汽车用水性漆技术

汽车用水性漆技术

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李自松（上海大众汽车有限公司200072）

摘要：介绍汽车用水性漆的性能、施工工艺、设备、运输及库存。并简要分析其经济效益。

关键词：水性漆；涂装工艺；环境保护

0 前言

为保护人类生存环境，现今汽车涂装的发展趋势是低公害、无公害化。水性漆的最大优点是涂层质量堪与传统溶剂型漆相当，但VOC 排放量小。其排放量约为溶剂型漆的三分之一，且是实现金属闪光漆低公害化的唯一途径。因此，采用水性漆具有重要意义。

近年来，国际上对VOC 排放量的要求越来越严。如1995 年德国大气净化法就规定，车身被涂面积的VOC 排放量应小于35 g ／m2 在严格限制VOC 排放量的环保要求促使下，国际上（特别是欧美国家）大力发展水性漆。目前，欧美汽车工业发达国家均实现了汽车涂装水性化，汽车涂装普遍采用水性漆，汽车用水性漆及其涂装技术也已成熟，水性漆在品种配套、涂层质量方面可与传统溶剂型漆相媲美。国际上大力发展的是水性漆技术，而不是溶剂型漆技术，我国如不用水性漆，将来在涂装技术方面的国际交流与合作会越来越困难，不利于我国汽车涂装技术水平的提高。

目前我国正大力弘扬科学发展观，走可持续发展道路，可以预见对VOC 排放量的要求会越来越严格。为了保护我们的生存环境，增强在涂装技术方面的国际交流与合作，提高我国汽车涂装技术水平。我国汽车公司应考虑用水性漆。实际上，国内几家大汽车公司，如上海大众、一汽大众等在近年新建的油漆车问里均有水性漆预留区，将来只要对设备稍加改造即可应用水性漆工艺。

1 水性漆的性能

水性漆与传统溶剂型漆一样，基本成分包括溶剂、树脂、颜料和添加剂等。水性中涂漆主要有聚酯和聚氨酯漆，其施工固体分较高，一般为50 ％～60 ％。水性中涂漆的抗石击性能优于传统溶剂型中涂漆。水性面漆的底色漆主要有丙烯酸和聚氨酯漆。水性清漆由于价格较高，目前尚未广泛应用，普遍采用的罩光清漆是高固体分双组分溶剂型漆。水性金属底漆与溶剂型金属底漆的溶剂含量比较见表

1 。从表1 可看出，水性漆所含溶剂主要是水，树脂分散在水中形成聚合物分散体系；而传统溶剂型漆的溶剂主要是有机溶剂，树脂在溶剂中形成聚合物溶液。这就是水性漆与溶剂型漆的最大差别。

表1 水性金属底漆与溶剂型金属底漆的溶剂含量比较

水的独特性质（表2）使水性漆的性质也较不一般，在许多方面与传统溶剂型漆不同。

表2 水与有机溶剂的物理性质比较

（1）颜料分散性不好。

水性漆属于聚合物分散体系，颜料分散性不是很好，因此须采取措施加以改善。

（2）分散粒子的稳定性差。

溶解的分子对剪切力、热、pH 等都很稳定，而分散的粒子不稳定，因此要对分散体系采取稳定措施。分散粒子受剪切力后会被破坏，因而须考虑在制造、输送水性漆过程中避免剪切力的作用。分散粒子对pH 值很敏感，漆中混入酸性物质会形成酸性粒子，从而产生胶化破坏水性漆。还有水性漆在运输过程中受寒冻结后分散粒子也会被破坏。

（3）表面张力大。

水的表面张力大（见表2），故水性漆的表面张力也较大，在施工过程中要加强管理，否则涂装时易产生下列缺陷和漆膜弊病：

a ．易流挂；

b ．展平性不好；

c ．易产生缩孔、针孔；

d ．不易伸人被涂物表面的小细缝中。

（4）蒸发热和热容值高，受温度、湿度的影响大。

水的高蒸发热和热容值（见表2）使水性漆中的水蒸发慢。溶剂型漆中溶剂总量的50 ％在喷涂雾化过程中挥发掉，而对于水性漆仅为25 ％。水蒸发慢在涂装时易产生流挂，且使涂装效率变差。因此，需设置中间加热区将水从水性底漆涂层中强制挥发出去。在喷涂清漆前必须把90 ％的水从水性底漆涂层中除掉（防止在最终烘烤时沸腾的水穿过清漆挥发出来）以获得最佳的漆膜外观，从而避免水性底漆被清漆返溶。

水的蒸发速率与相对湿度密切相关，相对湿度高时，水的蒸发速率很低。因此，喷漆室的相对湿度和温度必须控制在一定范围内，以确保喷漆雾化过程中适量的水挥发掉，并且使水和有机溶剂在涂膜中保持适当平衡。这个适当的平衡是很重要的，其可使涂料有合适的表面张力以润湿喷涂表面（见表2）。

（5）导电性好。

水的介电常数大（见表2），因此水性漆的导电性好，一般水性漆的电阻小于0 ．1 M Ω ，而溶剂型漆有一定的电阻：0 ．5 ～20 M Ω 。水性漆的导电性好，当采用静电喷涂时有特殊要求。

（6）腐蚀性大。

水性漆含有大量水，因而对容器、输送管路、喷漆室体等易受潮部位有腐蚀性，需用不锈钢或塑料制品。

（7）流变行为。

流体粘度随剪切率的增加而减少时称为假塑性流体。假塑性流体的流变行为与其流变所走路径有关，也就是对时间有依赖，故称之为触变性流体。杜邦公司的水性金属漆和水性色漆本质上属假塑性流体。BASF 公司的水性漆具有触变性，其粘度取决于所用的剪切速率及其剪切历程。基于水性漆的特性，用流杯测量粘度值不具有重现性，只有用旋转粘度计测出包括低剪切速率下和高剪切速率下的数据点完整流变曲线才能给出水性漆流变行为的完整特性。

2 水性漆的施工工艺

目前欧美普遍采用的水性漆涂装工艺体系是：阴极电泳漆＋水性中涂漆

＋水性底色漆＋高固体分溶剂型罩光清漆。水性漆的施工工艺与溶剂型漆不同，水性中涂烘干时需增加红外线升温和保温过程，水性底漆喷涂后增加加热挥发过程。一般的水性漆施工工艺如下：

（1）喷涂水性巾涂漆。

（2）中涂烘干，工艺参数如下：

挥发：室内条件下5 min ；

红外线升温：2 ～3 min ，70 ±10 ℃（车身）；

红外线保温：3 ～5 min ，70 ±10 ℃（车身）；

循环热空气升温：约5 min ，165 175 ℃（车身）；

循环热空气保温：15 min ，165 ～175 ％（车身）；

冷却：车身温度冷却到小于35 ℃。

（3）喷涂水性底色漆。

（4）加热挥发，工艺参数如下：

挥发：室内条件下1 ． 5 min ：

升温：红外线，1 ．5 min ，70 ±10 ％（车身）；

保温：循环热空气，2 ．5 min ，70 ±10% （车身）；

冷却：车身温度冷却到小于35 ％（约2min）。

在加热挥发区必须确保水性漆中90 ％以上的水分挥发掉。

（5）喷双组分清漆。

（6）面漆烘干。工艺参数如下：

挥发：室内条件下3 min ；

升温：红外线，10 min ，125 ±20 ℃（车身）；

保温：循环热空气，20 min ，125 ±1O ℃（车身）；

冷却：车身温度冷却到小于35 ℃。

3 水性漆的喷涂设备