□ 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特點以及該工藝低VOC低碳排放的優(yōu)點，同時也簡單介紹其施工應(yīng)用的特點，并闡述了在改進外觀方面需要注意的關(guān)鍵點。

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

　　中圖分類號：TQ639 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-2556(2014)04-0028-06

0 前 言

　　隨著經(jīng)濟和汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，各國政府對 環(huán)境保護的要求越來越高，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 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工藝的特點和優(yōu)點

　　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。

　　1.2 HS-3C1B體系優(yōu)點

　　1.2.1 縮短工藝時間和減少固定成本的投資 相對于傳統(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 資費用，并將整個汽車在涂裝車間的工藝時間縮短 了90 min，具體對比見圖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 候需要使用大量的稀釋劑，施工固體分低于20%，因 此VOC的排放遠遠高于傳統(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，而且其施 工固體分可以達到45%以上，因此色漆的VOC達到 甚至低于了傳統(tǒng)水性涂料的排放，見圖2。同時中涂和清漆也都具備開罐即用原漆噴涂的特點，施工固體分比傳統(tǒng)的溶劑型都要高出5～10個百分點，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，同時還具有低能耗、低碳排放的特點，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，避免了對施工環(huán)境苛刻 的要求，相對水性涂料來說，溶劑型高固3C1B沒有水 性涂料對于溫度(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，尤其是機器人噴涂，相對傳統(tǒng)涂料，其單耗至少降低30%～50%。同時由于減 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、 烘房維護等消耗。

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

2 HS-3C1B施工應(yīng)用的特點以及對外 觀的影響

2.1 HS-3C1B涂層膜厚以及對外觀的影響

2.1.1 HS-3C1B涂層膜厚與傳統(tǒng)涂料對比

　　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進行改進，并最終得到完整的三涂 層涂膜，保護和裝飾汽車。從圖5中可以看到，盡管中 涂和色漆之間是濕噴濕工藝，但是因為中涂經(jīng)過改 進，涂層之間的界面十分清晰。

　　因為中涂免去了烘烤環(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 間因為濕噴濕而產(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 涂層膜厚對外觀的影響

　　圖6清晰地表明了中涂膜厚對外觀有直接的影 響。試驗方法為在固定了色漆和清漆膜厚的情況下， 中涂膜厚進行不同的梯度噴涂，并測量分析不同中 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 涂層之間閃干時間

2.2.1 閃干時間與噴涂順序設(shè)定

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

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

2.2.2 閃干時間對外觀的影響

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

2.3 HS-3C1B高觸變性、黏度對外觀的影響

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 的黏度會隨著剪切速率的升高而快速下降，并達到 施工黏度，反之，靜止的時候黏度會升高，見圖7。該 特性有利于體系的長期貯存穩(wěn)定性，也給現(xiàn)場施工 應(yīng)用帶來了便利，如果較長時間的停止噴涂作業(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。對于高固3C1B體系而言，黏度的變 化對涂膜質(zhì)量的影響非常小，正因為如此，可以做到 Ready For Use。達到包裝黏度可直接進行噴涂作業(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外觀的影響不大，這和高固體系的特點有關(guān)系，高固體系 因為固體分原本就很高，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。

　　為了達到更好的霧化效果，現(xiàn)場推薦使用高轉(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，對涂 料進行適當(dāng)?shù)募訜嵋部梢詭椭玫礁玫撵F化效 果。

2.4 HS-3C1B烘烤要求對外觀的影響

　　3C1B因為濕噴濕的工藝，最后烘烤時候涂膜厚 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)計上，在初期升溫階段設(shè)計1個5 min、93 ℃的保 溫平臺，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揮發(fā)出去，同時也可 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脫水的過程道 理是一樣的，只不過整個過程目的是讓更多的溶劑 平穩(wěn)地揮發(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，而紅色曲線因為快速地 從40 ℃上升到140 ℃，對外觀的影響最大。由于93 ℃ 的保溫平臺在實際操作中很難達到，經(jīng)過反復(fù)研究， 最終在現(xiàn)場按照65～93 ℃，升溫不超過5.5 ℃/min的 升溫速率來控制，也可以達到烘烤的要求。

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)用特點等待我們進一步進行驗證， 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，因其對設(shè)備環(huán)境要求不像水 性涂料那樣苛刻，對有環(huán)保要求進行溶劑型中低固 體分老線改造的企業(yè)來說，這是一個可以完全達到 降低VOC要求、省時省力、節(jié)省投資的非常好的選 擇。

收稿日期 2014-02-20