高固体分溶剂型3C1B涂装工艺的应用及涂膜外观影响的研究
□ 黄小钧
(艾仕得涂料系统,上海 201203)
摘要:介绍了涂装新技术溶剂型高固3C1B特点以及该工艺低VOC低碳排放的优点,同时也简单介绍其施工应用的特点,并阐述了在改进外观方面需要注意的关键点。
关键词:高固体;3C1B/3Wet工艺;低VOC;低碳;涂膜外观
中图分类号:TQ639 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2014)04-0028-06
0 前 言
随着经济和汽车工业的飞速发展,各国政府对 环境保护的要求越来越高,整车涂装作为汽车制造 环节中的能源大户,节能减排的需求越来越高。各种 涂装新技术应运而生并得到了广泛的推广应用,其 中包括溶剂型高固体分3C1B/3Wet工艺,该工艺是由 Axalta(艾仕得,原DuPont公司)开发和完成,并得到美 国福特汽车公司的大力支持。福特全球所有的新项 目都采取该工艺,其中包括已经量产的美国MAP、中 国重庆二工厂CFMA CQ2、正在建设的三工厂以及即 将投产的南昌JMC工厂。
1 HS-3C1B高固体3C1B工艺的特点和优点
1.1 HS-3C1B体系介绍 Axalta的高固体分溶剂型3涂1烘工艺,简称HS- 3C1B工艺,该工艺精简了涂装工艺,具体为在电泳涂 层后采用湿喷湿的方式喷涂中涂、色漆和罩光清漆,并一次性烘干的工艺。Axalta的HS-3C1B工艺采用高 固体分中涂、高固体分色漆和高固体分清漆,具有提 高涂装线速度、减少VOC、降低CO2的排放的特点。
1.2 HS-3C1B体系优点
1.2.1 缩短工艺时间和减少固定成本的投资 相对于传统的3C2B的涂装线,3C1B生产线取消 了中涂烘烤和中涂打磨工艺,简化了工艺,因此在车 间面积以及设备投资可以节约10%~15%的前期投 资费用,并将整个汽车在涂装车间的工艺时间缩短 了90 min,具体对比见图1。
1.2.2 降低了碳排放以及VOC的排放
研究表明,随着涂装固体分的提高,VOC的排放 将逐渐降低,传统溶剂型色漆一直是VOC排放的主 要来源,其主要原因就是传统型金属涂料在施工时 候需要使用大量的稀释剂,施工固体分低于20%,因 此VOC的排放远远高于传统水性涂料。而由Axalta开 发的高固3C1B产品具有原漆喷涂的特点,而且其施 工固体分可以达到45%以上,因此色漆的VOC达到 甚至低于了传统水性涂料的排放,见图2。同时中涂和清漆也都具备开罐即用原漆喷涂的特点,施工固体分比传统的溶剂型都要高出5~10个百分点,因此 高固3C1B体系真正在降低VOC排放方面做到了和 水性涂料在一个水平线上,做到了低VOC排放。
高固3C1B工艺不仅具有低VOC的特点,同时还具有低能耗、低碳排放的特点,研究表明,车间的CO2 主要来源于电、气和VOC。由于取消了中涂烘烤,直 接节约了天然气的使用;节约了周转时间,减少了打 磨区域,有效地降低了电力使用;高固3C1B更是由于 其属于溶剂型涂料的特点,避免了对施工环境苛刻 的要求,相对水性涂料来说,溶剂型高固3C1B没有水 性涂料对于温度(25±2) ℃,湿度65%±5%的苛刻要 求,在施工环境控制上也节约了大量的能源。相对水 性涂料而言,高固3C1B工艺碳排放只有水性涂料的 一半左右,具体见图3。
1.2.3 降低了涂料单耗以及辅料的消耗
由于有效地提高了施工固体分,3C1B涂料应用 过程中单耗有明显的降低,尤其是机器人喷涂,相对传统涂料,其单耗至少降低30%~50%。同时由于减 少中涂打磨工艺,人员以及打磨材料都有一定程度 的节约;而由于中涂烘房的减少,减少烘房过滤棉、 烘房维护等消耗。
综上所述,整个溶剂型高固3C1B工艺相对与传 统水性涂料来说,单车将会有30美元费用的节约,同 时减低了大量的能源消耗和VOC排放。
2 HS-3C1B施工应用的特点以及对外 观的影响
2.1 HS-3C1B涂层膜厚以及对外观的影响
2.1.1 HS-3C1B涂层膜厚与传统涂料对比
3C1B体系核心之一就是避免涂层之间的干扰, 如果使用传统型的中涂进行3C1B的工艺,得到的最 后结果只能是涂层之间完全的咬合并失光,见图4。
为了避免这种状况,中涂通过新的丙烯酸树脂 和流变助剂RCA进行改进,并最终得到完整的三涂 层涂膜,保护和装饰汽车。从图5中可以看到,尽管中 涂和色漆之间是湿喷湿工艺,但是因为中涂经过改 进,涂层之间的界面十分清晰。
因为中涂免去了烘烤环节,和传统型涂层相比, HS-3C1B中涂的膜厚较低,为20~25 μm,在保证性 能的前提下降低中涂的膜厚可以防止中涂与色漆之 间因为湿喷湿而产生的干扰,从而保证良好的外观; 色漆膜厚和传统型色漆相当;清漆膜厚比传统型膜 厚略高,整个涂层的膜厚比传统型略低5~10 μm,具体见表1。
2.1.2 涂层膜厚对外观的影响
图6清晰地表明了中涂膜厚对外观有直接的影 响。试验方法为在固定了色漆和清漆膜厚的情况下, 中涂膜厚进行不同的梯度喷涂,并测量分析不同中 涂膜厚下复合涂层的外观。从图6中的数据可以得出 这样的结论:(1)降低中涂的膜厚可以提高整体外观 效果;(2)降低色漆的膜厚可以提高整体外观效果;(3) 增加清漆的膜厚可以提高外观效果。
2.2 HS-3C1B 涂层之间闪干时间
2.2.1 闪干时间与喷涂顺序设定
HS-3C1B涂层之间的闪干时间对最终的外观有 直接的影响,较长的闪干时间对外观有帮助。虽然中 涂与色漆之间需要5~10 min的闪干时间,但是这段 时间可以用于色漆内表面的喷涂,因此整个涂层的 喷涂,从进入喷房开始到进入最后的烘箱,整个涂层 只需要30 min,这在整个涂装工艺中是最精简的。以 国内某汽车厂为例,见表2。
如果采用机器人进行内表喷涂,则推荐将色漆 机器人内表喷涂放在BC1和BC2之间。
2.2.2 闪干时间对外观的影响
延长闪干时间对提高外观有帮助,但是是否闪 干时间越长,外观就越好呢。在实际的应用中发现有 些因为设备停线而延长了闪干时间的车辆并没有得 到更好的外观,因此对闪干时间和最后的外观做一 些试验(见表3)。研究的结果表明:(1)延长色漆和清漆 的闪干时间,外观变好;(2)延长中涂的闪干时间,超 过一定的时间之后,外观效果会出现下降的趋势;(3) 综合工艺需求以及精简生产线的需求,大多的现场 都采用了6 min+6 min+8 min的闪干时间。
2.3 HS-3C1B高触变性、黏度对外观的影响
2.3.1 HS-3C1B高触变特性
高固3C1B和水性涂料有一个相似的特性,就是 体系的高触变特性,也就是在高剪切的条件下,涂料 的黏度会随着剪切速率的升高而快速下降,并达到 施工黏度,反之,静止的时候黏度会升高,见图7。该 特性有利于体系的长期贮存稳定性,也给现场施工 应用带来了便利,如果较长时间的停止喷涂作业,可 以降低输调漆系统的循环频率并减低搅拌速度,甚 至关闭系统。在喷涂前24 h开启循环,即可保证喷涂 的质量。
2.3.2 黏度的变化对外观的影响
黏度的调整一直是调漆间人员重要的工作之 一,传统溶剂型涂料对黏度的要求很高,甚至以0.5 s 的单位来控制,清漆变化超过2 s很可能就出现流挂 或者橘皮的情况。对于高固3C1B体系而言,黏度的变 化对涂膜质量的影响非常小,正因为如此,可以做到 Ready For Use。达到包装黏度可直接进行喷涂作业, 而包装黏度的控制范围也很宽泛,以中涂为例,通常 为30~40 s、Ford4、25 ℃。涂料的黏度之所以对外观的影响不大,这和高固体系的特点有关系,高固体系 因为固体分原本就很高,喷涂到车身之后湿膜固体 非常高,基本没有再流平的能力。而体系的外观是依 靠涂料本身的颗粒雾化来保证的,通过测量(见图8), 3C1B体系的雾化颗粒直径可以做到更小,这有利于最终的外观。
为了达到更好的雾化效果,现场推荐使用高转 速的喷涂方式,建议使用55 K以上的转速,中涂和清 漆使用带有锯齿的旋杯,在条件许可的情况下,对涂 料进行适当的加热也可以帮助得到更好的雾化效 果。
2.4 HS-3C1B烘烤要求对外观的影响
3C1B因为湿喷湿的工艺,最后烘烤时候涂膜厚 度比较高,为避免发生针孔等涂膜弊病,在烘烤曲线 的设计上,在初期升温阶段设计1个5 min、93 ℃的保 温平台,这样可以有效地在表面没有完全封闭的情 形下,让内部的溶剂可以快速地挥发出去,同时也可 以避免过多的溶剂在烘烤过程中造成涂层之间的咬 合,影响外观,这和水性涂料需要一个脱水的过程道 理是一样的,只不过整个过程目的是让更多的溶剂 平稳地挥发出来。
从表4、图9的研究中可以看出,绿色推荐的烘烤 曲线可以得到最好的外观,而红色曲线因为快速地 从40 ℃上升到140 ℃,对外观的影响最大。由于93 ℃ 的保温平台在实际操作中很难达到,经过反复研究, 最终在现场按照65~93 ℃,升温不超过5.5 ℃/min的 升温速率来控制,也可以达到烘烤的要求。
3 结 语
高固3C1B在国内的应用还属于起步阶段,其还 有很多的施工应用特点等待我们进一步进行验证, 在此就不一一表述。众所周知,国内近期停止了批准溶剂型体系的新工厂的审批,因此高固3C1B体系在 国内的推广受到了一定的局限。但是从研究数据和 实际应用结果表明,其的确具有节能、减排(低VOC 和低CO2排放)的优点,因其对设备环境要求不像水 性涂料那样苛刻,对有环保要求进行溶剂型中低固 体分老线改造的企业来说,这是一个可以完全达到 降低VOC要求、省时省力、节省投资的非常好的选 择。
收稿日期 2014-02-20
很抱歉,暂时您无法阅读到此文章全文,
继续阅读,请用以下两种方式:
1.请订阅《ChinaCoatings SYSTEM90分》;<点击获取订阅信息 >
2.注册成为本站高级会员.
- 相关文章
- 最新报道
评论加载中...
|
焦点访谈
- 专访│避其锋芒,另辟战场 富申颜料的生存之道
杭州富阳富申颜料有限公司(以下简称“富申颜料”)创立于1992年,是一家集生产、拼混、加工、科研为一体的综合型氧化铁颜料企业,提供品种齐全的三大系列产品,分别是
- 朗盛:生物基聚醚型预聚体受追捧尚需时日
朗盛聚氨酯系统是全球领先的热浇注预聚体生产商,也是特殊水性聚氨酯分散体、涂料系统与聚酯多元醇的领先制造商。凭借聚氨酯系统专业知识、全球化的生产能力、深厚的应用开
活动专题
- 延期通知 | 关于2022中国国际涂料博览会暨第二十一届中国国际涂料展览会延期举办的通知
举办地点不变,具体时间另行通知。
- 8月10日前|关于择优推荐涂料行业“中国专利奖”的通知
截止时间:2022年8月10日前提交至ChinaCoatings SYSTEM90分工业协会