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自泳漆的应用试验研究

2022-05-07 14:29 浏览:210

自泳漆涂装技术在国际上虽然已经有30多年的发展历史，但因自泳漆涂装始终存在着工艺稳定性差、难于管理等一些问题，所以迟迟没能得到广泛的生产应用。第3代自泳漆产品的问世，解决了第1代和第2代产品在实际应用中存在的很多问题，涂层的耐盐雾性能接近阴极电泳漆，明显优于目前车下黑漆件用其他低温固化的水性或溶剂性品种涂料。但第3代自泳漆能否真正应用于生产，必须通过试验验证，为此进行了有关的应用试验研究。

1 自泳漆的工艺流程
自泳漆涂装是利用化学反应使涂料自动沉积在基底表面的涂装方法。其主要工艺流程如下。
脱脂（65±5 ℃，2~5 min）→水洗（室温，1min）→酸洗（50~70 ℃，1 min）→水洗（室温，1min）→纯水洗（室温，0.5~1 min）→自泳漆（NV为5%~7%，ORP（氧化-还原电位）为300~400 mV,101（氟离子浓度检测值）为100~300 μA，20~23 ℃，3~5 min）→水洗（室温，1 min）→反应水洗（纯水，室温，1 min）→烘干（115 ℃×30 min）。
2 自泳漆的工艺参数检测
（1）配槽
用2 2 6 0 mL自泳漆（国内某知名公司的产品）、1 000 mL添加剂和纯水配制20 L的自泳漆槽液。
（2）自泳漆槽液参数
经检测，槽液参数如下。
氟离子浓度：210 μA；氧化-还原电位：444mV；固体分：5.07%；pH值：3.3；电导率：2 200μS/cm。
（3）自泳涂层性能
对自泳漆涂料与两种不同型号的反应水洗材料配套获得的自泳涂层的性能进行了检测，结果见表1。

注：1 bar = 105 Pa。
从检测情况看，漆膜厚度对抗石击性能影响较大，漆膜厚度过高时抗石击性能差，图1是漆膜厚度为26~33 μm时的抗石击照片；而漆膜厚度对耐盐雾性影响不大，图2为不同漆膜厚度耐840 h盐雾试验的照片。

图1 抗石击试验结果（漆膜厚度为26~33 μm）

3 漆膜性能的影响因素
3.1 漆膜晾干时间
自泳水洗后、烘干之前，自泳漆湿膜在室温条件下放置10 min之内对膜层性能无任何影响；放置超过30 min，在过烘烤的条件下，漆膜外观明显粗糙，并开始有失光、粉化迹象，力学性能下降较大，但在正常烘烤条件（105 ℃×20 min）下，膜层性能只是稍有下降，仍满足车下黑漆件涂层质量标准要求；放置时间过长（如表2所示18 h），膜层性能开始下降，耐过烘性能明显下降（见表2）。
表2 晾干时间对漆膜性能的影响

3.2 槽液的搅拌速度
槽液的搅拌速度对漆膜性能的影响见表3。

由表3看出，搅拌速度为100~300 r/min时漆膜性能最佳。低于100 r/min时，漆膜无光、发花；高于300 r/min时，漆膜容易出现过厚、臃肿的弊病。
3.3 自泳时间
自泳时间对漆膜性能的影响见表4。

自泳时间为3~4 min时，漆膜厚度为20 μm左右；自泳时间少于2 min时，漆膜过薄，性能达不到要求；自泳时间为5 min以上时，漆膜厚度超过25 μm，且漆膜厚度随时间的延长（在10 min之内）一直增加。一般情况下，控制漆膜厚度不超过25 μm，所以要根据漆膜厚度要求严格控制自泳漆反应时间。
3.4 过烘烤
过烘烤对漆膜性能的影响见表5。

当烘烤温度为120~150 ℃时，40 min之内的过烘烤对漆膜性能影响不大；当烘烤温度为150 ~160℃时，20 min之内的过烘烤使漆膜的杯突性能稍有下降，但仍满足涂层质量标准要求；当烘烤温度高于160 ℃时，漆膜的硬度和杯突性能都明显下降，漆膜已经几乎没有结合力了。
3.5 氟离子浓度
氟离子浓度对漆膜性能的影响见表6。

由表6可见，氟离子浓度对漆膜性能影响不大,但可能会影响槽液的稳定性。在实际生产中,要根据具体情况合理控制自泳漆槽液的氟离子浓度。

3.6 槽液的氧化-还原电位
试验结果表明，随着过件数量的不断增加，槽液的氧化-还原电位会有所降低。一般当氧化-还原电位低于300 mV时，可通过加入添加剂来提高氧化-还原电位值。但添加剂的加入要非常谨慎，因为存在一个氧化-还原电位值突变点，而且这个突变点还不是在一个恒定的氧化-还原电位数值上。一但超过突变点，槽液的氧化-还原电位值会有较大幅度的提高，同时造成漆膜外观非常粗糙的不利后果。特别需要指出的是，当槽液的氧化-还原电位值较高时，只能通过不断过件自然降低氧化-还原电位值的方法逐渐恢复漆膜外观质量，否则就要通过废弃部分槽液才能达到快速降低槽液的氧化-还原电位值的目的。通过试验得出的经验是，添加剂按槽液的0.1‰、0.05‰、0.025‰ 依次递减的数量加入，边添加边检测槽液的氧化-还原电位值（300 mV以上且不超过400 mV为宜）。氧化-还原电位值稍高于400 mV时，虽然对漆膜性能没有大的影响，但对槽液的稳定性不利。槽液的氧化-还原电位值过高会影响漆膜外观，甚至还将影响漆膜的力学性能和耐腐蚀性能。
4 烘干工艺窗
自泳漆的烘干温度和烘干时间对漆膜性能的影响见表7、烘干工艺窗见图3。
表7 不同烘烤条件对漆膜性能的影响

注：表中数据依次为附着力（Gt级）、冲击强度（N·cm）、铅笔硬度（H）和盐雾试验结果（h）

图3分为几个区域，分别解释如下：
ABCDEFG之内的区域是烘干工艺范围，能使漆膜性能达到最佳；HAGK之内的区域为欠烘烤亚稳定区域，在该范围内烘干，漆膜个别力学性能达不到最佳，但还能满足通常漆膜性能标准要求；BCD区域为过烘烤亚稳定区域，在该范围内烘干，漆膜个别力学性能达不到最佳，但还能满足通常漆膜性能标准要求；在GFK和DEJ烘干范围内，漆膜的硬度和结合力开始下降（一般硬度能达到3H、附着力能达到Gt1~Gt2）；HAB是过烘危险区域，在该烘干工艺范围内，漆膜的硬度和结合力开始下降，晾干时间大于30 min的工件开始出现漆膜粉化现象；HIJDB之内及其以上的区域为力学性能丧失区域，在这些烘干范围内，漆膜的多方面性能大大下降，特别是结合力已经基本丧失。在实际生产过程中，可根据具体情况选择最合理的烘干区域。

5 自泳漆槽液的耐污染能力
5.1 耐防锈油污染能力
自泳漆槽液耐防锈油污染能力见表8。

由表8看出，防锈油虽然对自泳漆有污染，但一般情况下对漆膜性能没有影响。当污染较严重时，漆膜外观会出现因工件出槽时携带表面漂浮油污而造成的污染斑点。
5.2 耐拉延油污染能力
选择乳化型拉延油进行试验，结果见表9。

试验结果表明，乳化型拉延油能够部分溶解在自泳漆槽液里，当乳化型拉延油含量达到1 g/L时，漆膜外观局部发亮、有轻微污染斑痕；当含量达到5g/L时，样板靠近自泳漆槽液液面部位出现明显的污染斑点、漆膜发亮，但对漆膜力学性能还没有大的影响。
5.3 耐脱脂剂污染能力
把通常的脱脂剂槽液先用水稀释100倍，再按一定比例加入到自泳漆槽液中，搅拌24 h后开始试验，结果见表10。
表10 自泳漆槽液耐脱脂剂污染能力

试验结果表明，脱脂剂的影响很大：使槽液电导率和101值都有所降低，同时导致样板边缘泳不上漆，因此实际生产中要严格控制脱脂后、自泳前的水洗质量。

6 自泳漆和面漆的配套性试验
考虑生产实际需要，选择了丙烯酸水性漆、氯化橡胶漆和氨基醇酸漆与自泳漆进行配套性试验，结果表明配套性良好（见表11）。

7 不同涂装工艺实际成本的比较分析
根据资料介绍，英国的1条年处理工件面积50万m2的生产线采用几种不同涂装工艺之间的成本（人民币）比较见表12。

由表12可知，自泳漆涂装的综合成本比电泳漆涂装要低30%左右。

8 结论
综上所述，虽然自泳漆的材料成本比目前车下黑漆件通用的阴极电泳漆高10%~20%，但自泳漆技术具有工艺简化、漆膜性能优良；105 ℃低温固化温度、节能优势明显；自泳漆是100%水性涂料，不含任何重金属，VOC排放为零，环保性好，节省了“三费”处理费用等特点。而且与电泳漆技术相比，自泳漆技术可以缩短大约40%的涂装线长度，因此先期一次性设备投入大大降低，同时后期生产维护成本低，实际生产运行成本低30%~40%、综合成本低约30%，因此自泳漆涂装技术将会越来越被看好。