汽车用水性涂料及其涂装设备

1、汽车用水性涂料及其涂装设备 0引言传统的汽车涂料是溶剂型涂料，其中的VOC （挥发性有机化合物：在通常压力条件下，挥发并参与大气光化学反应的有机化合物）挥发到大气中会危害人类健康、污染环境。随着人类环保意识的增强，各国相继制订了保护环境的法规，限制VOC排入大气。为了控制汽车涂装时带来的环境污染，美国和欧洲的环保法规对 VOC都有明确规定。如德国的大气净 化法已成为整个欧洲的法规，该法规要求每1 m2涂装面积的VOC排放量在35 g以下，要求非常严格。我国在2002年6月颁布了中华人民共和国清洁生产促进法，并于2003年1月1日起实施；在2009年9月30日发布了强制性国家标准GB 24409

2、-2009汽车涂料中有害物质限量，并于2010年6月1日起实施，该标准对汽车用涂料中的VOC含量进行了限制。水性涂料可大大降低VOC的排放，水性中涂漆和水性底漆现已成为成熟的有效降低VOC排放量的涂料，在国外已实现商品化，在我国也有一些大的汽车公司使用。水性底漆 可与溶剂型罩光清漆、水性清漆等配套。本文重点介绍汽车用水性中涂漆及水性底漆的组成 及其静电涂装设备。1水性涂料的特点水性涂料是以水为溶剂或分散介质的涂料，由于水的特性与有机溶剂有很大不同，所以水性涂料相对于溶剂型涂料也有很大差异。在使用水性涂料时，熟知这些差异非常重要。 1.1表面张力大水的表面张力比有机溶剂的表面张力大得多，水的表面

3、张力为72 mN/m ,有机溶剂类约为25 mN/m。由于表面张力的差异原因，在平整的钢板上滴落一滴水成圆形，假如是溶 剂，则扩散开。1.2难润湿、不易溶与有机溶剂相比，水对颜料难润湿，与树脂不易混溶。1.3汽化温度高水的汽化温度高，会导致涂料喷涂时不易挥发、涂料雾化时不易蒸发、蒸发易受环境（湿 度）影响。溶剂的挥发受温度影响大，溶剂的沸点可控制其挥发速度；水的蒸发受湿度影响大，很难控制。汽车用水性中涂漆及水性底漆在涂装工序中呈现出的蒸发的影响及控制难的 问题如图1所示。箍杉化 行中 E 燃烤，卜*炒4哥I H| I O相同的涂我轻件下"斓i布a * 1. XJi 2.气泡图I蒸发的

4、影响及控制Figjiire I I hL riliM-t Iil evapnradiiri arid Uh crnilml1.4易流挂水性涂料与溶剂型涂料相比更易发生流挂弊病。为控制流挂，需要注意以下两点：第一，控制涂装室的温、湿度；第二，控制好涂料的黏度，赋予涂料触变性，保证喷涂时残留水分较多时也不会广生流挂。1.5触变性触变性是指在施加外力作用时黏度发生变化的现象。水性涂料的黏度随着搅拌力的增强而降低，如图2所示。图2水性涂料搅拌力与黏度的关系Figure 2 The relation of mixing power and viscosity ofwaterborne coatings水

5、性涂料的触变性在涂装工艺中的体现如图3所示。图3水性涂料的触变性Figure 3 The thixotropy of waterborne coatings1.6气泡如果水性涂料采用与溶剂型涂料相同的烘烤工序，则会导致漆膜中水分的残留（产生气泡），因此在水性涂料中导入了预热（ P/H）工艺。导入 P/H工艺能使漆膜里的水分得到充 分的蒸发（NV>80% ）,从而防止烘烤时出现气泡、控制因体积收缩造成的流挂以及以热风 使漆膜表面流平。2汽车用水性涂料的基本问题及其防治水性涂料的设计方案主要起因于水和有机溶剂的物理特性不同，因此在涂料和涂装设备方面必须要有相应的对策，见表1。裹1水性涂料的基

6、本问短及其防治I 'ITi Ulsic1M wAl'frtiOBW 削 mm曾 Arid ih pd产Mhirt水的性质水性缺料的问M点防弟方集防稔屈诂膝，*方面粽装没若右囱沸点比较Sfc. gJti欤忏芷向不底 慕发圜感、¥豫凝外醍变动就予涂料帔尘性tttlift辑固律分.厘除料套度变世做小使用股业#度搂制制.利用 伺脂的相互作用控制涂装宅的ii.湿陨度的影响大由于米的亮沸引也气他共使水$携萄发.降低表画犯度襟ho高漆点簿刑.律加g就¥ 树脂利用低看沛囱惊律底剃和膜料的甜向性空控表町岸力高降侃壶而米力谪整削庙的撤性.逸樗配用的&虱溶剂.使用在面调整

7、描、 界尚活性捎it甲性拦、产生*物附皆的希于何平性:抑君仇群性的雅乱、蛤添而并流甲用器.降低1衲化阮成螃侯环境的何染构成株整破V泡一由气泡出岛产生并服下构盛独性f拟蕴牲卜布体系中稍稍淳in相容世不好的或卉.使泡书总定度鲍；使用表面调整制 祢恫成水溶描.季加前泡制槌消除雄隅气池孔|降低谶F时的独Jti希予短it平牲.使 徐.膛在屈井初期役他和渲平添M高滞点搭JH.雄加热成平柯脂电阻低.耕电惜统的静电除装机不可用 大徐帽不住拨荷电.供逐系统与除甜绝篥束甲间撞（外部）带电亦 式物京接t出部|带电方 式.采朋津用供曜育式3汽车用水性涂料的组成典型的配套及功能分工如图4 所示。参加华诚涂装：。13 1

8、5 im相桂中津埠30-40 呻眼峰15 25 Mm溶剂型淆牛10-40 jirn图4汽车用水性涂料的配套及功能FipiPR 4 The malching system and funetiBn M walprixirnrfailings for Hiittoinohile汽车用水性底漆典型的基本组成见表2。表2水性底漆的典型基本组成Table 2eompoftition wf wairbonre primerm分说明树晤丙烯酸树布一袈使用导性的米溶化型及乳液型及其他树脂脂主要使用亲水型.根据需要也会使用心型颜料基本上使用与溶剂型涂料相同类型的囤i料.但铝粉类境料段事先进行钝化处理添加制苗泡孺

9、流r制降低表面张力1上性?泉料麦面张力较高）增粘闻控制摺粉等的定向.防流挂M他紫外线吸收剂等溶剂醇类甲基红雄就类,一乙二醉英溶剂水去离子水4汽车用水性涂料对涂装设备的要求 4.1输调漆系统由于水是腐蚀介质， 会造成金属腐蚀，引起设备损坏和产生金属离子，影响水性涂料的性能。因此水性涂料的贮漆容器和输送管路需使用不锈钢材质制作，并应经过化学钝化处理，另外还需要有针对水性涂料的高触变性的供给用软管及有足够处理能力的泵。水性涂料一般 在供货时已经调整了黏度，在生产线调漆室不用稀释。4.2静电喷涂设备与溶剂型涂料相比， 水性涂料电阻较小，如果用传统的静电印加方法会导致漏电， 采用专用的静电喷涂设备。通常

10、水性涂料采用直接（内部）带电方式和间接（外部）带电方 式进行涂装，如图 5所示。内祢电方式闸稚（升部电方式 ,馄点；替电.较卓高,泳装映率化点：泳莪切宇JL挂祯电抵,英块点:术桂涂料导电推击.会 顺点:电力长上带窗电.带电虻皤电f富要慵峰授眷+4.J风为邪要没有帝电的扣亍，导it电虢.涂装机务活考S5 &接（内部）带电方式与间接I外部）带电方式的比较Figure 5 Thegifwisn of rliuwt( intemal charged farm 弟 olh iiuiirrl( estrniaJ Jrliargrd kinn随着机器人静电喷漆替代往复式自动静电涂装机的自动喷涂技术的

11、进步， 开发成功了与 涂装机器人配套应用的弹匣杯式高压组件系统，简称弹匣式涂装法，参见图 6。这种系统把 涂装机器人和传统的输漆系统彻底分离，做成独立的涂料罐（弹匣） ，弹匣可与旋杯进行快 速组合，压送涂料。换色时只需更换弹匣，仅清洗喷杯，弹匣不需清洗，因此换色时涂料和 溶剂的损失小，换色可在短时间内完成。 弹匣式涂装法的优点是同时适用于溶剂型涂料和水 性涂料的静电喷涂，且涂着效率高，还可适用于临时的小批量颜色涂装，设备简单易维护。不足之处是用简易机器人搬运弹匣，投资偏高。4.3喷漆室喷漆室应采用不锈钢材质，与溶剂型涂料相比，水性涂料对涂装作业环境及施工条件等均有更高要求和严格规定。水性涂料对作业环境的要求：最佳相对湿度RH （65土 5） %,温度（23土 3） C,空调系统风速 0.30.5 m/s。4.4预热（P/H ）装置因水的蒸发率低，因此水性涂料喷涂后湿涂膜难晾干（湿涂膜中的水分必须蒸发掉90%以上，才能湿喷下一道涂料，并且防止烘干时的突沸引起气泡）。为加速水分蒸发，在水性涂料进行湿喷下