1. 그림
- 정의: 도장은 물체의 표면을 보호, 미관상의 목적으로 덮는 목적으로 페인트를 사용하여 코팅막을 형성하는 작업을 총칭하여 이르는 말이다.
- 목적: 도장의 목적은 단순히 미적인 측면만을 위한 것이 아니라 제품을 보호하고, 결과적으로 제품의 품질을 향상시키는 것입니다.
1) 보호: 자동차를 구성하는 주요 소재는 대부분 강판이며, 강판을 외장재로 사용하여 차량을 제작할 경우 공기 중 수분이나 산소와 반응하여 녹이 발생합니다. 도장의 가장 큰 목적은 이러한 녹(녹)을 방지하여 대상물을 보호하는 것입니다.
2) 미적: 자동차의 형태는 입체적인 표면, 평면, 곡면, 직선, 곡선 등 여러 유형의 표면과 선을 가지고 있습니다. 이처럼 복잡한 형태의 물체를 채색함으로써 자동차의 형태와 어울리는 색감을 표현하고 동시에 자동차의 미적 감각을 향상시킵니다.
3) 상품성 향상: 현재 시중에는 다양한 종류의 자동차가 출시되고 있지만, 그중에서도 통일된 형태와 동일한 기능을 가진 차량, 예를 들어 투톤 컬러의 도색을 한 차량을 비교해 보면, 제품의 가치가 더욱 높아집니다. 이처럼 도색을 통해 제품의 가치를 높이는 것 또한 중요한 목표 중 하나입니다. 또한, 최근 급격한 환경 변화로 인해 자동차 외장의 내구성이 요구되고 있습니다. 예를 들어 산성비로 인한 도막 손상이나 자동 세차 브러시로 인한 초기 광택 저하를 방지하는 기능성 도료 수요가 증가하면서 상품성이 향상되고 있습니다.코팅 품질 요구 사항에 따라 자동 도장과 수동 도장이 모두 사용됩니다.
2. 페인트의 구성: 페인트의 구성 페인트는 안료, 수지, 용제의 세 가지 성분이 균일하게 혼합(분산)된 점성 액체입니다.
- 안료: 용매나 물에 녹지 않는 유색 분말입니다. 염료와의 차이점은 물이나 용매에 녹지 않고 입자로 분산된다는 점입니다. 입자 크기는 수 마이크로미터에서 수십 마이크로미터에 이릅니다. 또한 원형, 막대형, 바늘형, 박편형 등 다양한 형태가 있습니다. 도막에 색상(착색력)과 은폐력(불투명하게 물체 표면을 덮고 숨기는 능력)을 부여하는 분말(분말)로, 무기안료와 유기안료 두 종류가 있습니다. 안료(안료), 광택안료, 체질안료는 토지의 느낌을 좋게 하는 데 사용됩니다. 도료 중 무색 투명한 도료를 투명이라고 하는데, 도료를 구성하는 성분에서 안료를 제외하면
코팅막에 광택을 더하기 위해 사용됩니다.
1) 색소의 기능
* 색소 : 색상 부여, 은폐력
가. 무기안료: 주로 백색, 황색, 적갈색 등 천연안료입니다. 아연, 티타늄, 납, 철, 구리 등의 금속 화합물입니다. 일반적으로 내후성과 내열성이 우수하지만, 색상 선명도는 유기안료만큼 좋지 않습니다. 자동차 도료로는 무기안료만 사용하지 않습니다. 또한, 환경 오염 방지를 위해 카드뮴이나 크롬 등 유해 중금속이 함유된 안료는 현재 사용하지 않습니다.
유기안료: 주기적인 화학 반응에 의한 유기 합성법으로 제조되며, 금속 화합물 또는 자연 그대로의 물질입니다. 일반적으로 은폐성은 좋지 않지만, 선명한 색상을 얻을 수 있어 자동차 외장 도료로 솔리드 컬러, 메탈릭 컬러, 마이카 컬러의 선명한 도색에 널리 사용됩니다.
* 방청안료 : 녹 발생 방지
* 증량안료 : 도막의 분해를 방지하고 내구성을 향상시키는 단단한 도막을 얻을 수 있다.
- 수지: 안료와 안료를 연결하고 도막에 광택, 경도, 접착력을 부여하는 투명한 액체입니다. 바인더라고도 합니다. 건조 특성과 도막의 내구성은 수지의 특성에 따라 크게 달라집니다.
1) 천연수지 : 주로 식물에서 추출 또는 분비되며 유성바니시, 래커 등의 도료에 사용된다.
2) 합성수지: 다양한 화학 원료를 화학 반응시켜 합성된 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 굳어지며, 냉각 후 다시 가열해도 연화되거나 녹지 않는 수지)로 나뉩니다.
- 용제: 수지를 녹여 안료와 수지를 쉽게 혼합하는 투명한 액체입니다. 도색 후 시너처럼 증발하여 도막에 남지 않습니다.
C아르 페인팅
1. 페인트의 개요 및 정의: 자동차 도료는 '녹 방지'와 '미관'이라는 관점에서 최첨단 기술을 접목하여 자동차의 상품성을 향상시키는 데 중요한 역할을 해왔습니다. 다음 품질 항목에서는 이러한 코팅 품질을 가장 경제적으로 달성할 수 있도록 도료 및 코팅 시스템을 설계합니다.
도료는 일반적으로 유동성이 있으며, 피도물 표면에 도포되어 건조 및 경화 과정을 거쳐 연속적인 도막(도막)을 형성하는 특성을 가지고 있습니다. 이렇게 형성된 도막의 물리적, 화학적 특성에 따라 피도물에 '방청성'과 '소성'을 부여합니다.
2. 자동차 도장 공정: 목표 차량의 도장 품질을 가장 경제적인 방법으로 얻기 위해 도장 공정 및 도장 규격을 설정하고, 각 공정에서 얻어지는 도막에 각각의 중요 특성을 부여합니다. 또한, 도막의 특성은 공정 작업성의 양호 및 불량에 따라 달라지므로, 각 공정에 사용되는 도료는 공정 조건을 고려하여 부여된 주요 기능이 극대화될 수 있도록 설계됩니다.페인트 작업장에서는 이 제품의 적용을 엄격하게 통제합니다.
상기 공정은 자동차 외장 패널 코팅에 가장 일반적으로 사용되는 3코트 또는 4코트 코팅 시스템이며, 각 공정에서 형성되는 코팅막은 후술할 기능을 발휘하며, 종합 코팅 시스템으로서 자동차의 코팅 품질을 확립합니다. 트럭 및 경차의 경우, 코팅 단계에서 중간 단계를 생략하는 2코트 코팅 시스템을 사용하는 경우가 있습니다. 또한, 고급 차량의 경우 중간 또는 상도 코팅을 두 번 도포하여 더 나은 품질을 얻을 수 있습니다.
또한 최근에는 중간코팅과 상면코팅 공정을 통합하여 코팅비용을 절감하는 공정이 연구되고 적용되고 있다.
- 표면처리 공정: 금속의 부식 반응을 억제하고 하도(전착 피막)와 소재(기판) 사이의 접착력을 강화하여 방청성을 향상시킵니다. 현재 피막의 주성분은 인산아연이며, 침지 처리법이 주류를 이루고 있어 복잡한 구조의 부품도 충분히 처리할 수 있습니다. 특히 양이온 전착의 경우, 아연(Zn) 외에 철(Fe), 니켈(Ni), 망간(Mn) 등의 금속을 피막에 혼합하여 내식성을 더욱 향상시킵니다.
- 전착 도료(양이온형 전착 프라이머): 언더코팅은 주로 방청 기능을 담당합니다. 에폭시 수지를 기반으로 한 양이온 전착 도료는 우수한 방청성 외에도 자동차 언더코팅에 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다. ① 전착 도장 시 인산아연 처리 도막의 용출이 없습니다. ② 수지 구조의 염기성으로 인한 부식 반응 억제 효과 ③ 에폭시 수지의 높은 내알칼리성으로 부착력 유지 효과로 탁월한 방청성을 제공합니다.
1) 양이온 전기 도금의 장점
* 복잡한 형상도 균일한 필름 두께로 코팅 가능
* 복잡한 부품과 관절에 대한 뛰어난 내부 침투성.
* 자동 페인팅
* 라인의 유지관리 및 관리가 용이합니다.
* 도장작업성이 양호합니다.
* UF 폐쇄형 루프 물 세척 시스템 적용 가능 (페인트 손실 감소, 폐수 오염 감소)
* 용매 함량이 낮고 대기 오염이 적습니다.
* 수성페인트이므로 화재의 위험성이 적습니다.
2) 양이온 전착 도료: 일반적으로 에폭시 수지에 1차 또는 4차 아민을 첨가하여 얻은 폴리아미노 수지입니다. 산(아세트산)으로 중화하여 수용성으로 만듭니다. 또한, 도막 경화 방식은 블록 이소시아네이트를 경화제로 사용하는 우레탄 가교 반응형입니다.
3) 전착도료의 기능 향상: 자동차 하부도료로 전 세계적으로 보급되어 있으나, 자동차 전체의 방식성능 향상뿐만 아니라 도장품질 향상을 위한 연구개발이 지속적으로 이루어지고 있습니다.
* 녹방지 기능/보호층
가. 절대적인 코팅성, 조인트 관통 저항성, 내치핑성
당신. 방청강판 적성 (내수성, 접착력, 회전저항성)
저온 경화(고무 부착 부품 등의 내식성 향상)
* 미용기능/장식용
가. 강판의 코팅 특성 조도(평활도, 광택도 등 향상에 기여)
당신. 황변 저항성(흰색 상도의 황변 억제)
- 중도막: 중도막은 하도(전착)의 방청 기능과 상도의 미장 기능을 극대화하는 보조적인 역할을 하며, 전체 도장 시스템의 도장 품질을 향상시키는 기능을 합니다. 또한, 중도막 공정은 실제 도장 라인에서 하도막의 불가피한 결함(긁힘, 분진 부착 등)을 어느 정도 커버하여 도장 불량률을 낮추는 데 기여하고 있습니다.
중간 도료는 오일프리 폴리에스터 수지를 기본 수지로 사용하고, 멜라민 수지, 최근에는 우레탄(BL) 수지를 도입하여 열경화하는 방식입니다. 최근에는 내치핑성을 향상시키기 위해 중간 전처리 공정에서 치핑 프라이머를 습식 도포하는 경우가 있습니다.
1) 중간 코팅의 내구성
* 방수성 : 흡수성이 낮아 물집 발생을 억제합니다.
* 칩핑 저항성: 돌을 던질 때의 충격 에너지를 흡수하여 코팅막의 손상을 줄여 소음을 줄이고 딱지부식 발생을 억제합니다.
* 내후성 : 자외선에 의한 변질성이 적고, 외부노출시 상도막의 벗겨짐을 억제합니다.
2) 중간층의 미장기능
* 언더코팅성 : 전착도장 표면의 거칠기를 덮어 완성된 외관의 매끄러움에 기여
* 내용제성: 상도 도료의 용제에 대한 중간 도료의 팽윤 및 용해를 억제함으로써 고대비 외관 품질을 얻을 수 있습니다.
* 색상 조절 : 중간코트는 보통 회색이지만, 최근에는 컬러링(컬러 실러)을 하여 은폐성이 낮은 상도코트를 칠할 수 있습니다.
3) 중간 페인트
*중간도막에 요구되는 품질 : 내칩핑성, 바탕은폐성, 전착도막 접착성, 평활도, 광손실 없음, 상도막 접착성, 광열화 저항성
- 탑코트: 탑코트의 가장 큰 기능은 외관을 보호하고 유지하는 것입니다. 색상, 표면 평활도, 광택, 그리고 이미지 품질(도막 내 물체의 이미지를 선명하게 비춰주는 능력)과 같은 품질 항목이 있습니다. 또한, 이러한 자동차의 미관을 장기간 보호하고 유지하는 능력 또한 탑코트에 필수적입니다.
- 탑코트: 탑코트의 가장 큰 기능은 외관을 보호하고 유지하는 것입니다. 색상, 표면 평활도, 광택, 그리고 이미지 품질(도막 내 물체의 이미지를 선명하게 비춰주는 능력)과 같은 품질 항목이 있습니다. 또한, 이러한 자동차의 미관을 장기간 보호하고 유지하는 능력 또한 탑코트에 필수적입니다.
1) 탑코트 : 페인트에 도포하는 안료의 종류에 따라 색상이 구분되며, 크게 알루미늄 분말 등의 플레이크 안료를 사용하느냐에 따라 마이카색, 메탈릭색, 솔리드색으로 나뉜다.
* 외관 품질 : 매끄러움, 광택, 생동감, 토지 느낌
* 내구성 : 광택 유지 및 보호, 색상 변화, 퇴색 방지
* 접착력 : 재도장 접착력, 2톤 접착력, 매체 접착력
* 내용매성
* 내화학성
* 기능적 품질 : 자동차 세척 저항성, 산성비 저항성, 칩핑 저항성
2) 친환경 페인트
* 하이솔리드: VOC(휘발성 유기화합물) 규제에 대응한 하이솔리드 도료로, 유기용제 사용량을 줄인 타입입니다. 뛰어난 바닥감과 저분자량 수지를 사용하는 것이 특징입니다.
* 수성 도료(수성 도료): 유기 용제 사용량을 최소화하고 물(순수)을 도료 희석제로 사용하는 도료입니다. 특징으로는 도장 공정 중 물을 증발시킬 수 있는 예열 설비(IR_Preheat)가 필요하므로 설비 개조가 필요하며, 분무기 또한 수성 도료용 전극 방식이 필요합니다.
3) 기능성 페인트
* CCS(Complex Crosslinking System, 복합가교형 도료) : 아크릴/멜라민수지계에서 산성비에 취약한 멜라민수지의 일부를 우레탄(이소시아네이트) 또는 실란수지로 치환하여 내산성, 내스크래치성을 향상시킨 도료입니다.
* NCS(New Crosslinking System, New Crosslinking Type Paint): 아크릴 수지에 산성 에폭시 경화 방식으로 제조된 비멜라민계 도료입니다. 내산성, 내스크래치성, 내오염성이 우수합니다.
- 상도 도료 작업성: 목표 상도 도료의 우수한 재현성을 경제적으로 확보하기 위해서는 우수한 도료 작업성(분무성, 유동성, 핀홀, 평활성 등)이 필수적입니다. 이를 위해서는 도장부터 소성, 경화까지 다층막 형성 공정에서 점도 거동을 조절하는 것이 중요합니다. 도장 부스의 온도, 습도, 풍속 등 도장 환경 조건 또한 중요한 요소입니다.
1) 수지의 점도 : 분자량, 상용성(용해도 매개변수 : SP값)
2) 안료 : 오일흡수율, 안료농도(PWC), 분산입자크기
3) 첨가제 : 점증제, 평활제, 소포제, 색분리방지제 등
4) 경화속도 : 기본수지 내 관능기 농도, 가교제의 반응성
또한, 코팅막 두께는 상도 도료의 마감 외관에 큰 영향을 미칩니다. 최근에는 마이크로겔과 같은 구조적 점성제를 사용하여 유동성과 레벨링 특성을 모두 확보할 수 있으며, 두꺼운 도막 코팅을 통해 마감 외관을 개선하고 있습니다.
- 상면코팅의 내후성: 자동차는 다양한 환경에 노출되어 있기 때문에 상면코팅은 빛, 물, 산소, 열 등의 작용을 받습니다. 이로 인해 미관을 해치는 여러 가지 불리한 현상이 발생합니다.
1) 광학 현상
* 광택 저하: 도막 표면의 평활성이 손상되고, 표면에서 빛의 난반사가 증가합니다. 수지의 조성도 중요하지만, 안료의 영향도 있습니다.
* 변색: 초기 코팅의 색조는 도막 내 안료 또는 수지의 노화에 따라 변합니다. 자동차용 도료의 경우, 내후성이 가장 우수한 안료를 선택해야 합니다.
2) 기계적 현상
* 크랙: 광산화 또는 가수분해(신장률, 접착력 저하 등) 및 내부 응력에 의한 도막 물성 변화로 도막 표면층 또는 전체 도막에 크랙이 발생합니다. 특히 금속성 투명 도막에서 발생하기 쉬우며, 아크릴 수지의 조성 및 도막 물성 조정과 더불어 자외선 흡수제 및 산화방지제를 첨가하는 것이 효과적입니다.
* 박리 : 도막의 접착력 저하 또는 유동특성 저하, 돌의 튀김이나 진동 등 외부의 힘의 작용으로 도막이 일부 벗겨지는 현상입니다.
3) 화학적 현상
* 얼룩 오염: 그을음, 곤충 사체, 산성비 등이 코팅막 표면에 부착되면 얼룩이 지고 얼룩덜룩하게 변색됩니다. 긁힘 방지 및 알칼리 방지 기능이 있는 안료와 수지를 도포해야 합니다. 메탈릭 색상에 클리어 코팅을 하는 이유 중 하나는 알루미늄 분말을 보호하기 위함입니다.
- 탑코트의 향후 과제: 자동차의 상업적 특성 향상에 있어 심미성과 디자인의 중요성이 점점 더 커지고 있습니다. 플라스틱 등 소재의 변화와 수요의 다변화에 대응하는 동시에, 자동차 노출 환경의 악화 및 대기 오염 감소와 같은 사회적 요구에도 대응해야 합니다. 이러한 상황에서 차세대 자동차를 위한 다양한 탑코트 개발이 검토되고 있습니다.
일반적인 자동차 도장 공정을 자세히 살펴보고 열과 물질 전달이 중요한 분야에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다. 자동차의 일반적인 도장 공정은 다음과 같습니다.
① 전처리
② 전착(언더코트)
③ 실란트 도장
④ 언더코팅
⑤ 왁스 페인팅
⑥ 안티칩 프라이머
⑦ 프라이머
⑨ 탑코트
⑨ 결함 제거 및 연마
자동차 제조 공정은 약 20시간이 소요되며, 그중 절반인 10시간이 위에 나열된 공정에 소요됩니다. 이 중 가장 중요하고 중요한 공정은 전처리, 전착 도장(언더코트), 프라이머 도장, 그리고 탑코팅입니다. 이 공정들을 집중적으로 살펴보겠습니다.
게시 시간: 2022년 11월 8일
