雙組分清漆在溶劑型三涂一烘汽車涂裝工藝上的應用

牟彬*，段雪娜，杜洪林，劉多麗，李紅艷

（浙江吉利控股集團有限公司，浙江 寧波 315300）

三涂一烘(3C1B)工藝是指在車身電泳后以“濕碰濕”的方式噴涂中涂、金屬色漆和罩光清漆，并一次性烘干的工藝。與傳統(tǒng)的三涂兩烘(3C2B)工藝相比，它取消了中涂烘干工序，從而減少了中涂打磨、擦凈、烘干等設(shè)備的投資和占地面積，節(jié)約了人力以及生產(chǎn)輔料費用，提高了生產(chǎn)效率，降低了能耗。

裝飾性直接影響著汽車的商品價值，其主要取決于涂層的色彩、光澤、鮮映性、豐滿度等方面。目前采用傳統(tǒng)溶劑型3C1B工藝的涂裝線大多配套使用單組分(1K)清漆，但隨著消費者越來越高的審美要求，1K清漆已經(jīng)很難滿足客戶對漆膜外觀的心理需求。

筆者所在公司的某基地采用“3C1B + 1K面漆”涂裝工藝。市場反映其產(chǎn)品的車身漆膜質(zhì)量明顯差于競爭對手的產(chǎn)品，已經(jīng)影響到該產(chǎn)品在某地區(qū)的銷售。市場部門希望能夠盡快解決此問題，改善銷售狀況。

從表1的市場調(diào)研結(jié)果可見，明顯的橘皮、鮮映性低、豐滿度不高、耐劃傷和耐蝕性差這幾種漆膜弊病在投訴中的總占比高達 88.6%。經(jīng)過分析收集到的車型所用材料，發(fā)現(xiàn)抱怨此類問題的客戶所購買的產(chǎn)品均使用 1K清漆，而本公司其他使用雙組分(2K)清漆的產(chǎn)品基本沒有此類投訴。因此決定在原3C1B涂裝線上引入2K清漆來減少客戶抱怨。

表1 使用1K清漆時客戶反饋的問題Table 1 Problems fed back from customers when using 1K clear coating

1 常見2K清漆的性能

1. 1 技術(shù)指標

2K清漆的主要成分為丙烯酸樹脂和聚氨酯，與傳統(tǒng)1K清漆(丙烯酸氨基樹脂)相比，具有較好的抗流掛性和較高的施工固含量，而且在較好地提高漆膜外觀的同時，能夠有效地降低揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的排放。表1列出了某跨國涂料公司提供的常規(guī)2K清漆(GL2KC1050)與1K清漆(HTC2000M)的技術(shù)指標。

表2 常見2K和1K清漆的技術(shù)指標Table 2 Technical specifications of common 2K and 1K clear coat paints

1. 2 特點

與單組分清漆相比，雙組分清漆的漆膜具有更優(yōu)異的外觀，更好的鮮映性、耐磨性和耐蝕性。用蔡司Axio Vert.A1型金相顯微鏡放大2 000倍后清晰地看到2K清漆與1K清漆的漆膜外觀差異(見圖1)。在不同粗糙度(Ra)的基材上分別噴涂相同膜厚的2K清漆和1K清漆時(見圖2)，隨著粗糙度增大，DOI的差異愈發(fā)明顯，而DOI直接影響目視外觀，其越低，目視感官就越差。從圖3可見，使用1K清漆的汽車在多次清洗后漆膜失光非常嚴重，而同等條件下 2K清漆所制漆膜的光澤變化不大，且體現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨性能。

圖1 用不同清漆所制漆膜的微觀形貌Figure 1 Micro-morphologies of the coatings prepared with different clear coat paints

圖2 2K與1K清漆所制漆膜在不同粗糙度的底材上的DOIFigure 2 DOI values of the coatings prepared with 2K and 1K clear coat paints on the substrates with different roughness

圖3 2K與1K清漆所制漆膜在多次洗車后的光澤Figure 3 Glossiness of the coatings prepared with 2K and 1K clear coat paints on a car after being washed for several times

2 2K清漆在溶劑型3C1B工藝上的應用

參考行業(yè)內(nèi)引入2K清漆的經(jīng)驗，直接在該基地對設(shè)備進行改造，投入2K清漆試用。但是在試用初期，從表3的漆膜外觀數(shù)據(jù)可知未取得預期效果：除豐滿度得到較大改善以外，其他參數(shù)的改善不明顯，主要體現(xiàn)在橘皮偏重，鮮映性差，以及清漆與中涂之間的界面不清晰。于是在不影響產(chǎn)能的前提下，結(jié)合溶劑型3C1B工藝的特點，對工藝進行了調(diào)整。

表3 優(yōu)化工藝前使用1K 清漆與2K清漆所得漆膜的外觀參數(shù)(平均值)Table 3 Average parameters for appearance evaluation of the coatings prepared with 1K and 2K clear coat paints before optimization of the process

2. 1 中涂閃干方式對漆膜外觀的影響

在3C1B工藝中，中涂、色漆、清漆這3道工序之間沒有烘烤，所得漆膜較厚，其中溶劑含量高，在烘烤時容易產(chǎn)生針孔、流掛等弊病，也難以取得較好的外觀，因此在設(shè)計3C1B工藝生產(chǎn)線時一般會考慮在噴涂完中涂后增加一道熱閃干，即加一個預烘爐以加快漆膜中溶劑的揮發(fā)。在本次引入 2K清漆時，為了取得較好的外觀，同時考慮到運行成本，將預烘溫度設(shè)定為45 °C。從表4可見，在中涂與色漆之間增加預烘烤工序?qū)μ嵘崮さ耐庥^有一定的幫助，但綜合評價后一致認為目視外觀還不是很理想，需要進一步優(yōu)化。

表4 中涂后增加預烘烤工序后漆膜的外觀參數(shù)(平均值)Table 4 Average parameters for appearance evaluation of the finish obtained by adding a pre-heating procedure after midcoat painting

2. 2 清漆成膜方式對漆膜外觀的影響

在其他參數(shù)不變的前提下對機器人仿形進行調(diào)整，將清漆的成膜方式由之前的兩次噴涂成膜改為一次噴涂成膜。在使用相同噴涂設(shè)備的情況下，一次成膜能有效提高噴幅的重疊率(二次成膜的重疊率為50%，而一次成膜的重疊率可以達到75%)，還能使漆膜更均勻。從表5可知，改變成膜方式對短波的改善非常大，同時有利于鮮映性的提高。

表5 清漆1次噴涂成膜的外觀參數(shù)(平均值)Table 5 Average parameters for appearance evaluation of the clear coat formed by spraying for only one time

2. 3 工藝改進后的漆膜外觀

鑒于在中涂增加預烘以及更改清漆的成膜方式對橘皮的改善都有較大的貢獻，因此將2種方法結(jié)合使用，從對實車外觀的測量數(shù)據(jù)(見表 6)來看，這樣操作對汽車外觀的提升確實更明顯。為了探究具體原因，對色漆和清漆之間做了剖面分析，如圖4所示?？梢娢凑{(diào)整工藝之前，色漆與清漆之間存在混溶現(xiàn)象，界面不清晰；而改變工藝后，色漆層與清漆層之間的界面非常清晰。這也從微觀方面印證了改進的效果。

表6 工藝改進后漆膜的外觀參數(shù)(平均值)Table 6 Average parameters for appearance evaluation of the clear coat obtained by the improved process

圖4 工藝改進前后清漆與色漆之間剖面的微觀形貌Figure 4 Sectional micro-morphologies of the interface between clear coat and colored coat before and after improvement of the process

3 結(jié)語

使用2K清漆后，市場方面針對漆膜外觀的投訴明顯減少，由原來的每年180余次降到目前的每年30余次。2K清漆的引入雖然有利于漆膜外觀的提升，但還需要對溶劑型3C1B施工工藝進行優(yōu)化。在調(diào)整過程中，筆者總結(jié)出以下經(jīng)驗：

(1) 幾道涂層之間是濕碰濕的話，溶劑含量高，不容易揮發(fā)，在烘烤過程中容易出現(xiàn)痱子、針孔、流掛等問題。2K清漆的活性比1K清漆高，更易出現(xiàn)此類問題，在使用時尤其需要注意。

(2) 2K清漆能顯著降低短波，從而改善橘皮，但短波并不是越小越好，需處于一個合理的范圍。以筆者經(jīng)驗來看，10 ≤ Sw≤ 20是比較合適的。

(3) 在以前的應用中一直只注重提高色漆的重疊率以保證顏色的穩(wěn)定性，此次發(fā)現(xiàn)：對于清漆而言，高的噴涂重疊率也有利于獲得良好的漆膜外觀。