傳動(dòng)軸表面硅烷化處理與水性漆涂裝的工藝研究

陳超廣 王業(yè)嵩

摘 要：結(jié)合傳動(dòng)軸產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究表面硅烷化處理、局部遮蔽、雙組分水性漆噴涂的涂裝工藝，有效降低揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放量，為企業(yè)節(jié)能降耗，創(chuàng)造效益。

關(guān)鍵詞：硅烷化處理 水性漆 局部遮蔽

1 前言

隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)及現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染給人們賴以生存的地球以及人類本身造成了極大的威脅。特別是和人們生產(chǎn)、生活密不可分的化工涂料生產(chǎn)使用過程中揮發(fā)的有毒、有害氣體正越來越嚴(yán)重的危害著人們的身體和生存環(huán)境。

傳統(tǒng)工業(yè)的涂料涂裝，無論在制造過程或施工應(yīng)用過程中均有大量的有毒有害物：如廢氣、廢水、重金屬物排放，對環(huán)境、大氣以及水資源造成污染，特別是目前在金屬防腐方面，溶劑型涂料的使用特別多。施工中有50%以上的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放到大氣中，造成對環(huán)境的二次污染。許多工業(yè)國家十分重視這一問題。全面的保護(hù)環(huán)境正進(jìn)一步為世人所關(guān)注。因而在涂料及涂裝領(lǐng)域中盡可能的以無污染，低污染地材料代替有污染的材料，不光是涂料行業(yè)發(fā)展的需要，而且也是人類健康生存的需要。

傳動(dòng)軸類產(chǎn)品的涂裝工藝，由傳統(tǒng)的磷化+噴漆的工藝，逐步更新?lián)Q代為更加節(jié)能環(huán)保的新工藝。其中，新興的表面硅烷化處理、雙組分低溫固化的水性漆等技術(shù)，引起越來越多的工程技術(shù)人員研究。

2 傳動(dòng)軸產(chǎn)品的特點(diǎn)

傳動(dòng)軸通常由軸管、伸縮套和萬向節(jié)組成，它是汽車傳動(dòng)系中傳遞動(dòng)力的重要部件，它的作用是與變速箱、驅(qū)動(dòng)橋一起將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。它可以是好幾節(jié)的，節(jié)與節(jié)之間可以由萬向節(jié)連接。其中，萬向節(jié)是汽車傳動(dòng)軸上的關(guān)鍵部件，一般由十字軸、十字軸承和凸緣叉等組成，如圖所示。十字軸承的存在，決定了傳動(dòng)軸，只能接受常溫或者低溫的工藝處理。

同時(shí)，傳動(dòng)軸的兩端，是不允許存在涂料涂層，而又無法容忍銹蝕缺陷的矩形齒花鍵或者短齒花鍵。傳動(dòng)軸在凸緣花鍵軸外還有一個(gè)管形密封保護(hù)套，在該保護(hù)套端部設(shè)置了兩道聚氨酯橡膠油封，使伸縮套內(nèi)形成廠一個(gè)完全密封的空間。

所有這些特性，都對涂裝工藝提出了苛刻的要求。不僅僅要求整體防銹，噴漆前要對傳動(dòng)軸的兩端進(jìn)行遮蔽防護(hù)，而且，涂裝前的清洗處理工藝，以及涂裝后的烘烤工藝，都不得采用高溫體系的工藝，以免對十字軸承等部件的破壞。傳動(dòng)軸有特殊涂裝要求的部位，見圖1。

3 表面硅烷化處理

鋼鐵件的涂裝生產(chǎn)，除了要進(jìn)行除油、除銹等工藝，通常還要在表面涂覆一層化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，對工件起到一定的防腐作用，避免在噴涂前短暫的時(shí)間內(nèi)返銹，也增加零件表面的粗糙度，增強(qiáng)涂料與基底的結(jié)合力。磷化處理是最為常見的，但是磷化工藝，能耗高，而且槽液有沉渣產(chǎn)生，不適用于帶有十字軸承的傳動(dòng)軸產(chǎn)品。

傳動(dòng)軸類產(chǎn)品應(yīng)采用可以常溫下進(jìn)行工藝處理。表面硅烷化處理是其中一種工藝，它是以有機(jī)硅烷水溶液為主要成分對金屬或非金屬材料進(jìn)行表面處理的過程。與傳統(tǒng)磷化相比，它具有節(jié)能、環(huán)保和降低成本的優(yōu)點(diǎn);無有害重金屬離子，不含磷，無需加溫。硅烷處理過程不產(chǎn)生沉渣，處理時(shí)間短，控制簡便。處理步驟少，可省去表調(diào)工序，槽液可重復(fù)使用。有效提高油漆對基材的附著力。

硅烷，在水溶液中，通過其SiOH基團(tuán)與金屬表面的MeOH基（M表示金屬）的縮水反應(yīng)而快速吸附于金屬表面;一方面在金屬界面形成Si-O-Me共價(jià)鍵;另一方面，硅烷分子通過SiOH基團(tuán)之間的縮聚反應(yīng)形成具有Si-O-Si三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅烷膜，并在后工序的涂層中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成牢固的化學(xué)鍵，最終使基材-硅烷-油漆三者之間，通過化學(xué)鍵形成穩(wěn)固的膜層。傳動(dòng)軸表面硅烷化處理，可以采用浸漬式，也可以噴淋處理。

包括硅烷化前處理線在內(nèi)，水性漆涂裝工藝，容易對設(shè)備產(chǎn)生氧化、生銹，為防止設(shè)備及管路的腐蝕，減少銹斑變成碎屑混入涂料內(nèi)形成顆粒的幾率，國內(nèi)的水性漆噴涂線的設(shè)備設(shè)施，采用不銹鋼304、304L制造的比較多，新建的涂裝線也有采用SUS 316的。

圖2是304不銹鋼制作的，全噴淋的硅烷前處理線，工藝流程是：預(yù)脫脂（1.5min）→脫脂（1min）→水洗（1 min）→水洗（1min）→硅烷化（1.5min）→吹干（2min）→噴漆工序。

4 局部遮蔽的水性漆噴涂工藝

4.1 傳動(dòng)軸的局部遮蔽處理

由于水性漆比較容易導(dǎo)電，為了防止安全及高壓報(bào)警等問題，水性漆機(jī)器人系統(tǒng)一般采用外置加電的模式。而傳動(dòng)軸的噴涂，采用空氣噴槍、人工噴涂的比較多。雙聯(lián)萬向節(jié)傳動(dòng)軸的長軸端與短軸端，由于不允許有涂層，需要在噴漆前遮蔽。

如圖3，特制的PVC管，安裝了一圈橡膠圈，用于密閉遮蔽長軸端與短軸端噴漆與不噴漆區(qū)域的交界線，要求密閉貼合好。此方式替代了傳統(tǒng)的一次性的貼紙遮蔽工藝，遮蔽工裝PVC管可重復(fù)再用，使作業(yè)簡易快捷，提高了生產(chǎn)效率，并有效降低涂裝耗材成本。

4.2 水性漆噴涂注意事項(xiàng)

水性漆涂料具有：粘度高、難霧化、表面張力大，水的蒸發(fā)速度受濕度影響大，容易產(chǎn)生涂層外觀上的缺陷。傳動(dòng)軸的水性漆噴涂，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）水性漆的清洗劑主要成分為純水+少量親水溶劑，輸漆管道的設(shè)計(jì)，要考慮管中管換熱系統(tǒng);

2）整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)按低剪切設(shè)計(jì)，包括攪拌器的攪拌、管路彎曲、穩(wěn)壓器、過濾器等;

3）避免攪拌器在油漆攪拌過程中，引起空氣，使油漆產(chǎn)生分層、沉降等現(xiàn)象。

4）水性漆的粘度高，采用輸調(diào)漆系統(tǒng)的，應(yīng)提高泵的輸送能力，水性色漆的流速則要求為0.15～0.4m/s。

5）由于水性漆對施工溫濕度的要求嚴(yán)格，在無法做到恒溫恒濕的施工環(huán)境下，空氣濕度>85%時(shí)候，需對工件進(jìn)行預(yù)熱處理，改善水清洗濕膜的閃干效果。

5 水性漆涂層的性能測試

雙聯(lián)萬向節(jié)傳動(dòng)軸，進(jìn)行上述表面硅烷化處理，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用PVC管將無需噴漆的區(qū)域，進(jìn)行遮蔽。噴涂低溫固化的雙組分環(huán)氧樹脂水性漆，相關(guān)的性能指標(biāo)，見表1。

將上述傳動(dòng)軸的主要涂漆部件，單獨(dú)拆卸下，并對無油漆部位進(jìn)行封閉處理，然后，按照GB/T 1771-2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行240h連續(xù)噴霧耐鹽霧試驗(yàn)。測試結(jié)果：工件表面未產(chǎn)生氣泡，表面腐蝕面積為1%，最大背蝕2.3mm。涂層符合“不得產(chǎn)生氣泡，最大腐蝕為10%，最大背蝕為3.0mm”的設(shè)計(jì)要求，試樣見圖4。

6 結(jié)語

采用表面硅烷化處理，然后按設(shè)計(jì)要求做局部遮蔽，再噴涂低溫固化的雙組分水性漆的涂裝工藝，適應(yīng)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有局部遮蔽要求的傳動(dòng)軸類產(chǎn)品。漆膜的外觀、膜厚、硬度、光澤度、附著力、耐鹽霧等一系列性能指標(biāo)，滿足了客戶對傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)要求。

在地球環(huán)境逐漸惡化的情況下，各地區(qū)對環(huán)保的要求在不斷提高，環(huán)保的政策也在施壓，大家的環(huán)保意識也在提升，硅烷化處理與水性漆工藝具有低碳環(huán)保方面的優(yōu)越性，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。

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