工藝、設(shè)備、運(yùn)輸及庫存，并簡要分析其經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：水性漆；涂裝工藝；環(huán)境保護(hù)中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-1696（2006）01-0015-040前言為保護(hù)人類生存環(huán)境，現(xiàn)今汽車涂裝的發(fā)展趨勢是低公害、無公害化。水性漆的最大優(yōu)點(diǎn)是涂層質(zhì)量堪與傳統(tǒng)溶劑型漆相當(dāng)，但VOC排放量小。其排放量約為溶劑型漆的三分之一，且是實(shí)現(xiàn)金屬閃光漆低公害化的唯一途徑。因此，采用水性漆具有重要意義。近年來，國際上對VOC排放量的要求越來越嚴(yán)。如1995年德國大氣凈化法就規(guī)定，車身被涂面積的VOC排放量應(yīng)小于35s／m2。在嚴(yán)格限制VOC排放量的環(huán)保要求促使下，國際上(特別是歐美國家)大力發(fā)展水性漆。目前，歐美汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國家均實(shí)現(xiàn)了汽車涂裝水性化，汽車涂裝普遍采用水性漆，汽車用水性漆及其涂裝技術(shù)也已成熟，水性漆在品種配套、涂層質(zhì)量方面可與傳統(tǒng)溶劑型漆相媲美。國際上大力發(fā)展的是水性漆技術(shù)，而不是溶劑型漆技術(shù)，我國如不用水性漆，將來在涂裝技術(shù)方面的國際交流與合作會越來越困難，不利于我國汽車涂裝技術(shù)水平的提高。目前我國正大力弘揚(yáng)科學(xué)發(fā)展觀，走可持續(xù)發(fā)展道路，可以預(yù)見對VOC排放量的要求會越來越嚴(yán)格。為了保護(hù)我們的生存環(huán)境，增強(qiáng)在涂裝技術(shù)方面的國際交流與合作，提高我國汽車涂裝技術(shù)水平，我國汽車公司應(yīng)考慮用水性漆。實(shí)際上，國內(nèi)幾家大汽車公司，如上海大眾、一汽大眾等在近年新建的油漆車間里均有水性漆預(yù)留區(qū)，將來只要對設(shè)備稍加改造即可應(yīng)用水性漆工藝。1水性漆的性能水性漆與傳統(tǒng)溶劑型漆一樣，基本成分包括溶劑、樹脂、顏料和添加劑等。水性中涂漆主要有聚酯和聚氨酯漆，其施工固體分較高，一般為50％～60％。水性中涂漆的抗石擊性能優(yōu)于傳統(tǒng)溶劑型中涂漆。水性面漆的底色漆主要有丙烯酸和聚氨酯漆。水性清漆由于價格較高，目前尚未廣泛應(yīng)用，普遍采用的罩光清漆是高固體分雙組分溶劑型漆。水性金屬底漆與溶劑型金屬底漆的溶劑含量比較見表1。從表1可看出，水性漆所含溶劑主要是水，樹脂分散在水中形成聚合物分散體系；而傳統(tǒng)溶劑型漆的溶劑主要是有機(jī)溶劑，樹脂在溶劑中形成聚合物溶液。這就是水性漆與溶劑型漆的最大差別。表1水性金屬底漆與溶劑型金屬底漆的溶劑含量比較水性金屬底漆／％低固體分溶劑型金屬底漆／％體分2113有機(jī)溶劑1487水650水的獨(dú)特性質(zhì)(表2)使水性漆的性質(zhì)也較不一般，在許多方面與傳統(tǒng)溶劑型漆不同。表2水與有機(jī)溶劑的物理性質(zhì)比較比較項(xiàng)目有機(jī)溶劑水對水性漆的影響表面張力/(mN·m-1)表面張力大，易流掛、縮孔等。蒸發(fā)熱/(kJ·kS-1)350～4502258蒸發(fā)熱和熱容值大，熱容值/[kJ·(kg·K)-1]～水蒸發(fā)慢，易流掛，需設(shè)置中間加熱揮發(fā)區(qū)。介電常數(shù)～導(dǎo)電性好，對靜電噴涂有特殊要求。(1)顏料分散性不好。水性漆屬于聚合物分散體系，顏料分散性不是很好，因此須采取措施加以改善。(2)分散粒子的穩(wěn)定性差。溶解的分子對剪切力、熱、pH等都很穩(wěn)定，而分散的粒子不穩(wěn)定，因此要對分散體系采取穩(wěn)定措施。分散粒子受剪切力后會被破壞，因而須考慮在制造、輸送水性漆過程中避免剪切力的作用。分散粒子對pH值很敏感，漆中混入酸性物質(zhì)會形成酸性粒子，從而產(chǎn)生膠化破壞水性漆。還有水性漆在運(yùn)輸過程中受寒凍結(jié)后分散粒子也會被破壞。(3)表面張力大。水的表面張力大(見表2)，故水性漆的表面張力也較大，在施工過程中要加強(qiáng)管理，否則涂裝時易產(chǎn)生下列缺陷和漆膜弊病：

a.易流掛；b.展平性不好；c.易產(chǎn)生縮孔、針孔；d.不易伸人被涂物表面的小細(xì)縫中。(4)蒸發(fā)熱和熱容值高，受溫度、濕度的影響大。水的高蒸發(fā)熱和熱容值(見表2)使水性漆中的水蒸發(fā)慢。溶劑型漆中溶劑總量的50％在噴涂霧化過程中揮發(fā)掉，而對于水性漆僅為25％。水蒸發(fā)慢在涂裝時易產(chǎn)生流掛，且使涂裝效率變差。因此，需設(shè)置中間加熱區(qū)將水從水性底漆涂層中強(qiáng)制揮發(fā)出去。在噴涂清漆前必須把90％的水從水性底漆涂層中除掉(防止在最終烘烤時沸騰的水穿過清漆揮發(fā)出來)以獲得最佳的漆膜外觀，從而避免水性底漆被清漆返溶。水的蒸發(fā)速率與相對濕度密切相關(guān)，相對濕度高時，水的蒸發(fā)速率很低。因此，噴漆室的相對濕度和溫度必須控制在一定范圍內(nèi)，以確保噴漆霧化過程中適量的水揮發(fā)掉，并且使水和有機(jī)溶劑在涂膜中保持適當(dāng)平衡。這個適當(dāng)?shù)钠胶馐呛苤匾?，其可使涂料有合適的表面張力以潤濕噴涂表面(見表2)。(5)導(dǎo)電性好。水的介電常數(shù)大(見表2)，因此水性漆的導(dǎo)電性好，一般水性漆的電阻小于Ω)，而溶劑型漆有一定的電阻：～20MΩ。水性漆的導(dǎo)電性好，當(dāng)采用靜電噴涂時有特殊要求。(6)腐蝕性大。水性漆含有大量水，因而對容器、輸送管路、噴漆室體等易受潮部位有腐蝕性，需用不銹鋼或塑料制品。(7)流變行為。流體粘度隨剪切率的增加而減少時稱為假塑性流體。假塑性流體的流變行為與其流變所走路徑有關(guān)，也就是對時間有依賴，故稱之為觸變性流體。杜邦公司的水性金屬漆和水性色漆本質(zhì)上屬假塑性流體。BASF公司的水性漆具有觸變性，其粘度取決于所用的剪切速率及其剪切歷程，基于水性漆的特性，用流杯測量粘度值不具有重現(xiàn)性，只有用旋轉(zhuǎn)粘度計測出包括低剪切速率下和高剪切速率下的數(shù)據(jù)點(diǎn)完整流變曲線才能給出水性漆流變行為的完整特性。2水性漆的施工工藝目前歐美普遍采用的水性漆涂裝工藝體系是：陰極電泳漆+水性中涂漆+水性底色漆+高固體分溶劑型罩光清漆。水性漆的施32-12藝與溶劑型漆不同，水性中涂烘干時需增加紅外線升溫和保溫過程，水性底漆噴涂后增加加熱揮發(fā)過程。一般的水性漆施工工藝如下：(1)噴涂水性中涂漆。(2)中涂烘干，工藝參數(shù)如下：揮發(fā)：室內(nèi)條件下5min；紅外線升溫：2～3min，70±10℃(車身)紅外線保溫：3～5min，70±10℃(車身)循環(huán)熱空氣升溫：約5min，165～175℃(車身循環(huán)熱空氣保溫：15min，165-175℃(車身)冷卻：車身溫度冷卻到小于35℃(3)噴涂水性底色漆。(4)加熱揮發(fā)，工藝參數(shù)如下：揮發(fā)：室內(nèi)條件下；升溫：紅外線，，70±10℃(車身)保溫：循環(huán)熱空氣，，70±10℃(車身)冷卻：車身溫度冷卻到小于35℃(約在加熱揮發(fā)區(qū)必須確保水性漆中90％以上的水分揮發(fā)掉。(5)噴雙組分清漆。(6)面漆烘干，工藝參數(shù)如下：揮發(fā)：室內(nèi)條件下3min；升溫：紅外線，10min，125±20℃(車身)保溫：循環(huán)熱空氣，20min，125±10℃(車身冷卻：車身溫度冷卻到小于35℃3水性漆的噴涂設(shè)備噴漆室噴漆室的室體、槽子等受潮部位需全部采用不銹鋼。噴漆室內(nèi)的溫度和濕度必須嚴(yán)格控制，施工區(qū)域內(nèi)溫度波動不超過±1℃，相對濕度波動不超過土5％，基材或車身溫度應(yīng)保持在噴漆室條件下的露點(diǎn)以上。溫度和濕度會影響到水性漆膜的顏色、金屬閃光效果、漆膜粗糙度、色勻性、防流掛性、結(jié)構(gòu)形態(tài)以及對中涂的潤濕性能，同時還將影響到電極的污染(應(yīng)用靜電噴涂時)溫度：23±1℃相對濕度：65％±5％。中涂噴漆室下降風(fēng)速：手工區(qū)／s靜電噴涂區(qū)／s揮發(fā)區(qū)／s底漆噴漆室的下降風(fēng)速：手工區(qū)／s靜電噴涂區(qū)／s空氣自動噴涂區(qū)／s揮發(fā)區(qū)／s由于采用水性漆時，噴漆室內(nèi)的溫度和濕度必須控制在很小的范圍內(nèi)，因此采用水性漆的難點(diǎn)是在國內(nèi)的氣候條件下，如何保證噴漆室的溫度、濕度條件。目前，在國內(nèi)還沒有采用水性漆的經(jīng)驗(yàn)，如采用水性漆工藝，必須加強(qiáng)生產(chǎn)管理和人員培訓(xùn)。調(diào)漆室及輸漆系統(tǒng)調(diào)漆室應(yīng)盡可能靠近噴漆室。調(diào)漆室要有溫度調(diào)節(jié)，以保證施工時最佳的油漆溫度(20～25℃)。調(diào)漆室要有足夠的水性漆庫存空間。當(dāng)將水性漆從外送往調(diào)漆室時，需在調(diào)漆室存放足夠的時間，以將水性漆升溫到施工溫度。例如，在調(diào)漆室內(nèi)室溫23℃，普通空調(diào)條件下，一個裝有水性漆的250L容器從5℃升溫到20℃需48h。按此計算，如采用250L的運(yùn)輸容器，油漆車間必須有5班的水性漆庫存周轉(zhuǎn)量(溶劑型漆的調(diào)漆室需2調(diào)漆罐必須用不銹鋼，內(nèi)表面要盡可能光潔，容器尺寸要盡可能小。盡量減少容器中的空氣交換來保持漆面上空氣的濕度，避免油漆可能在器壁和攪拌器軸上千結(jié)，因此漆罐必須保持密封。容器中油漆液面不能低于回管，避免攪拌時產(chǎn)生氣泡。避免污染。輸漆管路系統(tǒng)采用大直徑循環(huán)管道，避免系統(tǒng)高壓。避免使用會留下死角的管道附件和短徑彎頭，應(yīng)該用直徑不變的連接管。變徑時用分級管來代替漸縮管。管路需采用不銹鋼或塑性材料，系統(tǒng)中其它的受潮部分也應(yīng)為不銹鋼制品。所有部件，尤其是焊接接頭等，必須經(jīng)過鈍化處理。應(yīng)避免使用含硅樹脂、兩性電解質(zhì)等材料用于密封的襯墊、閥門、活塞等，這些材料會導(dǎo)致油漆縮孔。輸漆系統(tǒng)一般設(shè)有兩道過濾，金屬漆的前道過濾器規(guī)格為100～150μm，單色漆的前道過濾器規(guī)格為46-60μm。后道過濾均可采用100-150μm的過濾器。噴涂設(shè)備水性漆可用空氣噴槍、靜電空氣噴槍或高速旋杯進(jìn)行施工。高速旋杯的外置式荷電系統(tǒng)已經(jīng)在德國、歐洲和美國市場誕生，直接荷電的水性漆系統(tǒng)和后來與地絕緣的輸漆系統(tǒng)現(xiàn)正在許多生產(chǎn)線上得到應(yīng)用。霧化方面的基本情況(如油漆液滴的分散、沉積、噴涂效率等)和溶劑型金屬底漆大致相同。但水性漆對流量和漆霧變化更加敏感，如有不當(dāng)，容易導(dǎo)致漆膜發(fā)花和針孔。因此需增加工藝控制內(nèi)容，如流體環(huán)路控制、霧化空氣控制、瞬時觸發(fā)控制和噴槍目標(biāo)距離環(huán)路控制。水性底漆噴涂設(shè)備要求特殊的清洗溶劑和增加換色次數(shù)，以確保設(shè)備內(nèi)部清潔。此外，易受潮部位要全部采用不銹鋼。4水性漆的運(yùn)輸及庫存水性漆對溫度很敏感，如果貯存在低于冰點(diǎn)的溫度時會改變油漆的溶解特性，由此導(dǎo)致油漆中活性物質(zhì)沉淀，材料就不均勻。經(jīng)過重新加熱后，水性漆不會回到均質(zhì)狀態(tài)，它的特性將被破壞。因此，水性漆運(yùn)輸和貯存時有較高要求。溫度控制在+5℃到30因水性漆中含水，故會使傳統(tǒng)油漆運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，不僅損壞設(shè)備，而且油漆本身易受3價離子如Fe3+的影響，這些離子將影響油漆的流變特性。因此，要求所有接觸到水性漆的設(shè)備需用不銹鋼或塑料制品。水性漆貯存穩(wěn)定性僅3個月，對運(yùn)輸和貯存又有較高要求。因此，國內(nèi)汽車公司如采用水性漆不宜從國外進(jìn)口，最好就近生產(chǎn)，便于及時供貨。BASF、杜邦等油漆供應(yīng)商均表示過，如中國汽車公司考慮采用水性漆，他們準(zhǔn)備在中國建立水性漆生產(chǎn)基地。5經(jīng)濟(jì)效益分析VOC分析目前，國內(nèi)汽車公司采用溶劑型漆時每平方米車身涂裝面積的VOC排放量約為130g／m2，遠(yuǎn)不能滿足環(huán)保要求。如采用水性漆(陰極電泳+水性中涂+水性底漆+溶劑型雙組分高固體分清漆)，每平方米車身涂裝面積的VOC排放量可降低到約36g／m2。因此，采用水性漆可大幅降低油漆車間的VOC排放量。能耗分析水性漆的能耗與溶劑型漆存在3個方面不同：噴漆室溫濕度調(diào)節(jié)，中間加熱揮發(fā)，排風(fēng)凈化過程。綜合來看，采用水性漆的能耗較大。(1)噴漆室溫度、濕度調(diào)節(jié)。水性漆噴漆室的溫度最佳控制在23±1℃，相對濕度控制在65％±5(2)中間加熱揮發(fā)。金屬底漆涂覆后的中間揮發(fā)過程中，由于蒸發(fā)時間不能任意延長，因此需設(shè)置中間加熱區(qū)(以紅外輻射和熱空氣的形式)，為此能耗增加。(3)排風(fēng)凈化過程。使用傳統(tǒng)的溶劑型底漆時，為達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，噴漆室的排風(fēng)需經(jīng)一定程度的處理，這需要增加能耗和投資。如在采用旋轉(zhuǎn)吸收器解決問題的過程中需要額外的能耗來克服整個排風(fēng)系統(tǒng)的壓差(微粒的精細(xì)過濾、旋轉(zhuǎn)器、排風(fēng)凈化)，解吸也需要耗能，如采用水性漆就可以節(jié)省這方面的能耗和投資。水性漆材料成本分析據(jù)資料介紹，如采用水性漆，單位質(zhì)量的油漆材料成本可能比溶劑型漆增加約1