传动轴表面硅烷化处理与水性漆涂装的工艺研究

陈超广 王业嵩

摘 要：结合传动轴产品的结构特点，研究表面硅烷化处理、局部遮蔽、双组分水性漆喷涂的涂装工艺，有效降低挥发性有机化合物（VOC）排放量，为企业节能降耗，创造效益。

关键词：硅烷化处理 水性漆 局部遮蔽

1 前言

随着现代化科学技术及现代工业的发展，环境污染给人们赖以生存的地球以及人类本身造成了极大的威胁。特别是和人们生产、生活密不可分的化工涂料生产使用过程中挥发的有毒、有害气体正越来越严重的危害着人们的身体和生存环境。

传统工业的涂料涂装，无论在制造过程或施工应用过程中均有大量的有毒有害物：如废气、废水、重金属物排放，对环境、大气以及水资源造成污染，特别是目前在金属防腐方面，溶剂型涂料的使用特别多。施工中有50%以上的挥发性有机化合物（VOC）排放到大气中，造成对环境的二次污染。许多工业国家十分重视这一问题。全面的保护环境正进一步为世人所关注。因而在涂料及涂装领域中尽可能的以无污染，低污染地材料代替有污染的材料，不光是涂料行业发展的需要，而且也是人类健康生存的需要。

传动轴类产品的涂装工艺，由传统的磷化+喷漆的工艺，逐步更新换代为更加节能环保的新工艺。其中，新兴的表面硅烷化处理、双组分低温固化的水性漆等技术，引起越来越多的工程技术人员研究。

2 传动轴产品的特点

传动轴通常由轴管、伸缩套和万向节组成，它是汽车传动系中传递动力的重要部件，它的作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。它可以是好几节的，节与节之间可以由万向节连接。其中，万向节是汽车传动轴上的关键部件，一般由十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成，如图所示。十字轴承的存在，决定了传动轴，只能接受常温或者低温的工艺处理。

同时，传动轴的两端，是不允许存在涂料涂层，而又无法容忍锈蚀缺陷的矩形齿花键或者短齿花键。传动轴在凸缘花键轴外还有一个管形密封保护套，在该保护套端部设置了两道聚氨酯橡胶油封，使伸缩套内形成厂一个完全密封的空间。

所有这些特性，都对涂装工艺提出了苛刻的要求。不仅仅要求整体防锈，喷漆前要对传动轴的两端进行遮蔽防护，而且，涂装前的清洗处理工艺，以及涂装后的烘烤工艺，都不得采用高温体系的工艺，以免对十字轴承等部件的破坏。传动轴有特殊涂装要求的部位，见图1。

3 表面硅烷化处理

钢铁件的涂装生产，除了要进行除油、除锈等工艺，通常还要在表面涂覆一层化学转化膜，对工件起到一定的防腐作用，避免在喷涂前短暂的时间内返锈，也增加零件表面的粗糙度，增强涂料与基底的结合力。磷化处理是最为常见的，但是磷化工艺，能耗高，而且槽液有沉渣产生，不适用于带有十字轴承的传动轴产品。

传动轴类产品应采用可以常温下进行工艺处理。表面硅烷化处理是其中一种工艺，它是以有机硅烷水溶液为主要成分对金属或非金属材料进行表面处理的过程。与传统磷化相比，它具有节能、环保和降低成本的优点;无有害重金属离子，不含磷，无需加温。硅烷处理过程不产生沉渣，处理时间短，控制简便。处理步骤少，可省去表调工序，槽液可重复使用。有效提高油漆对基材的附着力。

硅烷，在水溶液中，通過其SiOH基团与金属表面的MeOH基（M表示金属）的缩水反应而快速吸附于金属表面;一方面在金属界面形成Si-O-Me共价键;另一方面，硅烷分子通过SiOH基团之间的缩聚反应形成具有Si-O-Si三维网状结构的硅烷膜，并在后工序的涂层中发生交联反应，形成牢固的化学键，最终使基材-硅烷-油漆三者之间，通过化学键形成稳固的膜层。传动轴表面硅烷化处理，可以采用浸渍式，也可以喷淋处理。

包括硅烷化前处理线在内，水性漆涂装工艺，容易对设备产生氧化、生锈，为防止设备及管路的腐蚀，减少锈斑变成碎屑混入涂料内形成颗粒的几率，国内的水性漆喷涂线的设备设施，采用不锈钢304、304L制造的比较多，新建的涂装线也有采用SUS 316的。

图2是304不锈钢制作的，全喷淋的硅烷前处理线，工艺流程是：预脱脂（1.5min）→脱脂（1min）→水洗（1 min）→水洗（1min）→硅烷化（1.5min）→吹干（2min）→喷漆工序。

4 局部遮蔽的水性漆喷涂工艺

4.1 传动轴的局部遮蔽处理

由于水性漆比较容易导电，为了防止安全及高压报警等问题，水性漆机器人系统一般采用外置加电的模式。而传动轴的喷涂，采用空气喷枪、人工喷涂的比较多。双联万向节传动轴的长轴端与短轴端，由于不允许有涂层，需要在喷漆前遮蔽。

如图3，特制的PVC管，安装了一圈橡胶圈，用于密闭遮蔽长轴端与短轴端喷漆与不喷漆区域的交界线，要求密闭贴合好。此方式替代了传统的一次性的贴纸遮蔽工艺，遮蔽工装PVC管可重复再用，使作业简易快捷，提高了生产效率，并有效降低涂装耗材成本。

4.2 水性漆喷涂注意事项

水性漆涂料具有：粘度高、难雾化、表面张力大，水的蒸发速度受湿度影响大，容易产生涂层外观上的缺陷。传动轴的水性漆喷涂，应注意以下几点：

1）水性漆的清洗剂主要成分为纯水+少量亲水溶剂，输漆管道的设计，要考虑管中管换热系统;

2）整个设备系统按低剪切设计，包括搅拌器的搅拌、管路弯曲、稳压器、过滤器等;

3）避免搅拌器在油漆搅拌过程中，引起空气，使油漆产生分层、沉降等现象。

4）水性漆的粘度高，采用输调漆系统的，应提高泵的输送能力，水性色漆的流速则要求为0.15～0.4m/s。

5）由于水性漆对施工温湿度的要求严格，在无法做到恒温恒湿的施工环境下，空气湿度>85%时候，需对工件进行预热处理，改善水清洗湿膜的闪干效果。

5 水性漆涂层的性能测试

双联万向节传动轴，进行上述表面硅烷化处理，并根据设计要求，用PVC管将无需喷漆的区域，进行遮蔽。喷涂低温固化的双组分环氧树脂水性漆，相关的性能指标，见表1。

将上述传动轴的主要涂漆部件，单独拆卸下，并对无油漆部位进行封闭处理，然后，按照GB/T 1771-2007标准进行240h连续喷雾耐盐雾试验。测试结果：工件表面未产生气泡，表面腐蚀面积为1%，最大背蚀2.3mm。涂层符合“不得产生气泡，最大腐蚀为10%，最大背蚀为3.0mm”的设计要求，试样见图4。

6 结语

采用表面硅烷化处理，然后按设计要求做局部遮蔽，再喷涂低温固化的双组分水性漆的涂装工艺，适应于结构复杂、有局部遮蔽要求的传动轴类产品。漆膜的外观、膜厚、硬度、光泽度、附着力、耐盐雾等一系列性能指标，满足了客户对传动轴的设计要求。

在地球环境逐渐恶化的情况下，各地区对环保的要求在不断提高，环保的政策也在施压，大家的环保意识也在提升，硅烷化处理与水性漆工艺具有低碳环保方面的优越性，应用领域将越来越广泛。

参考文献：

[1]客车水性漆涂装设备的探索[J]. 经久艳，朱广.现代涂料与涂装.2016（10）.

[2]水性漆的环保性和质量[J]. 俞宪和.  化工管理.2017（05）.

[3]水性漆的特点及其应用[J]. 谢飞舟，张同利，李杰，张勇兵.合成材料老化与应用. 2019（01）.