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汽车水性底色漆的研究进展,综述了国内外水性底色漆的发展状况,以及水性底色漆的组成及涂装工艺。展望了水性底色漆的发展趋势,中国机械网,okmao.com
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汽车水性底色漆的研究进展,综述了国内外水性底色漆的发展状况,以及水性底色漆的组成及涂装工艺。展望了水性底色漆的发展趋势
2019年10月09日    阅读量:399    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

0 引言

近几年,随着中国整体经济环境向好和消费者购买能力的提高,加之人均汽车保有量较低,中国汽车工业正在急速扩张,同时也为中国地区的汽车涂料市场创造了空前的发展机遇。从中国经济整体发展情况看,中国汽车市场还将www.lefeqipai.com唐游平台注册进一步扩大,无论是从新车用漆还是旧车保养来看,中国汽车涂料业都将拥有巨大的市场空间,而随着全社会对低碳环保理念的不断推进,水性汽车涂料将成为汽车涂料未来发展的一个必然趋势[1-2]。


从20 世纪90 年代开始,欧美汽车厂为环保达标,采用环保型汽车涂料替代传统的有机溶剂型汽车涂料中国机械网okmao.com。到2001 年,欧美已采用水性底色漆的轿车分别已占总产量的份额为:北美43%,欧洲36%,其中德国底色漆已基本实现水性化,而在亚洲采用水性底色漆的轿车仅占1.5%[3]。由于汽车底色漆需要具备优异的装饰效果,只能在很低的固体含量下施工,VOC(挥发性有机化合物)释放量居各涂层之首。


传统的溶剂型底色漆中含有80% 左右的VOC,会在涂装过程中排放到大气中,造成光化学烟雾等严重的环境污染。为此,欧美等汽车工业发达的国家相继出台了许多环保法规来约束涂装过程中的VOC 排放。因此,水性底色漆在汽车制造和修补市场中获得了广泛的认可。我国也出台了相关法规来限制溶剂型底色漆的使用,并极力推动水性底色漆的发展[4-6]。


1 汽车水性底色漆组成

1.1 树脂

可用作汽车水性底色漆的树脂包括水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性聚酯树脂、水性氨基树脂等;可分为单组分、双组分两种方案;成膜方式为施工后烘烤交联固化。其中单组分体系通常包括含羟基的水性树脂、不含羟基的水性树脂和水性封闭型多异氰酸酯;双组分体系则通常采用羟基丙烯酸树脂或羟基聚氨酯树脂与水性聚氨酯固化剂或水性氨基树脂配用,施工前混合均匀,可采用室温或烘烤交联固化[7-8]。


1.1.1 水性丙烯酸树脂

丙烯酸树脂具有优异的保光保色性,可以作为水性金属闪光漆的主要树脂成分。丙烯酸树脂在140℃下烘烤30 min 左右就能固化成膜,黏度低,涂装后涂膜收缩,色泽鲜艳且透明度好。因涂膜体积收缩大,有利于涂装时铝粉的平行排列,且平滑性和鲜映性(外观装饰性)良好,耐候性优良。水性丙烯酸树脂包括水稀释型、水乳型等。其中水稀释型丙烯酸涂料由于装饰性、耐候性较好,在工业涂装、工业维修中逐步取代溶剂型涂料。但由于水稀释型涂料的特殊稀释行为,容易导致施工黏度过低,产生流挂;在烘烤过程中,涂膜容易起泡;涂料本身固含量低。而乳液型丙烯酸涂料不存在稀释问题,配漆黏度适中,可以获得高固体含量,但漆膜的光泽、耐乙醇性较差。有研究者采用树脂混合技术来提高水性丙烯酸涂料的性能,即以乳液型丙烯酸树脂为主要成膜物,水稀释型羟基丙烯酸树脂为改性剂,甲基醚化三聚氰胺树脂为固化剂,同时提高了漆膜的光泽、耐乙醇性和硬度,制成性能优异的水性丙烯酸氨基烘烤涂料。


1.1.2 水性聚氨酯树脂

聚氨酯树脂固化后的分子结构中有氨酯键、酯键和脲键,这些键之间形成了大量的氢键。在外力作用下,氢键的存在可以分离并吸收外来的能量;外力去除后,氢键重新形成,如此氢键裂开又形成的可逆循环,使得聚氨酯涂层具有很高的耐磨性和柔韧性,同时具有优良的附着力、耐高低温性、耐化学品性、耐酸性、耐碱性、耐盐性、耐石油产品性。


1.1.3 水性聚酯树脂

水性聚酯树脂的结构与溶剂型聚酯树脂的结构类似,除含有羟基外,还含有较多羧基和(或)聚氧化乙烯嵌段等水性基团或链段。含羧基聚酯的酸值一般在35~60 mgKOH/g(树脂),大分子链上的羧基经挥发性胺中和后成盐,提供水溶性或水分散性。控制不同的酸值、中和度可提供不同的水溶性,制成不同的分散体系,如水溶液型、胶体型、乳液型水性聚酯树脂等。水性聚酯树脂所得涂膜的光泽高、丰满度好、耐候性强,还具有良好的附着力、硬度、抗冲击性、保光性、保色性及高温抗黄变等优点,同时由于聚酯的合成单体多,选择余地大,大分子配方设计理论成熟,可以通过丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂及氟树脂进行改性。水性聚酯树脂一般不单独成膜,而是与水性羟基丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂等配用制成涂料。


1.1.4 水性氨基树脂

水性氨基树脂通常作为交联剂添加到水性底色漆中。水性氨基树脂与其它水性树脂中的羟基发生交联反应,使得漆膜固化。交联剂的用量决定着漆膜的固化程度,也就决定着漆膜的最终性能:用量太少,交联度低,漆膜软,硬度差,各项耐性都差;用量过高,交联度很高,漆膜硬度很好,耐性也好,但是漆膜脆,柔韧性差,附着力不好。


1.2 颜填料

汽车水性底色漆除了需要添加常规填料外,还需要按照客户需求添加相应颜料,尤其是对于装饰功能要求较高的轿车漆,需要添加具有闪光效果的效应颜料,如铝粉、珠光粉等。这种效应颜料在涂膜中定向排列,光线照过来后通过各种有规律的反射、透射或干涉,最后呈现出金属光泽的、随角异色的闪光效果。但是水性铝粉和闪光颜料并不是简单的添加到涂料中即可,它对涂料配方及施工工艺的要求很高。


1.3 助剂和助溶剂

助剂虽然不是涂料的主要成分,但对涂料的性能和外观会产生一定的影响。如果配制得当,可提高涂料的性能,改善漆膜的外观。常用的助剂有流平剂、消泡剂、分散剂等,一般的总添加量为1%~10%。另外,汽车水性底色漆还需要添加适当的助溶剂,如乙二醇丁醚、二甲基乙醇胺等,可以使铝粉稳定地分散在漆液中,从而达到良好的闪光效应和装饰效果[9]。


2 汽车水性底色漆的施工

汽车水性底色漆属于面漆体系,要求涂装后漆膜外观丰满、无橘皮、流平性好、鲜艳性好,从而使汽车车身具有高装饰性。另外,还应具有足够的硬度、抗石击性、耐化学品性、耐沾污性和防腐性等性能,使汽车外观在各种条件下保持不变。目前,其涂装工艺普遍采用CED(阴极电泳漆)干燥后涂中涂漆,在140~150℃下烘干20 min 后,以“湿碰湿”工艺涂底色漆与罩光漆,再在140~150℃烘干20 min 的涂装工艺[10]。由于水和有机溶剂在性能上有较大差别,水性涂料在涂装时漆膜易出现弊病,如水的表面张力大,颜料分散性差;难以获得高装饰性和耐蚀性好的涂膜;水的腐蚀性大,需改造或新建喷涂线;水的比热大、难挥发。如果水分挥发很慢,施工过程中容易产生流挂等漆膜缺陷,要求涂装环境的温度和湿度严格控制在规定的范围内;一般不能与溶剂型涂料通用烘干室。水在100℃会急剧沸腾,导致水性涂膜起泡,因此水性涂膜要求先采用低温(80℃左右)烘干,待水分蒸发后再升温到工艺要求的烘干温度(140~150℃)进行烘干。

水性底色漆层与罩光涂层是“湿碰湿”施工的,因此不管采用水性罩光漆还是溶剂型罩光漆,都存在一个预烘干的问题,即先让底色漆层中的绝大部分水分、助溶剂挥发,让底色漆层固定后再喷涂罩光涂层。试验表明,底色漆层的溶剂含量(主要为水)应降低到10% 以下,喷涂的罩光漆才不致于将底色漆层再溶解和产生水泡,影响外观质量。水性底色漆代替溶剂型底色漆,与所有水性涂料一样,必须有恒温恒湿条件,一般施工温度为22~28℃,相对湿度为60%~80%,且水性底色漆施工后,必须有一段闪干过程,一般为90℃,5 min 左右。下面是一个典型的汽车水性底色漆施工流程:

车身清理除尘→手动偶发事故处理区→外表面喷涂第1 道水性底色漆(自动往复式侧喷机及顶喷机,两侧及顶喷机各带1 把静电喷枪或每侧3 套往复机各1 把旋杯式静电喷枪,顶部往复机带3 个旋杯)→手工或机器人喷涂车身内表面水性底色漆→外表面喷涂第2 道水性底色漆(往复机或机器人)→风幕区→闪蒸(预挥发2 min →热闪蒸:风幕区→红外线区1 min →分隔区215 m 长→对流加热区215 min →风幕区)→冷却区→内部喷涂罩光漆(手工喷涂或机器人喷涂)→外部喷涂罩光漆(每侧3 套自动往复机各带1 把旋杯式静电喷枪,顶部自动喷涂机带3 个旋杯)→手工补漆→晾干区(预挥发2 min)。


3 汽车水性底色漆的发展方向

对于水性底色漆的研究,除了要求其各项性能与溶剂型底色漆相当,还要提高它的防酸雨、抗擦伤等性能,具体发展方向如下:

(1) 性能不低于相对应的溶剂型涂料,且成本也与之接近;

(2) 涂料施工作业范围应尽可能宽,要求的湿度和温度应尽可能接近溶剂型涂料,研究适合水性底色漆的施工工艺;

(3) 降低涂料中有机助剂和助溶剂的用量,进一步降低VOC 排放。


汽车水性底色漆的研究进展


文 风 冯 俊 何国平 陈 俊

(武汉新康化学集团博士后工作站,武汉双虎涂料有限公司,430035)


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