1. 그림
-정의: 도장은 물체의 표면을 보호 및 미관 등의 목적으로 덮기 위해 페인트를 사용하여 코팅막을 형성하는 작업을 총칭하는 용어입니다.
-목적: 도색의 목적은 미적인 측면뿐만 아니라 보호 및 제품 품질 향상에도 있습니다.
1) 보호: 자동차를 구성하는 주요 재료의 대부분은 강판이며, 강판으로 만들어진 차량은 공기 중의 습기나 산소와 반응하여 녹이 발생합니다. 도색의 가장 큰 목적은 이러한 녹 발생을 방지하여 차량을 보호하는 것입니다.
2) 심미성: 자동차의 형태는 입체적인 표면, 평면, 곡면, 직선, 곡선 등 다양한 종류의 표면과 선으로 이루어져 있습니다. 이처럼 복잡한 형태의 물체에 색을 칠함으로써 자동차의 형태와 어울리는 색감을 표현하고 동시에 자동차의 심미성을 향상시킬 수 있습니다.
3) 시장성 향상: 현재 시중에는 다양한 종류의 자동차가 있지만, 동일한 형태와 기능을 가진 차량을 비교할 때, 예를 들어 투톤 도색을 한 차량은 외관상 더 보기 좋고 가치가 높아집니다. 따라서 도색을 통해 제품의 가치를 높이는 것 또한 하나의 목표입니다. 또한, 최근 급격한 환경 변화로 인해 자동차 외장의 내구성이 더욱 중요해지고 있습니다. 예를 들어, 산성비로 인한 코팅막 손상이나 자동 세차 브러시로 인한 초기 광택 저하를 방지하는 기능성 도료에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이는 시장성 향상으로 이어집니다.자동 도장과 수동 도장은 도장 품질 요구 사항에 따라 모두 사용됩니다.
2. 페인트의 구성페인트의 구성 성분은 안료, 수지, 용매의 세 가지 성분이 균일하게 혼합(분산)된 점성 액체입니다.
- 안료: 용제나 물에 녹지 않는 유색 분말입니다. 염료와의 차이점은 물이나 용제에 녹지 않는 입자 형태로 분산된다는 점입니다. 입자 크기는 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터에 이르며, 원형, 막대형, 바늘형, 플레이크형 등 다양한 형태를 가집니다. 안료는 도막에 색상(착색력)과 은폐력(물체의 표면을 불투명하게 덮어 가리는 능력)을 부여하는 분말이며, 무기 안료와 유기 안료의 두 종류가 있습니다. 안료 외에도 연마제, 증량제 등이 도료의 질감을 개선하는 데 사용됩니다. 안료를 제외한 무색 투명한 페인트는 클리어 페인트라고 합니다.
코팅막에 더 높은 광택을 주기 위해 사용됩니다.
1) 색소의 기능
* 색소: 색상 부여, 은폐력
무기 안료: 주로 흰색, 노란색, 적갈색과 같은 천연 안료입니다. 아연, 티타늄, 납, 철, 구리 등의 금속 화합물이기도 합니다. 일반적으로 내후성, 내열성, 은폐성이 우수하지만, 색상의 선명도는 유기 안료에 비해 떨어집니다. 자동차 도료에는 무기 안료만으로는 사용되지 않습니다. 또한 환경 오염 방지 차원에서 카드뮴이나 크롬과 같은 유해 중금속을 함유한 안료는 현재 사용되지 않습니다.
유기 안료는 주기적인 화학 반응을 통해 유기 합성으로 제조되며, 금속 화합물 또는 자연 상태 그대로 존재하는 물질입니다. 일반적으로 은폐력이 좋지 않지만, 선명한 색상을 얻을 수 있어 단색, 금속색, 자동차 외장 도료의 마이카 색상 등 생생한 도색에 널리 사용됩니다.
* 방청 안료: 녹 방지
* 증량 안료: 단단한 코팅막을 형성하여 코팅막의 분해를 방지하고 내구성을 향상시킵니다.
- 수지: 안료와 안료를 결합시켜 코팅막에 광택, 경도 및 접착력을 부여하는 투명한 액체입니다. 바인더라고도 합니다. 코팅막의 건조 특성과 내구성은 수지의 특성에 크게 좌우됩니다.
1) 천연 수지: 주로 식물에서 추출되거나 분비되며 유성 바니시, 바니시, 래커와 같은 페인트에 사용됩니다.
2) 합성수지: 다양한 화학 원료를 화학 반응시켜 합성한 수지를 총칭하는 용어입니다. 천연수지에 비해 분자량이 매우 큰 유기 화합물입니다. 또한, 합성수지는 열가소성 수지(가열하면 연화되고 녹는 수지)와 열경화성 수지(열을 가하면 화학 반응으로 경화되고, 식힌 후 다시 가열해도 연화되거나 녹지 않는 수지)로 나뉩니다.
- 용제: 투명한 액체로, 수지를 녹여 안료와 수지가 쉽게 혼합되도록 합니다. 도색 후에는 신너처럼 증발하여 도막에 남지 않습니다.
C그림
1. 페인트의 개요 및 정의자동차 도료는 '녹 방지(방청)' 및 '미관 개선'이라는 관점에서 당대의 최신 기술을 적용하여 자동차의 시장성을 향상시키는 데 중요한 역할을 해왔습니다. 다음의 품질 항목에서는 이러한 코팅 품질을 가장 경제적인 방식으로 달성하도록 설계된 도료 및 코팅 시스템을 소개합니다.
페인트는 일반적으로 유동성이 있어 도색 대상 표면에 도포된 후 건조 및 경화 과정을 통해 연속적인 막(도막)을 형성하는 특성을 가지고 있습니다. 이렇게 형성된 도막의 물리적, 화학적 특성에 따라 도색 대상에는 '방청' 및 '접착성'이 부여됩니다.
2. 자동차 도장 공정목표 차량의 도장 품질을 가장 경제적인 방식으로 얻기 위해 도장 공정 및 도장 규격을 설정하고, 각 공정에서 얻어지는 도막에 중요한 품질 특성을 할당합니다. 또한, 도막의 특성은 공정 작업성의 양호 여부에 따라 달라지므로, 각 공정에 사용되는 도료는 공정 조건을 고려하여 할당된 주요 기능을 극대화하도록 설계됩니다.도료 도포는 도장 작업장에서 엄격하게 관리됩니다.
상기 공정은 자동차 외장 패널 코팅에 가장 일반적으로 사용되는 3중 또는 4중 코팅 시스템이며, 각 공정에서 형성된 코팅막은 후술할 기능들을 발휘하여 종합적인 코팅 시스템으로서 자동차의 코팅 품질을 결정짓습니다. 트럭 및 경차의 경우, 코팅 단계에서 중간 단계를 생략한 2중 코팅 시스템이 사용되는 경우도 있습니다. 또한, 고급 차량의 경우, 중간 또는 상도 코팅을 두 번 도포하여 더욱 우수한 품질을 얻을 수 있습니다.
또한 최근에는 중간 코팅 공정과 상부 코팅 공정을 통합하여 코팅 비용을 절감하는 공정이 연구 및 적용되고 있다.
- 표면 처리 공정: 금속의 부식 반응을 억제하고 하도(전기 도금막)와 재료(기판) 사이의 접착력을 강화하여 녹 방지 성능을 향상시킵니다. 현재 아연 인산염이 도막의 주성분이며, 복잡한 구조의 부품도 충분히 처리할 수 있는 침지 처리 방식이 주류를 이룹니다. 특히 양이온 전기 도금의 경우, 아연 외에도 철, 니켈, 망간 등의 금속을 도막에 혼합하여 내식성을 더욱 향상시킵니다.
- 전착 코팅(양이온형 전착 프라이머): 하도 코팅은 주로 녹 방지 기능을 수행합니다. 에폭시 수지 기반의 양이온형 전착 도료는 우수한 방청성 외에도 자동차 하도 코팅에 다음과 같은 장점을 제공합니다. ① 전착 코팅 과정에서 인산아연 처리된 피막이 용출되지 않습니다. ② 수지 구조의 염기성으로 인해 부식 반응을 억제하는 효과가 있습니다. ③ 에폭시 수지의 높은 알칼리성으로 인해 접착력을 유지하는 효과가 있어 우수한 방청성을 제공합니다.
1) 양이온 전기 도금의 장점
* 복잡한 형상에도 균일한 필름 두께로 코팅할 수 있습니다.
* 복잡한 부품 및 접합부에 탁월한 내부 침투력을 제공합니다.
* 자동 도장
* 생산 라인의 유지보수 및 관리가 용이합니다.
* 도장 작업성이 우수합니다.
* UF 폐쇄형 세척 시스템을 적용할 수 있습니다 (페인트 손실 감소 및 폐수 오염 감소).
* 용매 함량이 낮아 대기 오염이 적습니다.
* 수성 페인트이므로 화재 위험이 거의 없습니다.
2) 양이온 전기 도금 페인트: 일반적으로 에폭시 수지에 1차 내지 4차 아민을 첨가하여 얻은 폴리아미노 수지입니다. 산(아세트산)으로 중화시켜 수용성으로 만듭니다. 또한, 코팅막의 경화 방법은 블록형 이소시아네이트를 경화제로 사용하는 우레탄 가교 반응 방식입니다.
3) 전기 도금 페인트의 기능 향상: 전기 도금 페인트는 자동차 하도 도료로 전 세계에 널리 사용되고 있지만, 자동차 전체의 부식 방지 성능뿐 아니라 도장 품질 향상을 위한 연구 개발이 지속적으로 진행되고 있습니다.
* 녹 방지 기능보호층
가세요. 코팅 특성, 접합부 침투 저항성, 깨짐 저항성이 완벽합니다.
귀하. 방청 강판의 적성(방수 접착력, 회전 저항성)
저온 경화 (고무 접착 부품 등의 녹 방지 성능 향상)
* 미용 기능/장식적인
강판 표면 거칠기의 코팅 특성 (평활도 및 광택 향상 등에 기여)
귀하. 황변 방지(흰색 상도 도료의 황변 억제)
- 중간 코팅: 중간 코팅은 하도(전기 도금)의 방청 기능과 상도의 접착 기능을 극대화하는 보조적인 역할을 하며, 전체 도장 시스템의 도장 품질을 향상시키는 기능을 합니다. 또한, 중간 코팅 공정은 실제 도장 과정에서 하도에 불가피하게 발생하는 결함(긁힘, 먼지 부착 등)을 어느 정도 가려주기 때문에 도장 불량을 줄이는 데 기여합니다.
중간 도료는 무유 폴리에스터 수지를 기본 수지로 사용하고 멜라민 수지 및 최근에는 우레탄(Bl)을 첨가하여 열경화시키는 유형입니다. 최근에는 내충격성을 향상시키기 위해 중간 전처리 단계에서 내충격성 프라이머를 습식 도포하는 경우도 있습니다.
1) 중간 코팅의 내구성
* 방수성: 흡수성이 낮아 물집 발생을 억제합니다.
* 내충격성: 돌이 던져졌을 때 충격 에너지를 흡수하여 소음을 유발하는 코팅막 손상을 줄이고, 표면 부식 발생을 억제합니다.
* 내후성: 자외선으로 인한 열화가 적고, 옥외 노출 시 상층 코팅의 벗겨짐을 억제합니다.
2) 중간층의 미장 기능
* 하도 기능: 전기 도금 코팅의 표면 거칠기를 덮어 마감된 외부 표면을 매끄럽게 하는 데 기여합니다.
* 내용제성: 상도 도료의 용제에 대한 중간 도료의 팽창 및 용해를 억제함으로써 고대비 외관 품질을 얻을 수 있습니다.
* 색상 조정: 중간 코팅은 일반적으로 회색이지만, 최근에는 은폐력이 낮은 상도 코팅에 색상을 입히는 것(컬러 실러)이 가능합니다.
3) 중간 단계 페인트
*중간 코팅에 요구되는 품질: 내충격성, 바탕면 은폐력, 전착막 접착력, 평활도, 광택 손실 없음, 상도 코팅 접착력, 내광성
- 탑코트: 탑코트의 가장 중요한 기능은 외관을 아름답게 유지하고 보호하는 것입니다. 색상, 표면 평활도, 광택, 이미지 품질(도장막에 비친 물체의 이미지를 선명하게 드러내는 능력) 등이 중요한 요소입니다. 또한, 자동차의 미관을 장기간 보호하고 유지하는 능력도 탑코트에 필수적입니다.
- 탑코트: 탑코트의 가장 중요한 기능은 외관을 아름답게 유지하고 보호하는 것입니다. 색상, 표면 평활도, 광택, 이미지 품질(도장막에 비친 물체의 이미지를 선명하게 드러내는 능력) 등이 중요한 요소입니다. 또한, 자동차의 미관을 장기간 보호하고 유지하는 능력도 탑코트에 필수적입니다.
1) 상도: 색상은 페인트에 적용되는 안료 베이스에 따라 분류되며, 알루미늄 분말 조각과 같은 플레이크 안료의 사용 여부에 따라 마이카 색상, 메탈릭 색상, 솔리드 색상으로 크게 나뉩니다.
* 외관 품질: 매끄러움, 광택, 선명도, 질감
* 내구성: 광택 유지 및 보호, 색상 변화, 퇴색 방지
* 접착력: 재도장 접착력, 2색 접착력, 중간 접착력
* 내용매성
* 내화학성
* 기능적 품질: 세차 저항성, 산성비 저항성, 긁힘 저항성
2) 친환경 페인트
* 고형분 함량 높음: 이 제품은 VOC(휘발성 유기 화합물) 규제를 준수하는 고형분 함량이 높은 페인트로, 유기 용제 사용량을 줄인 유형입니다. 흙과의 접촉감이 뛰어나고 저분자량 수지를 사용하는 것이 특징입니다.
* 수성 페인트: 유기 용제 사용량을 최소화하고 물(순수)을 희석제로 사용하는 페인트입니다. 특징으로는 도장 과정에서 수분을 증발시킬 수 있는 예열 설비(IR_Preheat)가 필요하므로 설비 개조가 필요하며, 수성 페인트용 분무기에도 전극 방식이 적용되어야 합니다.
3) 기능성 페인트
* CCS(복합 가교 시스템, 복합 가교형 페인트): 아크릴/멜라민 수지 시스템에서 산성비에 취약한 멜라민 수지의 일부를 우레탄(이소시아네이트) 또는 실란 수지로 대체하여 내산성 및 내스크래치성을 향상시킨 페인트입니다.
* NCS(신형 가교 시스템, 신형 가교형 페인트): 아크릴 수지에 산성 에폭시 경화 방식으로 제조된 멜라민계가 아닌 페인트입니다. 내산성, 내스크래치성 및 내오염성이 뛰어납니다.
- 상도 도료의 작업성: 목표 상도 도료의 재현성을 경제적으로 향상시키기 위해서는 우수한 도료 작업성(분무성, 유동성, 기포 발생률, 평활도 등)이 필수적입니다. 이를 위해서는 도장부터 소성 및 경화에 이르는 다층막 형성 과정에서 도료의 점도 변화를 조절하는 것이 중요합니다. 도장 부스의 온도, 습도, 풍속 등 도장 환경 조건 또한 중요한 요소입니다.
1) 수지의 점도: 분자량, 상용성(용해도 매개변수: SP 값)
2) 안료: 오일 흡수율, 안료 농도(PWC), 분산 입자 크기
3) 첨가제: 점도 조절제, 평탄화제, 소포제, 색 분리 방지제 등
4) 경화 속도: 기본 수지의 기능기 농도, 가교제의 반응성
또한, 코팅막의 두께는 상도 마감의 외관에 큰 영향을 미칩니다. 최근에는 마이크로겔과 같은 구조적 점성제를 사용하여 유동성과 평활성을 모두 확보할 수 있게 되었으며, 두꺼운 코팅막을 형성함으로써 마감 외관이 향상되었습니다.
- 상부 코팅의 내후성: 자동차는 다양한 환경에 노출되면서 상부 코팅이 빛, 물, 산소, 열 등의 영향을 받게 됩니다. 그 결과, 미관을 저해하는 여러 가지 불리한 현상이 발생할 수 있습니다.
1) 광학적 현상
* 광택 저하: 코팅막 표면의 매끄러움이 손상되고 표면에서 반사되는 빛의 산란이 증가합니다. 수지의 조성도 중요하지만 안료의 영향도 있습니다.
* 변색: 초기 코팅의 색조는 코팅막 내 안료 또는 수지의 노화에 따라 변합니다. 자동차 용도의 경우, 내후성이 가장 뛰어난 안료를 선택해야 합니다.
2) 기계적 현상
* 균열: 균열은 광산화 또는 가수분해로 인한 코팅막의 물리적 특성 변화(신축성, 접착력 감소 등) 및 내부 응력으로 인해 코팅막 표면층 또는 전체 코팅막에 발생합니다. 특히, 금속성 투명 코팅막에서 발생하기 쉬우며, 아크릴 수지 조성의 코팅막 물리적 특성 조정 및 코팅막 자체의 물리적 특성 조정 외에도 자외선 흡수제와 산화방지제를 사용하는 것이 효과적입니다.
* 박리: 코팅막의 접착력 감소 또는 유동학적 특성 저하, 그리고 물 튀김이나 돌의 진동과 같은 외부 힘의 작용으로 인해 코팅막이 부분적으로 벗겨지는 현상.
3) 화학적 현상
* 얼룩 오염: 그을음, 곤충 사체 또는 산성비가 코팅막 표면에 달라붙으면 부품이 얼룩지고 반점이 생겨 변색될 수 있습니다. 긁힘 방지 및 알칼리 내성이 있는 안료와 수지를 도포해야 합니다. 금속 색상에 투명 코팅을 적용하는 이유 중 하나는 알루미늄 분말을 보호하기 위해서입니다.
- 미래 자동차 도장의 과제: 자동차의 상업적 가치를 향상시키는 데 있어 미학과 디자인의 중요성이 점점 더 커지고 있습니다. 플라스틱과 같은 소재의 변화와 수요의 다양화에 대응하는 동시에, 자동차 주변 환경 악화 및 대기 오염 감소와 같은 사회적 요구에도 부응해야 합니다. 이러한 상황에서 차세대 자동차를 위한 다양한 도장 기술들이 논의되고 있습니다.
일반적인 자동차 도장 공정을 자세히 살펴보고 열 및 물질 전달이 중요한 응용 분야를 알아보겠습니다. 자동차의 일반적인 도장 공정은 다음과 같습니다.
① 전처리
② 전기 도금 (하도)
③ 실런트 페인팅
④ 언더코팅
⑤ 왁스 페인팅
⑥ 안티칩 입문서
⑦ 프라이머
⑧ 탑코트
⑨ 결함 제거 및 연마
자동차 제조 공정은 약 20시간이 소요되는데, 그중 절반인 10시간이 위에서 언급한 공정에 할애됩니다. 이 중 가장 중요하고 핵심적인 공정은 전처리, 전기 도금(하도), 프라이머 도장, 그리고 상도 도장입니다. 이제 이 공정들을 자세히 살펴보겠습니다.
게시 시간: 2022년 11월 8일
