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水性3C1B汽车涂料抗流挂性能改进研究

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2019-02-26 09:56【
文章导读:按照汽车涂料喷涂工艺,电泳以后“湿碰湿”方式喷涂水性中涂、水性色漆和清漆,色漆中间脱水后并一次性烘干的工艺称为水性三涂一烘(WB 3C1B)工艺。水性3C1B工艺在环保方面贡献巨大,而且在设备能源消耗、材料消耗等方面也具有良好的经济性,并且能够符合汽车涂装工艺要求和性能要求。漆膜流挂现象是评判汽车涂料质量的重要指标之一。3C1B工艺以“湿碰湿”的方式喷涂对抗流挂的要求更高。本文将从材料配方、施工工艺两方面对水性3C1B汽车涂料抗流挂方面进行研究,识别出关键影响因素。

我国汽车厂家,从2003年开始在启动水性汽车涂装线以来,水性涂装线已经被广泛推广,国家对环保的重视推动了水性涂料的发展。经济环保型水性3C1B工艺的技术是采用水性高固含中涂、水性高固含色漆和高固含清漆,可提减少VOC的排放,提高喷涂效率,满足“资源节约型、环境友好型社会”的国家发展目标。但是也对材料配方、设备、工艺等提出了更高的要求。本文将从材料配方、施工工艺角度对水性3C1B汽车涂料抗流挂方面进行研究,识别出关键影响因素。

 

  2 水性3C1B汽车涂料工艺及流挂性能简介

 

  涂料施工于垂直物体表面上,受重力作用,在湿膜闪干过程中,部分湿膜的表面向下滑落、形成上部分膜厚薄,下部分膜厚厚的现象称为流挂。

工艺过程

 水性3C1B工艺采用的是中涂层与色漆之间湿碰湿工艺,其色漆与中涂间的组分会发生相互交换,下层的底涂中的溶剂会渗入上层,同样上层的溶剂会渗透到下层,配方设计的过湿或者施工的过程中脱水以及喷涂过湿会导致流挂问题。本文着重从材料配方、施工工艺角度对水性3C1B汽车涂料抗流挂方面进行研究。

 

  3 实验所有材料和主要设备

 

  3.1 实验主要原材料

 

  水性树脂binder(水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸乳液、水性聚酯树脂等)

  助剂(水性氨溶液、消泡剂、流变助剂等)

  溶剂(去离子水、乙二醇丁醚等醇醚溶剂)

  颜料以及填料(水性预钝化铝粉浆、水性珠光粉浆、水性颜料浆)

  2K罩光清漆和固化剂

 

  3.2 参考配方以及基本性能

配方比例表

3.3 测试方法和设备

 

  3.3.1 黏度检测以及流变检测

 

  设备:安东帕流变仪

  测试方法:流变仪测量1000 (1/s)旋转5mins测量油漆旋转粘度,记录黏度

  流变仪测量shear recovery使用流变仪,分四个阶段剪切,先以3000 1/s 高速剪切30s,再用1 1/s 低速剪切180s,接着用60000 1/s高速剪切30s,最后用1 1/s低速剪切180s。

 

  3.3.2 外观测量

 

  设备:BYK 橘皮仪

  测量方法:测量定膜下的样板LW/SW/DOI,用来评估配方变化对外观的影响。

 

  3.3.3 机械性能评估

 

  设备:石击仪和附着力划格仪。

  测量方法:用康采恩的标准使用石击仪测量漆膜的抗石击等级,≤K2级为合格。

  用康采恩的标准使用划格仪测量漆膜的附着力等级,≤K1级为合格。

 

  3.3.4 施工喷涂

 

  设备以及板材: Durr 机器人、静电高压旋杯喷涂、烘箱、30cm×57cm带孔流挂板、膜厚仪。

  施工膜厚范围:

  定膜喷涂水性中涂,膜厚范围12~17um ,梯度喷涂水性金属漆色漆,膜厚范围5~35um

  定膜喷涂2K罩光清漆,膜厚范围 40~50um

 

  4 施工工艺对3C1B产品抗流挂性能影响与改进

 

  实验设计:本文根据施工工艺过程和机器人参数设置不同的条件,来识别影响油漆流挂性能。

 

  4.1 油漆闪干时间和烘烤时间以及温度对3C1B产品抗流挂性能的影响

 

  水性3C1B 产品采用的是湿碰湿闪干工艺,中涂闪干过程中会释放掉一部分溶剂和水份,其中收闪干过程的时间以及环境的温湿度影响较大,设计一组交叉实验来模拟并找出闪干这道工序对流挂的影响


控制范围

从以上实验结果可以看出,喷涂环境要控制在合理的范围内,高湿度和低室温会增加流挂风险,温度和湿度要控制一定的合理范围内,高湿度和低温度会使漆膜闪干过程脱水过慢,水和有机溶剂含量过高,漆膜流挂风险更大。从实验结果和现场参数设置,把湿度60%~65%,温度23±3℃对湿碰湿3C1B 产品更加适合。

 

  另外一个关键因素是中涂和色漆之间的闪干时间,不同闪干时间漆膜脱水率是不同的,从实验结果可以看得出,闪干时间过短会导致严重的流挂问题,过多的溶剂和水份没有充分的挥发,会使得涂料在漆膜形成时粘度降低过快从而导致流挂,但是闪干时间过长也会导致漆膜流动性变差,使得漆膜的橘皮外观变差,所以根据现场产量节拍设置合理的闪干时间,4.5~6mins比较合理,既有益于漆膜脱水,又有益于漆膜流平。

 

  4.2 机器人参数对3C1B产品抗流挂性能的影响

 

  本文验证了机器人旋杯转速、成型空气、旋杯到车身的板距、旋杯参照车身移动的速度等几个参数对抗流挂性能的影响。



0

 

  从表3可以看出,喷涂过程中,喷涂的越湿对流挂影响越大,其中板距越近,油漆到物理的雾化距离就越近,导致雾化的颗粒过大,颗粒中含有大量的水分和溶剂,颗粒回溶成漆膜后含水量增加,有流挂风险。另外一个影响因素是板速,移动的速度过快也会导致雾化不良,水含量过高,从而流挂变差。根据不同现场的施工条件和油漆材料,对喷涂参数的设置要多次尝试,找到流挂和流平的平衡点,才能达到最佳的效果。

 

  5 3C1B产品配方对抗流挂性的影响与改进

 

  3C1B 水性漆流挂窗口与配方有较大的联系,中涂和色漆配方中的树脂组成、溶剂和水的含量都会对流挂产生影响。水性漆是假塑体,黏度随高低剪切速率的变化而变化。中涂和色漆需要通过流变剂及树脂溶胀来提高触变性,从而提高抗流挂性能。另一方面,由于以“湿碰湿”的方式进行喷涂,中涂和色漆的兼容性也会影响流挂性能。设计如下实验,分别改变配方中这四种成分的量,从流变曲线和湿膜固含两个方面,结合流挂喷涂结果,研究和分析中涂配方中材料对“湿碰湿”工艺下流挂性能的影响,同时评估优化前后3C1B水性漆配方在机械性能、橘皮等关键性能的表现。

9

 

 

  5.1 中涂配方流变性能对抗流挂的影响

 

  Shear Recovery方法模拟水性漆从循环到施工喷涂整个过程中黏度和黏度回复的变化。将高剪切后的黏度回复性作为材料触变性的参考依据,结合喷涂流挂的结果,找到对应关系,给配方调整作指导。

8

 

 

  从图2曲线图表可以看出,中涂配方中分别增加聚氨酯树脂、聚丙烯酸树脂、流变助剂和乙二醇丁醚,600001/s高剪切后的粘度恢复性有不同程度的提高。增加聚氨酯树脂和聚丙烯酸树脂,触变性显著提高。从流挂喷涂结果来看,增加聚氨酯树脂和聚丙烯酸酯,明显改善了色漆流挂性能。但增加乙二醇丁醚和流变助剂的配方的流挂性能却有所下降。

 

  另外一方面配方中增加聚氨酯树脂和聚丙烯酸树脂,树脂的带入会使得湿膜固含比原配方的高。增加乙二醇丁醚和流变助剂的量,湿膜固含的量有所下降。对应相应的流挂喷涂结果,湿膜固含提高有利于抗流挂性能。由于中涂和色漆“湿碰湿”喷涂,当中涂和色漆的湿膜固含在一定的差异范围内,提高中涂层的湿膜固含,可以防止由于中涂层过多的溶剂或水引起色漆在中涂层上产生流挂。

 

  在中涂原配方的基础上提高聚氨酯树脂或聚丙烯酸树脂的量,通过树脂和溶剂相互作用产生的溶胀及树脂本身的结构特性,提高了材料的触变性,配套色漆后的抗流挂性得到改进。根据实验结果,在原配方中提高聚氨酯树脂和聚丙烯酸树脂的量优化了色漆的抗流挂性,本文对这两种优化配方进一步评估其对外观和机械性能的影响。

 

  5.2 流挂性能优化前后的外观性能和机械性能

 

6

 

  对比流挂改进前后的DOI,LW和SW,从表5可以看出,提高中涂配方中聚氨酯树脂和聚丙烯酸树脂的量,DOI和SW得到优化。

5

 

 

  机械性能的评估,OEM油漆使用140℃烘烤的漆膜表现。从表6看,配方中提高聚氨酯树脂的含量,机械性能有改进。聚丙烯酸树脂的玻璃化温度较高,结构含有羧基基团,耐水性敏感,对比原配方机械性能降低,合理的搭配树脂比例才可以满足性能要求。

 

  6 结论

 

  综上所述,水性3C1B汽车涂料抗流挂性能的改进需要从配方和工艺俩方面去优化。配方中树脂和助剂以及溶剂的搭配对流挂性能以及其他性能影响较大,需要逐一筛选,结合流变学可以更加深入的对抗流挂的性能做优化,同时兼顾机械性能以及外观等关键性能才能做出优异的配方,另外施工方面,需要根据现场的设备参数,闪干烘烤条件,环境温湿度等方面去验证,设定出一个稳定的施工应用窗口,才可以稳定的施工。配方和工艺的合理搭配才可以做出高质量的产品。

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来源:期刊—科学管理

作者:李博

艾仕得涂料系统技术研发(上海)有限公司








 

 

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