□ 黃小鈞

(艾仕得涂料系統(tǒng)，上海 201203)

　　摘要:介紹了涂裝新技術(shù)溶劑型高固3C1B特點(diǎn)以及該工藝低VOC低碳排放的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也簡單介紹其施工應(yīng)用的特點(diǎn)，并闡述了在改進(jìn)外觀方面需要注意的關(guān)鍵點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞:高固體;3C1B/3Wet工藝;低VOC;低碳;涂膜外觀

　　中圖分類號(hào)：TQ639 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-2556(2014)04-0028-06

0 前 言

　　隨著經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，各國政府對(duì) 環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，整車涂裝作為汽車制造 環(huán)節(jié)中的能源大戶，節(jié)能減排的需求越來越高。各種 涂裝新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到了廣泛的推廣應(yīng)用，其 中包括溶劑型高固體分3C1B/3Wet工藝，該工藝是由 Axalta(艾仕得，原DuPont公司)開發(fā)和完成，并得到美 國福特汽車公司的大力支持。福特全球所有的新項(xiàng) 目都采取該工藝，其中包括已經(jīng)量產(chǎn)的美國MAP、中 國重慶二工廠CFMA CQ2、正在建設(shè)的三工廠以及即 將投產(chǎn)的南昌JMC工廠。

　　1 HS-3C1B高固體3C1B工藝的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

　　1.1 HS-3C1B體系介紹 Axalta的高固體分溶劑型3涂1烘工藝，簡稱HS- 3C1B工藝，該工藝精簡了涂裝工藝，具體為在電泳涂 層后采用濕噴濕的方式噴涂中涂、色漆和罩光清漆，并一次性烘干的工藝。Axalta的HS-3C1B工藝采用高 固體分中涂、高固體分色漆和高固體分清漆，具有提 高涂裝線速度、減少VOC、降低CO2的排放的特點(diǎn)。

　　1.2 HS-3C1B體系優(yōu)點(diǎn)

　　1.2.1 縮短工藝時(shí)間和減少固定成本的投資 相對(duì)于傳統(tǒng)的3C2B的涂裝線，3C1B生產(chǎn)線取消 了中涂烘烤和中涂打磨工藝，簡化了工藝，因此在車 間面積以及設(shè)備投資可以節(jié)約10%～15%的前期投 資費(fèi)用，并將整個(gè)汽車在涂裝車間的工藝時(shí)間縮短 了90 min，具體對(duì)比見圖1。

1.2.2 降低了碳排放以及VOC的排放

　　研究表明，隨著涂裝固體分的提高，VOC的排放 將逐漸降低，傳統(tǒng)溶劑型色漆一直是VOC排放的主 要來源，其主要原因就是傳統(tǒng)型金屬涂料在施工時(shí) 候需要使用大量的稀釋劑，施工固體分低于20%，因 此VOC的排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)水性涂料。而由Axalta開 發(fā)的高固3C1B產(chǎn)品具有原漆噴涂的特點(diǎn)，而且其施 工固體分可以達(dá)到45%以上，因此色漆的VOC達(dá)到 甚至低于了傳統(tǒng)水性涂料的排放，見圖2。同時(shí)中涂和清漆也都具備開罐即用原漆噴涂的特點(diǎn)，施工固體分比傳統(tǒng)的溶劑型都要高出5～10個(gè)百分點(diǎn)，因此 高固3C1B體系真正在降低VOC排放方面做到了和 水性涂料在一個(gè)水平線上，做到了低VOC排放。

　　高固3C1B工藝不僅具有低VOC的特點(diǎn)，同時(shí)還具有低能耗、低碳排放的特點(diǎn)，研究表明，車間的CO2 主要來源于電、氣和VOC。由于取消了中涂烘烤，直 接節(jié)約了天然氣的使用；節(jié)約了周轉(zhuǎn)時(shí)間，減少了打 磨區(qū)域，有效地降低了電力使用；高固3C1B更是由于 其屬于溶劑型涂料的特點(diǎn)，避免了對(duì)施工環(huán)境苛刻 的要求，相對(duì)水性涂料來說，溶劑型高固3C1B沒有水 性涂料對(duì)于溫度(25±2) ℃，濕度65%±5%的苛刻要 求，在施工環(huán)境控制上也節(jié)約了大量的能源。相對(duì)水 性涂料而言，高固3C1B工藝碳排放只有水性涂料的 一半左右，具體見圖3。

　　1.2.3 降低了涂料單耗以及輔料的消耗

　　由于有效地提高了施工固體分，3C1B涂料應(yīng)用 過程中單耗有明顯的降低，尤其是機(jī)器人噴涂，相對(duì)傳統(tǒng)涂料，其單耗至少降低30%～50%。同時(shí)由于減 少中涂打磨工藝，人員以及打磨材料都有一定程度 的節(jié)約；而由于中涂烘房的減少，減少烘房過濾棉、 烘房維護(hù)等消耗。

　　綜上所述，整個(gè)溶劑型高固3C1B工藝相對(duì)與傳 統(tǒng)水性涂料來說，單車將會(huì)有30美元費(fèi)用的節(jié)約，同 時(shí)減低了大量的能源消耗和VOC排放。

2 HS-3C1B施工應(yīng)用的特點(diǎn)以及對(duì)外 觀的影響

2.1 HS-3C1B涂層膜厚以及對(duì)外觀的影響

2.1.1 HS-3C1B涂層膜厚與傳統(tǒng)涂料對(duì)比

　　3C1B體系核心之一就是避免涂層之間的干擾， 如果使用傳統(tǒng)型的中涂進(jìn)行3C1B的工藝，得到的最 后結(jié)果只能是涂層之間完全的咬合并失光，見圖4。

　　為了避免這種狀況，中涂通過新的丙烯酸樹脂 和流變助劑RCA進(jìn)行改進(jìn)，并最終得到完整的三涂 層涂膜，保護(hù)和裝飾汽車。從圖5中可以看到，盡管中 涂和色漆之間是濕噴濕工藝，但是因?yàn)橹型拷?jīng)過改 進(jìn)，涂層之間的界面十分清晰。

　　因?yàn)橹型棵馊チ撕婵经h(huán)節(jié)，和傳統(tǒng)型涂層相比， HS-3C1B中涂的膜厚較低，為20～25 μm，在保證性 能的前提下降低中涂的膜厚可以防止中涂與色漆之 間因?yàn)闈駠姖穸a(chǎn)生的干擾，從而保證良好的外觀； 色漆膜厚和傳統(tǒng)型色漆相當(dāng)；清漆膜厚比傳統(tǒng)型膜 厚略高，整個(gè)涂層的膜厚比傳統(tǒng)型略低5～10 μm，具體見表1。

　　2.1.2 涂層膜厚對(duì)外觀的影響

　　圖6清晰地表明了中涂膜厚對(duì)外觀有直接的影 響。試驗(yàn)方法為在固定了色漆和清漆膜厚的情況下， 中涂膜厚進(jìn)行不同的梯度噴涂，并測(cè)量分析不同中 涂膜厚下復(fù)合涂層的外觀。從圖6中的數(shù)據(jù)可以得出 這樣的結(jié)論：(1)降低中涂的膜厚可以提高整體外觀 效果；(2)降低色漆的膜厚可以提高整體外觀效果；(3) 增加清漆的膜厚可以提高外觀效果。

2.2 HS-3C1B 涂層之間閃干時(shí)間

2.2.1 閃干時(shí)間與噴涂順序設(shè)定

　　HS-3C1B涂層之間的閃干時(shí)間對(duì)最終的外觀有 直接的影響，較長的閃干時(shí)間對(duì)外觀有幫助。雖然中 涂與色漆之間需要5～10 min的閃干時(shí)間，但是這段 時(shí)間可以用于色漆內(nèi)表面的噴涂，因此整個(gè)涂層的 噴涂，從進(jìn)入噴房開始到進(jìn)入最后的烘箱，整個(gè)涂層 只需要30 min，這在整個(gè)涂裝工藝中是最精簡的。以 國內(nèi)某汽車廠為例，見表2。

　　如果采用機(jī)器人進(jìn)行內(nèi)表噴涂，則推薦將色漆 機(jī)器人內(nèi)表噴涂放在BC1和BC2之間。

2.2.2 閃干時(shí)間對(duì)外觀的影響

　　延長閃干時(shí)間對(duì)提高外觀有幫助，但是是否閃 干時(shí)間越長，外觀就越好呢。在實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)有 些因?yàn)樵O(shè)備停線而延長了閃干時(shí)間的車輛并沒有得 到更好的外觀，因此對(duì)閃干時(shí)間和最后的外觀做一 些試驗(yàn)(見表3)。研究的結(jié)果表明：(1)延長色漆和清漆 的閃干時(shí)間，外觀變好；(2)延長中涂的閃干時(shí)間，超 過一定的時(shí)間之后，外觀效果會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)；(3) 綜合工藝需求以及精簡生產(chǎn)線的需求，大多的現(xiàn)場(chǎng) 都采用了6 min＋6 min＋8 min的閃干時(shí)間。

2.3 HS-3C1B高觸變性、黏度對(duì)外觀的影響

2.3.1 HS-3C1B高觸變特性

　　高固3C1B和水性涂料有一個(gè)相似的特性，就是 體系的高觸變特性，也就是在高剪切的條件下，涂料 的黏度會(huì)隨著剪切速率的升高而快速下降，并達(dá)到 施工黏度，反之，靜止的時(shí)候黏度會(huì)升高，見圖7。該 特性有利于體系的長期貯存穩(wěn)定性，也給現(xiàn)場(chǎng)施工 應(yīng)用帶來了便利，如果較長時(shí)間的停止噴涂作業(yè)，可 以降低輸調(diào)漆系統(tǒng)的循環(huán)頻率并減低攪拌速度，甚 至關(guān)閉系統(tǒng)。在噴涂前24 h開啟循環(huán)，即可保證噴涂 的質(zhì)量。

2.3.2 黏度的變化對(duì)外觀的影響

　　黏度的調(diào)整一直是調(diào)漆間人員重要的工作之 一，傳統(tǒng)溶劑型涂料對(duì)黏度的要求很高，甚至以0.5 s 的單位來控制，清漆變化超過2 s很可能就出現(xiàn)流掛 或者橘皮的情況。對(duì)于高固3C1B體系而言，黏度的變 化對(duì)涂膜質(zhì)量的影響非常小，正因?yàn)槿绱?，可以做?Ready For Use。達(dá)到包裝黏度可直接進(jìn)行噴涂作業(yè)， 而包裝黏度的控制范圍也很寬泛，以中涂為例，通常 為30～40 s、Ford4、25 ℃。涂料的黏度之所以對(duì)外觀的影響不大，這和高固體系的特點(diǎn)有關(guān)系，高固體系 因?yàn)楣腆w分原本就很高，噴涂到車身之后濕膜固體 非常高，基本沒有再流平的能力。而體系的外觀是依 靠涂料本身的顆粒霧化來保證的，通過測(cè)量(見圖8)， 3C1B體系的霧化顆粒直徑可以做到更小，這有利于最終的外觀。

　　為了達(dá)到更好的霧化效果，現(xiàn)場(chǎng)推薦使用高轉(zhuǎn) 速的噴涂方式，建議使用55 K以上的轉(zhuǎn)速，中涂和清 漆使用帶有鋸齒的旋杯，在條件許可的情況下，對(duì)涂 料進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜嵋部梢詭椭玫礁玫撵F化效 果。

2.4 HS-3C1B烘烤要求對(duì)外觀的影響

　　3C1B因?yàn)闈駠姖竦墓に嚕詈蠛婵緯r(shí)候涂膜厚 度比較高，為避免發(fā)生針孔等涂膜弊病，在烘烤曲線 的設(shè)計(jì)上，在初期升溫階段設(shè)計(jì)1個(gè)5 min、93 ℃的保 溫平臺(tái)，這樣可以有效地在表面沒有完全封閉的情 形下，讓內(nèi)部的溶劑可以快速地?fù)]發(fā)出去，同時(shí)也可 以避免過多的溶劑在烘烤過程中造成涂層之間的咬 合，影響外觀，這和水性涂料需要一個(gè)脫水的過程道 理是一樣的，只不過整個(gè)過程目的是讓更多的溶劑 平穩(wěn)地?fù)]發(fā)出來。

　　從表4、圖9的研究中可以看出，綠色推薦的烘烤 曲線可以得到最好的外觀，而紅色曲線因?yàn)榭焖俚?從40 ℃上升到140 ℃，對(duì)外觀的影響最大。由于93 ℃ 的保溫平臺(tái)在實(shí)際操作中很難達(dá)到，經(jīng)過反復(fù)研究， 最終在現(xiàn)場(chǎng)按照65～93 ℃，升溫不超過5.5 ℃/min的 升溫速率來控制，也可以達(dá)到烘烤的要求。

3 結(jié) 語

　　高固3C1B在國內(nèi)的應(yīng)用還屬于起步階段，其還 有很多的施工應(yīng)用特點(diǎn)等待我們進(jìn)一步進(jìn)行驗(yàn)證， 在此就不一一表述。眾所周知，國內(nèi)近期停止了批準(zhǔn)溶劑型體系的新工廠的審批，因此高固3C1B體系在 國內(nèi)的推廣受到了一定的局限。但是從研究數(shù)據(jù)和 實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，其的確具有節(jié)能、減排(低VOC 和低CO2排放)的優(yōu)點(diǎn)，因其對(duì)設(shè)備環(huán)境要求不像水 性涂料那樣苛刻，對(duì)有環(huán)保要求進(jìn)行溶劑型中低固 體分老線改造的企業(yè)來說，這是一個(gè)可以完全達(dá)到 降低VOC要求、省時(shí)省力、節(jié)省投資的非常好的選 擇。

收稿日期 2014-02-20