中高固体分清漆在汽车涂装中的应用研究

data-full-width-responsive="true"> 0　前　言溶剂型清漆作为汽车最外部的涂层，需要具备良好的耐介质、耐磨和耐候等性能。为了降低清漆的VOC含量，最有效的手段之一就是使用双组分清漆(VOC含量420 g/L)，随之也会带来使用成本增加的弊端。从经济性角度出发，一些主机厂更倾向于使用单组分清漆。传统单组分清漆的VOC含量通常480 g/L，从技术角度上很难控制在420 g/L以下。有鉴于此，各地政府也出台了对于溶剂型清漆VOC含量的限值。例如：北京市于2015年实施的法规中规定溶剂型清漆VOC限值为480 g/L。与此同时，北京环保部门也于2016年9月对主机厂使用溶剂型涂料进行检测，并要求在施工状态下溶剂型涂料的VOC含量480 g/L。在保证相同施工黏度的前提下，提高单组分清漆的施工固含量并降低VOC含量，从技术角度上讲是可行的。本文使用单组分中高固体分清漆配套水性三涂两烘体系，并对该涂装体系的实际应用进行了研究。1　实验部分11　施工工艺采用3C2B工艺的流程路线，以单组分中高固体分清漆替代传统单组分清漆，利用现有生产线进行整车喷涂。现场施工条件见表1。喷涂方式：外板为机器人静电喷涂，内板为手工空气枪喷涂。中涂常温流平闪干7 min，在80～90 ℃预烘5～8 min后在140 ℃烘烤20～25 min；色漆与清漆之间常温流平闪干5～6 min后，在80～90 ℃预烘5～8min；喷涂清漆后，常温流平闪干7～8 min，在150 ℃烘烤20～25 min。12　材料主要施工参数本文中所使用的实验室电泳测试板和现场喷涂实验用商品电泳车身经锌系磷化前处理后，由北方某主机厂提供；所使用的中涂、色漆和清漆均由某涂料厂商提供。中涂：3C2B体系水性中灰中涂，施工固含量为55%2%，施工黏度为(555) s(涂-4杯，25 ℃)；色漆：3C2B黑色色漆，施工固含量为25%3%，施工黏度为(500100) mPa s(3转子，60 r/min)；单组分中高固体分清漆(MH清漆)：施工固含量为54%，施工黏度27s(涂-4杯，25 ℃)；传统单组分清漆(MS清漆)：施工固含量为49%，施工黏度26 s(涂-4杯，25 ℃)。2　结果与讨论21　VOC含量对比单组分中高固体分清漆(MH清漆)和传统单组分清漆(MS清漆)的VOC含量如表2。由表2可以看出，两种清漆的VOC含量分别为451g/L和503 g/L。22　实验室两种清漆及混合后外观验证MH清漆在客户端应用前，首先在实验室进行了外观验证，并与客户现场在用的MS清漆进行了对比，外观对比数据结果见表3。注：中涂层膜厚为38 m，色漆层膜厚为10～12 m由表3数据可以看出，在保证相同的施工黏度下，将清漆的施工固含量由49%提升至54%，最终涂膜的外观得到了明显的提升。无论是水平面还是垂直面，MH清漆的长短波均低于MS清漆的长短波；与此同时，前者的CF值也明显高于后者。考虑现场的实际生产情况，对MH清漆进行线上应用时，只能采用逐渐添加慢慢置换的方式进行。两种清漆按不同比例混合后，外观数据结果如表4。注：中涂层膜厚为38 m，色漆层膜厚为13 m从表4外观数据上可以看出，混漆过程中外观未出现异常。与MS清漆相比，随着MH清漆的量不断增加，水平面的短波变化不明显，长波有所下降，CF数值有明显提高；而垂直面的长、短波均有下降，CF数值提高明显。23　车身外观对比经过1周左右的现场生产，两种清漆的置换率从0转为100%，说明此时循环系统中MS清漆已经全部消耗完毕。在置换过程中，按照客户要求的测试点(前盖、车门、翼子板和后盖共计27个)对外观进行监控，所有车身外观数据的平均值见表5。由表5数据可以看出，当清漆置换完毕后，车身短波的平均值与之前相比有了明显的下降，这说明使用中高固体分量的清漆在相同的现场施工条件下能够有效地改善最终涂膜的短波，并最终提升产品品质。MH清漆SOP后车身外观数据参看表6。由表6数据可以看出，MH清漆的施工稳定性良好，在不同时间连续喷涂多台车辆后，车身的外观数据与完全置换后车身外观数据基本保持一致，且短波数据明显优于MS清漆SOP时的短波数据。24　返工外观评价按照客户的技术规范要求，从现场主罐中取施工状态下的清漆验证初始、一次返工和两次返工后的外观如表7。从表7外观数据可以看出，SOP后的MH清漆，其外观数据满足客户技术规范要求，且一次返工和两次返工后的外观数据也与初始外观数据保持一致。25　涂膜性能验证MH清漆配套复合涂层涂膜的常规性能、一次返工性能、耐介质性、耐摩擦性和施工性测试结果分别见表8～表10。注：a浸泡法(005 mol/L H2SO4，24 h)；b浸泡法(01 mol/L NaOH，24 h)；c测量15个摩擦循环后的60光泽保有率(Crockmeter干摩擦仪和P2400砂纸)；d点滴法(85 ℃液滴封闭状态下，20%H2SO4，1 h)按照客户技术规范对中涂不同烘烤条件配套清漆不同烘烤条件的涂膜和重涂后涂膜的附着力、铅笔硬度、杯突和耐冲击进行了测试(详见表8和表9)，测试结果显示：各项测性指标均满足技术规范要求。此外，MH清漆的针孔极限和流挂极限分别为60 m，耐酸、耐碱和耐汽油测试无问题，干摩擦后60光泽保有率在80%以上。上述性能测试结果也满足技术规范要求。3　结　语(1)采用水性3C2B体系配套单组分中高固体分清漆，与传统单组分清漆进行比较，其产品外观得到了提升，尤其是短波的改善特别明显。(2)使用施工固体分为54%、VOC含量为451 g/L的单组分中高固体分清漆，能够有效地降低汽车制造厂商的VOC排放，减少环境污染，满足目前地方环保法规要求。(3)使用单组分中高固体分清漆制备的涂膜，其主要性能满足客户技术规范要求，且施工性能良好。