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汽车涂装用几种最新涂料与涂装工艺,介绍了目前国际上已经应用于汽车涂装中的几种最新涂料与涂装工艺,希望这些技术能尽快在国内汽车涂装生产线上得到应用,中国机械网,okmao.com
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汽车涂装用几种最新涂料与涂装工艺,介绍了目前国际上已经应用于汽车涂装中的几种最新涂料与涂装工艺,希望这些技术能尽快在国内汽车涂装生产线上得到应用
2019年10月09日    阅读量:165    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

1 耐候性阴极电泳底漆

阴极电泳漆具有涂装效率高、经济安全、污染少、防腐蚀性能好、可完全实现自动化管理等特点,在汽车涂装上得到了迅速的普及应用。近几年围绕节能和环保的要求,阴极电泳漆技术的发展速度很快。


无铅、无锡阴极电泳漆,低温烘烤型阴极电泳漆,高泳透力、低溶剂含量的阴极电泳漆,高锐边防腐性的阴极电泳漆等已经在涂装生产线上得到成熟应用中国机械网okmao.com。但由于现用阴极电泳漆主体树脂(环氧树脂)的耐候性能差,随着汽车产品种类的增多及质量要求的提高,有些只涂电泳漆的零部件及总成不但要具有较高的耐腐蚀性能,还要具有一定的耐候性能(比如商用车车架总成等),因此国外涂料开发商开发了耐候性阴极电泳漆。目前有两种技术路线可以提高电泳漆的耐候性能。


1.1 耐紫外线(UV)阴极电泳漆

耐UV阴极电泳漆通过调整涂料配方,将原有的芳香族异氰酸酯改换成脂肪族异氰酸酯,并加入UV稳定剂和UV稳定的颜料来提高耐候性能。涂料开发商用不同方法(包括大气曝晒、人工加速老化试验)测试了该涂料的耐UV性能,结果都证明该阴极电泳漆耐UV性能达到了与粉末中涂相当的水平。耐UV阴极电泳漆的开发是一个技术进步,已在国外某生产线上得到了应用。耐UV阴极电泳漆与现用阴极电泳漆性能的不同点列于表1中。

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1.2 分层阴极电泳漆

分层阴极电泳漆的主体树脂是环氧树脂和耐候性树脂的混合。在漆膜烘烤过程中,不同的成分通过分层电沉析体现各自的机能,上层具有高耐候性能,下层具有高防腐性能(见图1)。主要通过控制树脂特性Sp值,使环氧树脂和耐候性树脂在涂膜固化时发生分离。


分层阴极电泳漆膜能耐400 h人工老化试验,保光率为80%,漆膜的耐腐蚀性能与现用电泳漆相当,已在日本轻型车和商用车生产线上得到了应用,国内某商用车车架涂装线在3年前也应用了该种电泳漆。


目前,国内高档商用车和面包车采用金属漆涂装工艺, 为降低涂装成本和VOC排放,可以将中涂层取消。要保证达到原有涂层质量,有两种技术措施:一是改变底色漆和罩光漆的性能,采用新的中涂、面漆涂装工艺( 在本文后面介绍) ; 二是使电泳漆具有耐候性能,而底色漆和罩光漆的性能不变。如果在阴极电泳漆涂层上直接喷面漆(金属底色漆和罩光漆),则由于金属底色漆阻止UV的能力差,易引起电泳涂层表面光氧化和粉化,导致面漆附着力降低、漆膜脱落和早期粉化,而使用耐候性电泳漆可以克服这一缺陷。使用耐候型阴极电泳漆的综合成本将有所增加,如果其成本与现用电泳漆相当,推广应用的可能性会更大。

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2 UV和热双固化清漆

罩光清漆虽然已有粉末罩光清漆( 含浆状粉末罩光清漆) 、水性清漆、高固体分和超高固体分清漆, 且都已商品化并获得工业应用,但全世界的汽车涂料开发商还在进一步开发新的环保型罩光清漆。紫外线(UV)和热双固化清漆就是最近几年开发出来的新品种。近10年来,世界环保法规不仅对挥发性有机化合物(VOC)的排放量有限制,而且对CO2的排放量也要限制,同时对面漆涂膜的功能性(如耐酸雨、抗划伤性)和外观装饰性也提出了更高要求。近几年开发的UV和热双固化罩光清漆用于汽车外表面涂装,在环保、节能、涂膜性能(外观装饰性、耐酸雨和抗划伤性)和涂装成本等方面都有较强的竞争力。日本已有采用UV和热双固化涂料的摩托车零部件生产线。该清漆可同时用于金属件和非金属件,生产线修补也可使用。新开发的UV和热双固化清漆具

有以下特征。

a . 双组分、固体分高(>70%)。

b.与专用的聚异氰酸酯齐聚物组合,在涂布过程中有效组分能很好混合。

c.根据需要可高温(140 ℃)烘干,也可低温(90 ℃或低于90 ℃)烘干,与普通清漆相比,可缩短烘干时间10~15 min。

d.无UV固化的内表面和阴影部位也具有较好的性能。

e.施工范围宽,更有利于生产线使用。

双固化型清漆在施工工艺、涂膜性能、经济性和环保等方面有以下优点。

a.施工工艺:UV和热固化可并用;可改善内表面/阴影区域的涂装性能。

b.涂膜性能:极好的外观装饰性、优异的抗划伤和耐蚀(酸雨)性。

c.经济性:烘干室长度可缩短;改造现有设备投资费用最低。

d.环保方面:节能、高固含量(>70%),可降低VOC挥发量。


3 新的中涂、面漆涂装工艺

传统的中涂、面漆涂装工艺为3C2B ,即中涂-烘干-金属(珠光)底色漆-罩光漆(或两道本色面漆)-烘干。为降低汽车涂装成本和VOC的排放量,近几年开发了几种新的中涂、面漆涂装工艺,并在生产线上得到了应用。


3.1 3C1B涂装工艺

所谓3C1B涂装工艺,就是从中涂层漆开始,金属底色漆、罩光清漆“湿碰湿”涂装(Three coat oneback),取消中涂漆烘干工序的工艺。该工艺已于2002年在日本涂装线上投入使用,实践证明,这种新工艺的效果如下。

a.降低成本:节省15%~20%的总能耗;大幅度降低涂料使用量;涂装加工区总体成本降低25%,生产时间缩短15%。

b.有利于环保:VOC排放量削减45%以上,在使用溶剂型涂料时也能达到欧洲的VOC排放限制水准(35 g/m2以下)。

c.漆膜质量:可以达到目前工艺的质量水平,可以降低20%面漆产生的垃圾点。

(1)3C1B涂装工艺的膜厚组成与目前应用的3C2B涂装工艺比较,3C1B涂装工艺膜厚组成见图2。可见,3C1B涂装工艺的中涂层膜厚减薄10 μm,其他各涂层厚度不变。德国“奔茨”公司1998年已开发、采用了水性中涂/水性底色漆/水性粉末罩光涂料的3C1B工艺;日本大发汽车公司与日本关西涂料公司合作开发的水性中涂/水性底色漆/溶剂型罩光涂料的3C1B工艺,也于2004年

在生产线上得到了应用。

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(2)3C1B涂装工艺对底材及涂装材料的要求

由于3C1B涂装工艺的整体膜厚减薄,所以对底材及电泳漆膜外观的平整度要求比较严格。大量试验表明,当钢板的粗糙度Ra<1.0 μm、电泳漆膜的粗糙度Ra<0.2 μm,并具备较强的抗缩孔性时,才能得到良好的3C1B体系涂膜外观,目前使用的电泳涂料漆膜的粗糙度Ra为0.3 μm左右。现已开发出为3C1B涂装工艺配套的电泳涂料,3C1B涂装工艺使用的中涂必须具有良好的底材隐蔽性、耐石击性,W/W施工适应性强;底色漆的底材隐蔽性好、清漆添加紫外线吸收剂提高耐老化性能,建议使用高固体分中涂和高固体分底色漆。


3.2 双底色漆涂装工艺

为了达到降低涂装成本和环保的目的,除了采用上述3C1B涂装工艺外,涂料开发商又开发了一种新的涂装工艺,即将正常的中涂层取消,将原来的一道底色漆设计为两涂层(Base1和Base2)。为了达到和正常工艺相同的耐候性能,在底色漆中加入吸收紫外线的组分,在罩光漆中加入抗紫外线的组分。底色漆Base1做为一种特殊涂层,其目的是通过底色漆涂层控制紫外线的

穿透能力。表2是膜厚不同时,紫外线的穿透能力的测试结果。

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同时,通过大量试验验证了当紫外线的穿透能力<0.01%时,才能保证双底色漆工艺的耐候性能与正常工艺相同。所以底色漆的厚度必须保证在20 μm以上,为保险起见,厚度控制在25 μm以上。Base1为双组分,膜厚为15 μm左右,Base2为单组分,膜厚为10 μm左右,目前已开发为水性底色。施工时要严格控制Base1的配比,膜厚分布误差要小,另外清漆与底色漆配套性要好。当然,该工艺应用的前提是白车身的平整度和电泳漆膜的平整度要好。双底色漆涂装工艺研发的几个阶段及VOC排放情况见图3。

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第1阶段是成熟技术,底色与清漆都是溶剂型,可以W/W涂装,已有生产线实际应用;第2阶段已完成试验室试验,底色1与底色2之间可以W/W涂装,但喷清漆前需要预热(40~60 ℃、1~3 min),目前无实际应用;第3阶段尚处于试验室研究、开发阶段,底色与清漆都是水性,底色1与底色2之间、底色2与清漆之间必须预热(40~60 ℃、1~3 min)。

采用双底色漆涂装工艺的优点如下。

a.本工艺应用后的涂层质量不低于现有水平。

b.节约材料成本(平均100元/台)。

c.每年减少20%~30%能源费用。

d.新建涂装线的一次性投资减少10%~30%。

e.一次涂装合格率提高50%。

f.生产效率提高30%。

g.可满足环保及VOC排放的要求,VOC排放减少30%以上。


3 . 3 多功能色漆( P r e m i u mprimer)涂装工艺

目前也有涂料开发商采用多功能色漆涂装工艺来达到降低涂装成本和环保的目的,所谓多功能色漆就是把中涂和底色的功能合二为一。其涂层组合有3种。

涂层组合I:适用于中级乘用车、厢式面包车及高档商用车的金属漆车身,即:电泳→烘干→多功能色漆→烘干→罩光清漆→烘干。

涂层组合II:适用于高级乘用车的金属漆车身,即:电泳→烘干→多功能色漆→色漆→烘干→罩光清漆→烘干。

涂层组合III:适用于高级乘用车的发动机盖、行李箱盖等,即:电泳→烘干→多功能色漆→烘干。该工艺可以减少材料成本、提高生产效率、降低VOC排放。与双底色漆涂装工艺相比的不足之处是多功能色漆涂装工艺有烘干工序。涂料开发商正在开展此方面的工作,取消该烘干工序。


4 汽车紧固件阴极电泳涂装工艺

近几年,国外汽车公司(如GM和Ford)的部分紧固件采用阴极电泳涂装进行表面处理,以替代电镀工艺后的钝化处理。众所周知,阴极电泳涂装机械化程度高、环保、漆膜具有优异的耐腐蚀性能,在汽车车身及零部件涂装上已应用数年,是比较成熟的工艺。随着阴极电泳涂料的更新换代,具有一定耐候性的阴极电泳涂料、边缘耐腐蚀性阴极电泳涂料等也在生产线上得到了实际应用。随着各国环保法规的日趋严格,无铅、无锡阴极电泳涂料及低溶剂含量的阴极电泳涂料在国内外生产线也已普遍应用。国外汽车紧固件采用电泳涂装已有20年的历史了,最早是使用阳极电泳涂装替代传统的浸漆。为解决紧固件在拧紧时漆膜脱落的问题,1999年改成阴极电泳涂装。现美国(通用、福特、克莱斯勒)已有5个电泳槽在使用。用于汽车紧固件的主要是黑颜色,建筑用标准件有其他颜色。

采用阴极电泳涂装工艺的优点如下。

a.有利于环保。镀锌后钝化液含有六价铬,而阴极电泳漆是水性涂料,有利于环保。

b.提高产品的耐腐蚀性和耐湿热性能。传统的电镀锌+钝化工艺,盐雾试验达到144 h左右,达克罗涂覆耐腐蚀性能可以达到500~1 000 h,但成本比较高,且膜层耐潮湿性差(耐湿热240 h)、不耐磨;阴极电泳涂装通过采用不同的工艺方案,耐盐雾性能可达到240~1 000 h以上、耐湿热500 h以上。

c.漆膜磨擦系数适宜,不影响产品装配。


5 结束语

为满足日益严格的环保法规要求,目前欧州汽车涂装中100%的底漆、60%以上的中涂、40%以上的金属底色漆均采用水性涂料,罩光漆采用2K高固体分涂料,水性罩光漆和粉末罩光漆在试用中。现欧州比较成熟的涂装工艺是:无铅阴极电泳→水性中涂→水性底色→高固体分(2K)罩光漆。采用该工艺后VOC排放可降到30 g/m2左右,符合欧洲环保法规要求。但采用水性涂料设备投资大、能耗高,同时对施工环境(温度、湿度)要求比较严格,因此国内老涂装线应用水性涂料的难度较大。在汽车涂装材料向环保、节能、低成本方向发展的今天,作者认为采用新的中涂、面漆涂装工艺将是主机厂涂装工艺的发展趋势。主机厂可以根据涂装线的现状因地制宜地选择上述几种不同的涂装工艺。


汽车涂装用几种最新涂料与涂装工艺


中国第一汽车集团公司技术中心 宋 华

吉林大学材料学院 张业飞 高若天

一汽-大众汽车有限公司 郑 爽


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