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    • 淺談汽車3C1B涂裝工藝配套水性原廠漆的研制
    • 發布時間:2020-08-25 關注:884 來源:呈美化學

         近年來隨著我國人民生活水平不斷提高,對汽車的需求也在不斷增加,現汽車年產量達到2800萬輛/年,保有量720萬輛,因此中國汽車涂料業將擁有巨大的市場空間。目前我國汽車涂裝技術有突飛猛進的發展,但是相比國外先進技術和整體綜合實力仍存在一定差距,表現較為突出的就是汽車涂裝的節能環保技術上。因此,大力發展我國汽車涂裝節能環保新技術、應用新工藝、新材料是我國汽車涂裝行業今后的發展方向。汽車3C1B涂裝工藝較現有的3C2B工藝而言,取消了中涂烘干打磨環節,能極大地降低涂裝成本和運行成本。另外,水性3C1B涂裝工藝設備及廠房改造費用較少,且涂層裝飾與防護性能能夠滿足客戶要求。因此本文開發了汽車3C1B涂裝工藝配套的水性中涂、水性金屬底色漆,并詳細研究了配套工藝。
    1、實驗部分
    1.1實驗原料
    水性丙烯酸乳液、聚氨酯分散體1、聚氨酯分散體2、水性丙烯酸分散體、水性聚碳酸酯分散體、水性氨基樹脂、效應顏料、水性鈦白漿(自制)、片狀硅酸鹽、聚乙烯蠟、助劑、助溶劑、去離子水、N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)。
    1.2實驗儀器
    BGD740/1型高速分散機,霧影光澤度儀,BGD305重型沖擊試驗器,杯突儀,BGD505鉛筆硬度計,電熱恒溫水浴鍋,電熱鼓風干燥箱,BYK橘皮儀,色差儀,QUVA老化測試儀。
    1.3實驗步驟
    1.3.1水性中涂的制備
    水性中涂基本配方如表1,依次加入各原料,并以適合的轉速分散即可制得水性中涂。

    表1水性中涂基本配方

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    1.3.2水性金屬底色漆的制備
    水性金屬底色漆的制備中較為關鍵的一步為分散鋁顏料,分散的效果對涂層最終的外觀和穩定性起著至關重要的作用。本實驗采用的方法為:將助溶劑、鋁顏料、分散劑、氨基樹脂四種原料依次加入到燒杯中,然后在500r/min轉速下分散10-20分鐘。
    水性金屬底色漆基本配方如表2。將水性丙烯酸分散體2、水性聚碳酸酯分散體混合均勻,并用10%DMEA水溶液調節pH值為8.0-8.2之間。加入部分去離子水、助劑和分散好的鋁漿,然后添加適量的定向排列劑和剩余的去離子水,使底色漆有合適的粘度,最后再用10%DMEA水溶液調節pH值為8.0-8.2之間。
    表2水性金屬底色漆基本配方
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    1.3.3配套工藝
    采用3C1B涂裝工藝,基本實施方法如下:08鋁鋼板磷化→陰極電泳→烘干(170℃,20min)→噴涂水性中涂→預烘烤(溫度時間待定)→噴涂水性金屬底色漆→預烘烤→噴涂溶劑型罩光漆→常溫閃干8min→烘干(140℃,20-30min)。
    1.4性能測試
    按照配套工藝制作樣板后,進行性能測試。鉛筆硬度按照GB/T6739-1996測試,附著力/級按照GB/T9286-1998測試,光澤(20°/60°)按照GB/T9754-88測試,杯突試驗按照GB/T9753-88測試,耐沖擊按照PSA-D241312測試,耐水性按照GB/T5209-85在40℃水浴中浸泡240h。
    2、結果與討論
    2.1水性原廠漆的研究
    2.1.1水性中涂助溶劑的選擇
    助溶劑一方面向涂膜外揮發,另一方面隨著水分的減少相應地濃度升高而向聚合物粒子內部滲透遷移。對于水性涂料助溶劑來說,因濃度升高而向聚合物內部滲透的作用是其降低最低成膜溫度,發揮助成膜作用的關鍵所在。在第二個階段,成膜助劑由涂膜內部向外揮發。溫度高濕度低,由于溶劑揮發速度過快,涂膜形成時間過短,聚合物粒子來不及很好地聚集融合,助溶劑就已經隨著水揮發了,造成成膜不好和流平不佳等缺陷;而低溫高濕情況下,水分揮發慢,助溶劑揮發也慢,成膜時間長。因此要保證配套漆膜擁有良好的外觀,必須嚴格控制施工溫濕度。本實驗制備的水性中涂選擇了一些快干性助溶劑(如BG、PM、IPA)按比例搭配使用,在溫度為22-27℃、濕度為55%-70%的情況下能夠保證漆膜具有良好的流平性。
    2.1.2鋁漿篩選
    由于鋁粉活性很高,如果表面包覆處理不完全,則會與水反應釋放氣體。本試驗選取了三種進口鋁漿以及兩種國產鋁漿進行脹氣實驗,測試在40℃水浴中進行,另外還測試了其鮮映性以及閃光指數,結果如表3。相比較而言,國產水性鋁漿儲存穩定性與進口產品差距較大,這可能是因為表面包覆不均勻,導致儲存過程中出現脹氣現象;但是進口鋁漿價格偏高,因此實際應用中應根據需要選用。本實驗選擇進口2#進行其它試驗。
    表3鋁漿篩選結果
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    2.1.3水性金屬底色漆定向排列劑的選擇
    在水性汽車漆中,由于水的揮發速率慢,其成膜干燥時間長,導致鋁粉顆粒在成膜過程中具有高度的遷移性,鋁粉的定向排列變得尤為困難。這時需要借助合適的添加劑,幫助鋁粉顏料定向排列,才能得到良好的金屬表面效果。常見的定向排列劑有改性乙烯醋酸乙烯共聚物蠟乳液(EVA)、無機片狀硅酸鹽(Laponite RD)和醋酸丁酸纖維酯(CMCAB)等,本實驗采用Laponite RD和EVA或CMCAB復配進行深入探討,結果如表4。表4顯示Laponite RD和EVA或CMCAB以合適的比例復配均可使漆膜外觀達到較好的狀態,且貯存穩定性良好。但是復合涂層耐水結果分析可知Laponite RD和EVA復配時,Laponite RD用量過多將導致水性金屬漆耐水性變差。當使用Laponite RD和CMCAB復配時,當控制Laponite RD用量時,過多添加CMCAB也將導致水性金屬漆耐水性變差。因此研制的水性金屬底色漆使用Laponite RD和EVA復配來促進鋁粉定向排列。
    表4定向排列劑復配對漆膜性能的影響
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    注:①LaponiteRD使用時質量濃度為2.5%;②CMCAB使用時質量濃度為20%。
    2.2配套工藝研究
    2.2.1水性中涂預烘烤工藝
    試驗表明,水性中涂脫水率(包含溶劑)應達到90%以上,金屬漆才能保證不向中涂層滲透、清漆才不至于將金屬漆層溶起和產生水泡,影響配套漆膜外觀。圖1是水性中涂在不同干燥工藝下的失水率情況,從圖1A可以看出用自制樹脂制備的水性中涂在50℃預烘烤5min后失水率才能達到90%;60-70℃預烘烤4-5min失水率達到90%;80℃烘烤3-5min失水率可到90%,且預烘烤5min后失水率接近95%。從圖1B還可以看出常溫干燥失水率較預烘烤工藝低很多。由于中涂失水率越高,金屬漆向中涂滲透的程度降低,復合涂層外觀將更好,因此實驗將水性中涂預烘烤工藝設定為80℃/5min。
    圖1水性中涂在不同干燥工藝下的失水率情況
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    2.2.2水性中涂膜厚控制
    3C1B涂裝工藝用水性中涂必須具備快速干燥的特性,但很易出現針孔。膜厚太低,漆膜機械性能和耐化學、鹽霧等性能變差,膜厚太高,因中涂中水分揮發不完全將導致整體漆膜出現氣泡等缺陷。在不影響配套漆膜機械性能和耐化學、老化等性能的情況下,較薄的膜厚更容易將中涂中的水分經預烘干控制在脫水率要求的范圍內,使整體漆膜的外觀達到最佳狀態。而在保證漆膜不出現針孔的情況下,中涂膜厚越厚配套漆膜綜合機械性能和耐化學、老化等性能越好。因此必須嚴格控制中涂膜厚,保證漆膜的綜合性能最佳。本項目首先固定金屬漆膜厚為15-20μm、清漆膜厚30-40μm,探討了水性中涂膜厚對漆膜性能的影響,見表5??梢钥闯霎斨型磕ず竦陀?0μm時,中涂表面和配套漆膜外觀均良好;當中涂膜厚超過20μm時,配套漆膜DOI值偏低,且表面出現大量由中涂頂起的氣泡。因此3C1B用水性中涂膜厚控制為10-20μm。
    表5水性中涂膜厚對漆膜性能的影響
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    2.2.3綜合性能
    將制得的水性中涂與水性金屬底色漆及罩光清漆嚴格按照3C1B和3C2B涂裝工藝噴涂制板,并測試各項性能,結果如表6。其中3C1B涂裝工藝中,中涂只有預烘烤工序,而3C1B涂裝工藝中,中涂既有預烘烤工序,也有高溫烘烤工序(140℃/20min)??梢钥闯雠涮灼崮ば阅艿牟町愋裕孩?C1B涂裝工藝配套漆膜鮮映性值與3C2B涂裝工藝相比偏低,這是由于3C1B工藝中的水性中涂中溶劑在預烘烤后未完全揮發,噴涂金屬底色漆和罩光清漆后產生回溶現象。②3C1B涂裝工藝配套漆膜耐沖擊性能較3C2B涂裝工藝而言偏弱,這是由于3C1B涂裝工藝中的水性中涂膜厚低(10-20μm),且只有預烘烤,交聯密度低,而3C2B涂裝工藝中的水性中涂膜厚在30-40μm,且有高溫固化交聯反應,因此其耐性和柔韌性因交聯密度的提高而提高。③相對于3C2B涂裝工藝而言,3C1B涂裝工藝配套漆膜耐石擊性較好,這是因為3C1B涂裝工藝中的水性中涂和水性底色漆預烘烤后殘留少量溶劑,金屬底色漆和清漆有少量向下滲透,層間附著力好,因此耐石擊性好。
    表63C1B與3C2B涂裝工藝配套漆膜性能比較
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    3、結語
    本實驗針對汽車3C1B涂裝工藝開發了配套的水性中涂、水性金屬底色漆,復合涂層綜合性能優異,涂層裝飾與防護性能能夠滿足差異性需求。隨著全社會對低碳環保理念的不斷推進,節能減排、推行清潔生產必將成為汽車涂料涂裝發展的趨勢,因此綜合性能優異的汽車3C1B涂裝工藝配套水性原廠漆將具有廣闊的市場。






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