水性銹轉(zhuǎn)化涂料在叉車涂裝前處理上的應(yīng)用

胡星曄*，謝志強

（1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007；2.廈門托唯機電有限公司，福建 廈門 361000）

水性銹轉(zhuǎn)化涂料在叉車涂裝前處理上的應(yīng)用

胡星曄1,*，謝志強2

（1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007；2.廈門托唯機電有限公司，福建 廈門 361000）

分別采用傳統(tǒng)前處理工藝(拋丸+酸洗+磷化)和轉(zhuǎn)化型水性帶銹涂料(銹轉(zhuǎn)化涂料)對某公司叉車零部件基材進行前處理，并噴涂了相同的涂層(環(huán)氧底漆+聚氨酯中涂漆+聚氨酯面漆+丙烯酸聚氨酯清漆)，考察了所得試板的耐蝕性、附著力、耐沖擊性和柔韌性。結(jié)果表明，以改性苯丙乳液作為主要成膜物質(zhì)，磷酸-丹寧酸為轉(zhuǎn)銹劑的銹轉(zhuǎn)化涂料處理的試板的耐蝕性與機械性能均好于傳統(tǒng)前處理所制試板，且使用更方便，省時省工，節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟效益更好，可替代一般叉車產(chǎn)品涂裝工藝中的除銹前處理。

水性帶銹涂料；銹轉(zhuǎn)化；前處理；耐蝕性，附著力

First-author’s address:Fujian Institute of Transportation Technical, Fuzhou 350007, China

鋼鐵的除銹處理是涂裝工藝的重要組成部分，對外觀質(zhì)量起著決定性的作用。據(jù)統(tǒng)計，我國每年由于金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟損失高達10 ～ 150億元人民幣[1]。作為粗放型工程機械的代表，我國叉車產(chǎn)品的外觀質(zhì)量一直遠不如其他機械設(shè)備，大多數(shù)國內(nèi)叉車油漆層的豐滿度、平整度、光澤度及附著力偏低，鍍層和轉(zhuǎn)化膜的質(zhì)量欠佳，尤其是在重腐蝕環(huán)境(酸霧、高溫等)中的耐蝕性差，在使用一段時間后易出現(xiàn)銹漬、油漆層起泡、剝落、變色、失光等問題。隨著市場對叉車性能要求的日益提高，各大叉車廠對涂裝工藝，特別是防銹處理日趨重視。

叉車的涂裝工序主要包括前處理→底漆噴涂→烘干→刮膩子→烘干→打磨→噴面漆→烘干→強冷→下件。在噴漆之前，首先要對表面進行除銹，以提高漆膜的附著力和防銹性。這一工序十分關(guān)鍵，通?？烧嫉酵垦b總造價的30% ～ 40%。目前國內(nèi)常用的前處理方法有酸洗、拋丸噴砂、磷化等，其中拋丸噴砂主要應(yīng)用于厚板結(jié)構(gòu)件和鑄件，如內(nèi)外門架、車架、配重、液壓缸等。發(fā)動機罩、儀表架等薄板結(jié)構(gòu)件采用噴丸處理易造成變形，多采用中溫磷化處理。但是，在調(diào)查某公司叉車前處理工藝時發(fā)現(xiàn)，采用拋丸噴砂進行前處理，粉塵和噪聲污染較嚴重，且無法徹底清除復(fù)雜作業(yè)面死角(如車架油箱的內(nèi)表面邊角)的銹蝕，此外還會造成鋼結(jié)構(gòu)減薄、強度降低等問題。雖然磷化膜在大氣中耐蝕性較好，還能有效提高涂層的附著力，但工藝控制比噴丸復(fù)雜得多，所使用的鎳、錳等重金屬和磷酸鹽等均為有毒或嚴重污染物質(zhì)，磷化前后與過程中的污染問題尚未得到根本解決。為探索更經(jīng)濟環(huán)保的前處理方式，同時也能提高零部件的耐蝕性及其涂層附著力，本文探討了轉(zhuǎn)化型水性帶銹涂料(銹轉(zhuǎn)化涂料)在某公司叉車前處理上的應(yīng)用，為其在工廠的應(yīng)用提供參考。

1 水性銹轉(zhuǎn)化涂料介紹

銹轉(zhuǎn)化涂料能充分浸潤、滲透整個疏松多孔的銹層，使鐵銹黏結(jié)成連續(xù)的封閉涂層，并能鈍化、轉(zhuǎn)化銹層中活潑有害的鐵的化合物，使其變成穩(wěn)定的無害填料，充分提高漆膜的耐蝕性[2]。本文所用水性銹轉(zhuǎn)化涂料的配方見表1。其中，成膜物質(zhì)為改性苯丙乳液，作為絕緣性好的高分子有機化合物，其高電阻阻礙了陽極與溶液間的離子移動，起到了在腐蝕電池的溶液相中介入高電阻的效應(yīng)，降低了腐蝕速率，且耐水、耐油、耐熱、耐老化性能良好。銹轉(zhuǎn)化劑則采用磷酸-丹寧酸復(fù)合體系[m(磷酸)∶m(丹寧酸) = 7∶1，磷酸由山東振華提供，丹寧酸由四川樂山洪波林化制品提供]，避免了傳統(tǒng)的紅丹、含鉻以及亞鐵氰化鉀體系涂料對環(huán)境和生產(chǎn)安全的威脅[3]。在磷酸的存在下，丹寧酸易與鋼鐵表面及銹層中的 Fe3+發(fā)生配位反應(yīng)，生成穩(wěn)定的丹寧酸鐵螯合物和磷酸鐵保護膜。這種致密的鈍化膜不溶于水，硬度高，附著力優(yōu)異，表現(xiàn)出卓越的防銹性能。有機胺類穩(wěn)定劑能有效增強涂料的貯存穩(wěn)定性，不易出現(xiàn)分層現(xiàn)象。滲透劑采用多元醇膦酸酯，對銹層具有良好的浸潤作用，有助于涂料把鐵銹分離并包圍在涂層中，從而阻止銹蝕發(fā)展。強氧化劑鉬酸鈉能充分與銹轉(zhuǎn)化劑反應(yīng)，且無毒無味，環(huán)保性能良好。該銹轉(zhuǎn)化涂料性質(zhì)穩(wěn)定，室溫下可貯存一年以上不變質(zhì)，具有環(huán)保、節(jié)能、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點。

表1 水性銹轉(zhuǎn)化涂料配方Table 1 Formulation of the waterborne rust conversion coating

2 銹轉(zhuǎn)化涂料的應(yīng)用

2. 1 銹轉(zhuǎn)化涂料的制備

將滲透劑和助劑加入全部去離子水中，升溫至60 ～ 80 °C；再加入潤濕劑，放入SFJ-400型砂磨/分散/攪拌多用機中高速分散，控制轉(zhuǎn)速1 000 ～ 1 500 r/min分散15 min；隨后調(diào)整轉(zhuǎn)速至800 ～ 900 r/min，加入消泡劑、穩(wěn)定劑、防腐劑和銹轉(zhuǎn)化劑，再攪拌30 min左右，冷卻至20 ～ 30 °C；然后加入高分子聚合乳液，將轉(zhuǎn)速調(diào)至500 ～ 800 r/min，10 ～ 20 min后用80目濾網(wǎng)過濾出料。

涂料及涂膜的主要性能參考指標(biāo)如表2所示。目測涂料外觀，依據(jù)GB/T 1723-1993《涂料粘度測定法》檢查黏度，其余指標(biāo)均按GB/T l728-1979(1989)《漆膜、膩子膜干燥時間測定法》測定。

表2 銹轉(zhuǎn)化涂料主要性能指標(biāo)Table 2 Main technical indexes of the rust conversion coating

2. 2 試驗樣板制備

底材為某公司叉車零部件的測試樣板，材質(zhì)均為A3鋼，分別采用噴丸、酸洗、磷化及銹轉(zhuǎn)化涂料進行前處理。

2. 2. 1 對基材的處理

傳統(tǒng)的前處理工藝(酸洗、磷化等)要求完全除銹，而本文所用銹轉(zhuǎn)化涂料可在帶銹或有少量油污或潮濕的鋼鐵表面上直接刷涂施工(漆膜未干前應(yīng)避免淋雨水)。所謂帶銹是指表面允許少量的鐵銹存在，但不意味著不進行任何除銹處理。具體來說，就是要除去浮銹(疏松銹或鱗片狀銹)、油污、雜質(zhì)以及氧化皮，使銹層厚度不超過50 ～ 60 μm。即便如此，這種基材處理與傳統(tǒng)的徹底除銹相比，仍將節(jié)省除銹工時70% ～ 80%[4]。

2. 2. 2 用不同前處理方法制備樣板

表3列出了不同前處理樣板的制備方法。由表3可知，酸洗和磷化工藝復(fù)雜繁瑣，而刷涂銹轉(zhuǎn)化涂料僅需一道工序，大大提高了施工效率。

表3 不同前處理工藝樣板的制備Table 3 Preparation of samples treated by different pretreatment processes

3 銹轉(zhuǎn)化涂料工藝的綜合評價

3. 1 產(chǎn)品性能

將前處理試板用同樣的涂裝工藝以空氣輔助式噴槍和高壓無氣噴槍進行噴涂。涂層包括環(huán)氧樹脂底漆(干膜厚度30 ～ 40 μm)、聚氨酯中涂漆(干膜厚度50 ～ 60 μm)、聚氨酯面漆(干膜厚度40 ～ 60 μm)和雙組分丙烯酸聚氨酯清漆(干膜厚度30 ～ 40 μm)，漆膜總厚度為120 ～ 160 μm。

3. 1. 1 耐蝕性

根據(jù)GB/T 1771-2007《色漆和清漆 耐中性鹽霧性能的測定》，在(35 ± 2) °C下，用(50 ± 5) g/L，pH 6.2 ～ 7.2的NaCl溶液連續(xù)噴霧進行耐腐蝕試驗。嚴格按GB/T 9271-2008《色漆和清漆 標(biāo)準(zhǔn)試板》處理試板，劃痕均為透過涂層至底材的直線。公司要求一般零部件的耐鹽霧時間為500 h以上。而鹽霧試驗除了以現(xiàn)象作為判定標(biāo)準(zhǔn)，時間也是判定失效的一大因素，起皺、起泡或擴蝕現(xiàn)象出現(xiàn)得越晚，則漆膜質(zhì)量越好。

圖1顯示了經(jīng)過不同前處理的試板在不同時間的加速耐鹽霧試驗后的情況。由圖1可見，600 h鹽霧試驗后，只經(jīng)噴丸前處理的樣板，單邊擴蝕2 mm，腐蝕較為嚴重；僅經(jīng)酸洗前處理的樣板，底部有大量氣泡產(chǎn)生；經(jīng)過酸洗和磷化的試樣耐蝕性較好，僅有少量斑點；而經(jīng)銹轉(zhuǎn)化涂料前處理的樣板基本無斑點，質(zhì)量明顯優(yōu)于經(jīng)酸洗、噴丸以及磷化處理的。比較不同前處理試板在連續(xù)噴霧480 h和720 h以后表面的腐蝕程度也可發(fā)現(xiàn)，使用銹轉(zhuǎn)化涂料進行前處理的試板的腐蝕情況明顯好于其他試板，即使經(jīng)過720 h鹽霧試驗，也沒有明顯的擴蝕。

圖1 不同前處理試板經(jīng)不同時間的鹽霧試驗后的照片F(xiàn)igure 1 Photos showing the samples treated by different pretreatment processes after salt spray test for different time

上述情況表明，轉(zhuǎn)化型帶銹防腐涂層在金屬表面形成的轉(zhuǎn)化膜與傳統(tǒng)磷化膜相比，耐蝕性要提高很多，這主要是因為它在金屬表面除了能形成磷化膜外，還能形成有機酸與金屬離子的鈍化膜，二者交錯在一起，使轉(zhuǎn)化膜更加致密，所以大大增強了整體耐蝕性。

3. 1. 2 機械性能

根據(jù)GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗》，測試了不同前處理試板經(jīng)過480 h鹽霧試驗后的附著力；按GB/T 1732-1993《漆膜耐沖擊測定法》，在(23 ± 2) °C和相對濕度50% ± 5%條件下，以1 kg重錘在50 cm高度下沖擊試板；按GB/T 1731-1993《漆膜柔韌性測定法》測試柔韌性。以上測試的結(jié)果見表4。可知經(jīng)銹轉(zhuǎn)化涂料前處理的試板的機械性能好于傳統(tǒng)前處理所得試板。

表4 不同前處理試板的機械性能測試結(jié)果Table 4 Mechanical property test results of the samples treated by different pretreatment processes

3. 2 成本

根據(jù)《全國統(tǒng)一安裝工程預(yù)算定額：第十六冊——刷油、防腐蝕、絕熱工程》(GYD-211-2000)分析了不同前處理工藝的成本，具體見表5。

表5 不同前處理方法的成本分析Table 5 Cost analysis of different pretreatment methods

由表5可知，幾種前處理工藝中刷涂銹轉(zhuǎn)化涂料成本最低。這主要是由于手工除銹工作繁重，人工成本高；噴砂工藝需要廠房和大量設(shè)備，成本投入大；酸洗磷化處理則需要3 ～ 10道工序，勞動強度大，工作效率低，能耗高，對環(huán)境污染嚴重；而銹轉(zhuǎn)化涂料無需大型設(shè)備和大量勞動力，其主要成本僅為材料費，施工便捷，安全環(huán)保。

3. 3 配套性

銹轉(zhuǎn)化涂層與后續(xù)涂層均有較好的匹配性(如環(huán)氧、聚氨酯面漆或中涂漆等)，可配套使用。在漆膜干燥后，將試板浸入5% NaCl溶液中90 d，均未出現(xiàn)咬底、滲色、脫落、起泡等現(xiàn)象。

4 結(jié)語

以改性苯丙乳液作為成膜物質(zhì)，輔以磷酸-丹寧酸銹轉(zhuǎn)化劑可制得銹轉(zhuǎn)化涂料，經(jīng)其處理的試板的耐蝕性、附著力和耐沖擊性均優(yōu)于傳統(tǒng)前處理工藝，可替代一般叉車產(chǎn)品外防腐涂裝工藝中的前處理，無毒環(huán)保，節(jié)約了綜合涂裝費用，具有良好的經(jīng)濟效益。

[1]曾德方. 新型水性除銹防銹漆的研制[J]. 現(xiàn)代化工, 1996, 16 (1)∶ 32-34.

[2]楊振波, 李運德, 師華. 低表面處理涂料技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 電鍍與涂飾, 2009, 28 (1)∶ 61-63.

[3]吳賢官. 帶銹涂料及其應(yīng)用[J]. 涂料涂裝與電鍍, 2003 (1)∶ 34-36.

[4]杜克敏. 水性帶銹涂料的現(xiàn)狀[J]. 涂料技術(shù)與文摘, 2010, 31 (3)∶ 10-14, 23.

[ 編輯：杜娟娟 ]

Application of waterborne rust conversion coating to painting pretreatment for forklift

HU Xing-ye*, XIE Zhi-qiang

The spare parts of forklift from a company were treated by traditional pretreatment process (shot blasting + pickling + phosphating) and conversion-type water-based rust-tolerant paint (called as waterborne rust conversion coating) respectively, and then sprayed with same coatings, including epoxy primer, polyurethane midcoat, polyurethane topcoat, and acrylic polyurethane overcoat varnish. Their corrosion resistance, adhesion strength, impact strength, and flexibility were examined. The results showed that the corrosion resistance and mechanical properties of the sample treated by rust conversion coating, which is prepared with modified styrene-acrylic emulsion as binder and orthophosphoric-tannic acid as rust converter, are better than that using the traditional pretreatment. The rust conversion coating can substitute the traditional de-rusting pretreatment for common forklift parts, featuring easier use, less cost of labor/time/energy, more environmentally friendly, and greater economic benefit.

water-based rust-tolerant paint; rust conversion; pretreatment; corrosion resistance; adhesion strength

TQ630.7

B

1004 - 227X (2015) 22 - 1303 - 04

2015-07-08

2015-10-20

胡星曄（1981-），女，福建福州人，碩士，講師，從事機械制造/材料加工成型等教學(xué)研究工作。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) jiaoyuanzhuanyong@163.com。