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隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的不斷加強(qiáng)及技術(shù)的不斷進(jìn)步，新材料和新工藝在汽車涂裝行業(yè)中不斷地得到應(yīng)用。新材料、新工藝的應(yīng)用有助于在汽車制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)降低能耗、增進(jìn)環(huán)保，并達(dá)到提高生產(chǎn)效率和提升產(chǎn)品性能的目的。但同時(shí)，也帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，對(duì)涂裝質(zhì)量控制提出了新的要求，如，鋯化薄膜工藝的應(yīng)用，對(duì)涂裝車間工藝控制提出了很高的要求，也更容易在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生漆膜外觀缺陷；再比如，緊湊型面漆工藝的應(yīng)用，由于取消了傳統(tǒng)的中涂線，對(duì)電泳漆膜的外觀控制要求更高。所以，汽車主機(jī)廠迫切需要一款電泳涂料，它不單要能承擔(dān)起防腐的作用，還必須要能遮蓋鋯化薄膜工藝帶來(lái)的外觀缺陷以及擁有更加平滑的外觀。本文研究了一種超高泳透力電泳涂料的應(yīng)用性能，尤其對(duì)其與新工藝的配套方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

 

1實(shí)驗(yàn)部分

 

1.1主要原料

本試驗(yàn)考察的EPIC是PPG涂料（天津）有限公司開發(fā)的電泳涂料；該電泳涂料采用不含重金屬的有機(jī)催化體系，樹脂仍采用與現(xiàn)有ED7類似的水性環(huán)氧聚氨酯體系，符合歐盟規(guī)章REACH的相關(guān)規(guī)定。

 

1.2測(cè)試方法

1.2.1泳透力的測(cè)定

 

采用GMJ16法和四枚盒法2種測(cè)試方法對(duì)泳透力進(jìn)行測(cè)定。GMJ16法使用2塊100mm×300mm冷軋板，在2塊測(cè)試板間放2根300mm×100mm×4mm的隔條，使2塊測(cè)試板間距為4mm，用寬38mm的膠帶將測(cè)試板兩長(zhǎng)邊及其隔條固定，形成上下空、兩側(cè)封閉的泳透力盒。在所有試驗(yàn)條件均一致的情況下，將泳透力盒分別放入ED7和EPIC電泳槽液中進(jìn)行2min電泳。175℃烘烤25min后，測(cè)量5μm膜厚處距離底邊的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，泳透力越好。四枚盒法使用4塊70mm×150mm冷軋板，其中3塊在離底邊45mm處開一個(gè)直徑8mm的圓孔。使用隔條將4塊板隔成間隔20mm的泳透力盒，使用導(dǎo)電膠帶包覆泳透力盒底部和側(cè)面。將泳透力盒分別放入ED7和EPIC電泳槽液中進(jìn)行電泳。175℃烘烤25min后，測(cè)量G面膜厚與A面膜厚的比值，比值越高泳透力越好。四枚盒法示意圖如圖1所示。

圖1 四枚盒法示意圖

 

1.2.2粗糙度的測(cè)定

 

采用英國(guó)泰勒公司的Surtronic25粗糙度測(cè)量?jī)x對(duì)電泳漆膜的粗糙度進(jìn)行測(cè)定。

 

1.2.3附著力的測(cè)定

 

附著力從初始和240h濕熱老化附著力2方面進(jìn)行考察。初始附著力，使用BYKGardnerA-5120劃格儀以及3M公司的8981膠帶進(jìn)行測(cè)試，按脫落面積大小進(jìn)行評(píng)級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)要求為0級(jí)或1級(jí)，即脫落面積小于5%。240h濕熱老化附著力，測(cè)試方法同初始附著力，但電泳板在測(cè)試附著力前需在（38±2）℃，濕度100%的環(huán)境下保養(yǎng)240h。

 

1.2.4耐石擊和循環(huán)腐蝕測(cè)試

 

耐石擊測(cè)試使用SAEJ400注明的礫石投擲測(cè)試設(shè)備以及8~16mm大小的礫石，在-18℃以及室溫2個(gè)溫度下進(jìn)行測(cè)試，一般要求評(píng)價(jià)要高于8級(jí)，即電泳漆膜破損寬度≤1.5mm。循環(huán)腐蝕測(cè)試通過(guò)對(duì)樣板進(jìn)行26個(gè)鹽霧循環(huán)腐蝕，觀察其擴(kuò)蝕寬度。標(biāo)準(zhǔn)要求冷軋板擴(kuò)蝕寬度<6mm，鍍鋅板、鋁板擴(kuò)蝕寬度<4mm。

 

1.2.5其他性能

 

在未特殊說(shuō)明的情況下，其他測(cè)試均按照通用汽車相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法執(zhí)行。

 

2結(jié)果與討論

 

2.1電泳槽液參數(shù)對(duì)比

2.1.1槽液參數(shù)

 

試驗(yàn)使用的EPIC電泳槽液與現(xiàn)用的ED7電泳槽液的主要參數(shù)如表1所示，EPIC與ED7的槽液參數(shù)比較接近，支持主機(jī)廠在線進(jìn)行逐步置換。

 

表1 ED7和EPIC的主要槽液參數(shù)

2.1.2泳透力對(duì)比

 

泳透力是電泳涂料的一項(xiàng)重要指標(biāo)，表征電泳涂料對(duì)車體空腔內(nèi)部的涂覆能力。泳透力越高，內(nèi)腔電泳漆膜膜厚達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，外板所需涂覆的電泳漆膜膜厚越低，材料耗量越低。使用GMJ16法和四枚盒法測(cè)試的結(jié)果如表2所示。

 

表2 EPIC與ED7的泳透力對(duì)比

從表2可以看出，EPIC的泳透力與ED7基本相當(dāng)，滿足通用汽車標(biāo)準(zhǔn)要求（GMJ16法≥20cm，四枚盒法≥60%）。如后期進(jìn)行電泳涂料切換，在確保內(nèi)腔電泳漆膜膜厚達(dá)標(biāo)前提下，電泳材料耗量不會(huì)產(chǎn)生明顯變化。

 

2.2鋯化薄膜配套性試驗(yàn)

2.2.1鋯化薄膜前處理停線模擬試驗(yàn)

 

由于鋯化薄膜工藝不同于傳統(tǒng)磷化工藝，其化學(xué)反應(yīng)會(huì)隨著時(shí)間不斷進(jìn)行，鋯化薄膜膜重也會(huì)不斷增加。而膜重的急劇增加會(huì)影響板材電泳漆膜外觀以及其他性能。因此本文設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)M了汽車車身常用的冷軋板（CRS）、熱鍍鋅板（HDG）、電鍍鋅板（EG）以及鋁板（Al）在不同鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間下的電泳漆膜表現(xiàn)。使用粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量了電泳漆膜的粗糙度，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間下的電泳漆膜粗糙度對(duì)比

 

從圖2可以看出，隨著鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間的增加，電泳漆膜粗糙度會(huì)變大，外觀變差。但對(duì)比EPIC和ED7，在相同鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間的情況下，EPIC的粗糙度比ED7低，擁有更好的外觀。不同鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間下初始和240h濕熱老化附著力測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間對(duì)電泳板外觀及附著力的影響

 

從表3可以看出，在各鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間下，ED7和EPIC的初始附著力以及240h濕熱老化附著力均為0級(jí)，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)電泳后的板材進(jìn)行了耐石擊和循環(huán)腐蝕測(cè)試，結(jié)果如表4所示。

表4 不同鋯化薄膜反應(yīng)時(shí)間的電泳板耐石擊和耐腐蝕性能

 

從表4可以看出，EPIC電泳涂料在室溫以及-18℃條件下的耐石擊測(cè)試結(jié)果均優(yōu)于或等于ED7。而在循環(huán)腐蝕實(shí)驗(yàn)中，ED7在冷軋板反應(yīng)20min、30min以及鍍鋅板反應(yīng)30min的測(cè)試中發(fā)生失效，相同條件下EPIC所有條件下的測(cè)試結(jié)果均達(dá)標(biāo)。主要是因?yàn)镋PIC的主樹脂體系庫(kù)倫效率更低，濕膜電阻更高，在上膜過(guò)程中更加緩慢，不易受底材變化影響，因此能始終保持良好的耐腐蝕性能。

 

2.2.2遮蓋能力試驗(yàn)

 

鋯化薄膜工藝在板材上形成的轉(zhuǎn)換膜厚度只有10~200nm，遠(yuǎn)比傳統(tǒng)2~3μm的磷化膜要薄，因此其對(duì)缺陷的遮蓋能力很弱。使用鋯化薄膜工藝的主機(jī)廠經(jīng)常會(huì)遇到各種條印問題的困擾，比如板材打磨印、二次鋯化印以及鐵離子流痕等。實(shí)驗(yàn)采用100目砂紙打磨機(jī)對(duì)鍍鋅板進(jìn)行打磨，將鍍鋅層打穿露出底材。按相同工藝進(jìn)行鋯化薄膜處理，然后分別在ED7和EPIC槽液中進(jìn)行電泳，結(jié)果如圖3所示。

圖3 2種電泳漆膜對(duì)鍍鋅層打穿牛眼的遮蓋對(duì)比

從圖3可以看出，ED7不能有效遮蓋板材打磨印，打磨印四周有明顯的電泳漆膜膜厚突變而形成的“臺(tái)階印”，需要生產(chǎn)人員進(jìn)行額外處理。而EPIC對(duì)打磨印的遮蓋效果明顯，僅有輕微痕跡，不需要進(jìn)行額外處理。由于鋯化薄膜反應(yīng)不會(huì)自動(dòng)中止，在生產(chǎn)過(guò)程中，車身兜液或水洗槽中的活性成分會(huì)在車身板材上不規(guī)律流淌，流淌經(jīng)過(guò)的板材就會(huì)繼續(xù)發(fā)生鋯化反應(yīng)。這些發(fā)生額外鋯化反應(yīng)的位置，在電泳后會(huì)形成膜厚不均的電泳漆膜條印，一般稱這類缺陷為二次鋯化印。圖4所示的缺陷就是由于車身后蓋兜了大量鋯化薄膜槽液，在出鋯化薄膜槽時(shí)從工藝孔流淌至牌照框位置，導(dǎo)致電泳后有影響外觀的二次鋯化印。

圖4 薄膜二次鋯化導(dǎo)致的電泳漆膜缺陷

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用2塊相同的板材，在完成正常工藝的鋯化薄膜反應(yīng)后，在板材中間滴加鋯化薄膜槽液，使其產(chǎn)生二次鋯化流痕，再分別放入ED7和EPIC槽液中進(jìn)行電泳。ED7電泳后的板材能看到類似圖4所示的二次鋯化印，而EPIC電泳后的板材無(wú)相同缺陷。鐵離子污染一直是鋯化薄膜工藝的一個(gè)工藝難題。車身結(jié)構(gòu)中如有冷軋板或者鍍鋅板打孔等情形，在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含鐵離子的槽液，并在車身板材上流淌，電泳后能看到明顯流痕，需要生產(chǎn)人員進(jìn)行額外處理，如圖5所示。

圖5 鐵離子流痕導(dǎo)致的電泳漆膜缺陷

圖6 鐵離子流痕模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

 

鐵離子流痕模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖6所示，在一塊100mm×300mm鍍鋅板的頂端貼一塊邊長(zhǎng)為6cm的三角形鐵片，一起放入鋯化薄膜槽液反應(yīng)2min，反應(yīng)完成后取出板材并豎直放置，使反應(yīng)產(chǎn)生的鐵離子在鍍鋅板上流下，純水沖洗后再分別放入ED7和EPIC槽液中進(jìn)行電泳。ED7電泳后的板材能看到類似圖5所示的鐵離子流痕，而EPIC電泳后的板材未發(fā)現(xiàn)相同缺陷。

 

2.3EPIC對(duì)面漆外觀的影響

目前行業(yè)內(nèi)采用緊湊型面漆工藝的主機(jī)廠也越來(lái)越多。缺少了傳統(tǒng)意義上的中涂層，要保證最終的面漆外觀，就必須對(duì)電泳漆膜外觀提出更高的要求。本次試驗(yàn)也分別在ED7和EPIC電泳板上按照行業(yè)典型的緊湊型面漆工藝噴涂了面漆?？疾?種電泳漆膜對(duì)面漆外觀的影響，結(jié)果如表5所示。

表5 ED7和EIPC與面漆的配套性

由表5可知，EPIC電泳板上噴涂面漆后R值比ED7提高了0.8~1.8個(gè)單位，長(zhǎng)短波的表現(xiàn)也有顯著提升。總體來(lái)看EPIC電泳涂料配套相同面漆的外觀綜合表現(xiàn)明顯優(yōu)于ED7。主要是因?yàn)镋PIC采用的交聯(lián)劑固化速率較緩，能夠使顏、填料在樹脂固化過(guò)程中更好地往下沉積，從而形成更加平滑細(xì)膩的電泳漆膜表面。

 

3結(jié)語(yǔ)

 

本文所采用的新一代超高泳透力電泳涂料EPIC擁有優(yōu)良的泳透力。在與鋯化薄膜工藝的配套性方面，EPIC能提供更穩(wěn)定的質(zhì)量表現(xiàn)，能遮蓋目前鋯化薄膜工藝常見的車身打磨印、二次鋯化印以及鐵離子流痕等主要缺陷。同時(shí)，EPIC能為緊湊型面漆工藝提供更好的底材外觀，從而改善面漆外觀。相信隨著EPIC的逐步推廣應(yīng)用，會(huì)使更多的主機(jī)廠有信心應(yīng)用鋯化薄膜工藝和緊湊型面漆工藝，助推汽車涂裝的綠色環(huán)保變革。