KR101517548B1 - 선도장 강판을 이용한 자동차 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선도장 강판(프리프라임드 강판과 프리피니쉬드 강판)의 가공 시에 발생하는 절단면이나 햄 플랜지(hem flange)에서의 부식을 방지할 수 있어, 우수한 외관과 도막 물성이 요구되는 자동차에도 선도장 강판을 사용할 수 있게 하는 자동차의 제조방법에 관한 것이다.]
본 발명에 따른 자동차 제조방법은, 선도장 강판을 기계가공하여 부품을 만드는 단계; 상기 부품을 차체에 조립하는 단계; 및 조립된 차체를 전착 도장하는 단계;를 포함하여 상기 선도장 강판의 절단면과 햄 플랜지의 내부식성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

Description

선도장 강판을 이용한 자동차 제조방법 {METHOD OF MANUFACTURING VEHICLES USING PRECOATED STEEL SHEET}
본 발명은 선도장 강판을 자동차의 제조에 사용할 수 있도록 하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선도장 강판(프리프라임드 강판과 프리피니쉬드 강판)의 가공 시에 발생하는 절단면이나 햄 플랜지(hem flange)에서의 부식을 방지할 수 있어, 우수한 외관과 도막 물성이 요구되는 자동차에도 선도장 강판을 사용할 수 있게 하는 방법에 관한 것이다.
현재 자동차 제조에 사용되는 도장공정은 대부분 비경제적인 공정인 습식공정이 적용되고 있다. 최근 습식공정의 효율성을 높이기 위해, 중도와 상도 도장 공정이 병합된 3C1B(3 coat 1 Bake) 및 B1B2(Base coat 1 Base coat 2) 등과 같은 중도 공정이 생략된 일부 단축 통합 공정 형태의 개발이 주로 이루어지고 있는 추세이다.
그런데, 이러한 통합 공정의 경우, 웨트-온-웨트(wet-on-wet) 방식으로 도장이 이루어지기 때문에, 여러 단계의 고온 경화공정을 간략하게 단축할 수 있어 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 반면, 하부 도막이 건조되지 않은 상태에서 상부 도막이 형성되기 때문에 도막 간의 혼합현상이 발생하거나, 기존 도장 공정에 의해 형성된 도막에 비하여 외관특성이나 물성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
선도장 강판(precoated steel sheet)은 강판을 세정한 후 미리 소정의 도막을 형성한 강판으로, 웨트-온-웨트(wet-on-wet) 방식의 문제점을 해결하면서도 기존 자동차 도장공정에서 반드시 거쳐야만 하는, 전처리 공정, 전착 공정, 중도 공정 및 상도 공정과 같은 습식도장 공정을 일부 또는 전부 생략할 수 있기 때문에, 자동차 산업에 있어서는 환경친화 및 생산성 측면에서 획기적인 개선이 기대되는 강판이다.
그런데, 선도장 강판을 사용하여 자동차를 제조함에 있어서는 선도장 강판의 기계가공 및 용접 등의 가공공정이 필수적인데, 특히 기계 가공 후의 절단면이나 햄 플랜지(hem flange) 부위에서 부식이 쉽게 발생할 수 있어, 수려한 외관과 내구성이 요구되는 자동차 산업에는 아직 적용되지 못하고 있다.
따라서, 선도장 강판을 자동차에 적용하기 위해서는 가공 후 발생하는 부식 문제가 해결되어야 하나, 현재까지 관련 기술이 개발되어 있지 않다.
본 발명의 과제는, 선도장 강판을 사용하면서도 절단면이나 햄 플랜지의 부식을 방지할 수 있어, 선도장 강판을 자동차 제조에 적용할 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 절단면이나 햄 플랜지의 부식을 방지할 수 있으면서도, 우수한 외관과 도막물성을 갖는 도막의 구현이 가능하여, 자동차의 외판재에도 사용할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 측면은, 선도장 강판을 기계가공하여 부품을 만드는 단계; 상기 부품을 차체에 조립하는 단계; 및 조립된 차체를 전착 도장하는 단계;를 포함하여 상기 선도장 강판의 절단면과 햄 플랜지의 내부식성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 전착 도장 전에 인산염 화성 피막 처리 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 전착 도장용 조성물은, 폴리에스테르, 알키드, 아크릴수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트군 및 멜라민군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 바인더 수지의 수산기값이 5 내지 100 mgKOH/g일 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 바인더 수지의 수평균 분자량은 1,000 내지 25,000일 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 이소시아네이트 군은, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트 및 자일렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상 또는 그 유도체의 블록화물일 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 이소시아네이트 군은, 화학양론비로 수지 수산기의 0.9 내지 1.2일 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 멜라민 군은, 알킬레이티드, 이미노 및 카르복실레이티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다.
본 발명의 제 1 측면에 있어서, 상기 멜라민 군은 중량비로 도료조성물 전체 수지 함량의 10 내지 30%일 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2 측면은, 강판에, 폴리에스테르, 알키드, 아크릴 수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트 군으로부터 선택된 1 종 이상과, 멜라민 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함하는 도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 단계; 상기 도막을 가열하는 1차 경화 단계; 상기 1차 경화된 도막이 형성된 강판을 기계 가공하여 부품을 만드는 단계; 상기 부품을 가열하여 상기 도막을 경화시키는 2차 경화 단계; 상기 부품을 차체에 조립하는 단계; 및 조립된 차체를 전착 도장하는 단계;를 포함하여 상기 선도장 강판의 절단면과 햄 플랜지의 내부식성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 바인더 수지의 수산기값이 5 내지 100 mgKOH/g일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 바인더 수지의 수평균 분자량은 1,000 내지 25,000일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 이소시아네이트 군은, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트 및 자일렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상 또는 그 유도체의 블록화물일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 이소시아네이트 군은, 화학양론비로 수지 수산기의 0.6 내지 1.0일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 멜라민 군은, 알킬레이티드, 이미노 및 카르복실레이티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 멜라민 군은 중량비로 도료조성물 전체 수지 함량의 10 내지 30%일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 2차 경화 후 도막 광택이 1차 경화된 도막 광택의 70% 이상일 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 1차 경화 단계는, 상기 도막을 180 내지 300℃로 가열할 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 있어서, 상기 2차 경화단계는, 상기 부품을 140 내지 200℃로 가열할 수 있다.
상기 다른 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 3 측면은, 강판에, 폴리에스테르, 알키드, 아크릴 수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트 군으로부터 선택된 1 종 이상과, 멜라민 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함하는 도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 단계; 상기 도막을 가열하는 1차 경화 단계; 상기 1차 경화된 도막이 형성된 강판을 기계 가공하여 부품을 만드는 단계; 상기 부품을 차체에 조립하는 단계; 조립된 차체를 전착 도장하는 단계; 및 상기 전착 도장된 도막을 경화시키는 단계;를 포함하며, 상기 전착 도장된 도막의 경화 공정에서, 상기 1차 경화된 도막이 2차 경화되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 측면 또는 제 3 측면에 있어서, 상기 1차 경화 단계는, 10초 ~ 1분 동안 수행되고, 상기 2차 경화 단계는 15 ~ 40분 동안 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 도장방법에 의하면, 종래의 자동차 도장 공정에서 중도와 상도 및 클리어 코트 공정을 제거하면서도, 선도장 강판을 사용할 때 문제가 되었던 절단면과 햄 플랜지의 부식을 방지할 수 있기 때문에, 선도장 강판을 자동차 제조 공정에도 적용할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도장방법에 의하면, 가공 후 2차 경화를 통해, 도막의 내스크래치성, 색상 구현력 및 광택도를 높일 수 있기 때문에, 자동차용 외판재 및 기타 미려한 외관과 우수한 도막 물성이 요구되는 다양한 분야에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 기계가공 후 전착도장한 시편과 전착도장 전 시편에 대한 염수분무시험결과를 나타낸 것이다.
도 2은 본 발명의 실시예 2에 따라 기계가공 후 전착도장한 시편과 전착도장 전 시편에 대한 염수분무시험결과를 나타낸 것이다.
본 발명자들은 선도장 강판(프리프라임드 강판 및 프리피니쉬드 강판)을 자동차 제조 공정에 적용하기 위해, 절단면 및 햄 플랜지 부식과 성형과정에서 발생하는 도막의 물성저하 문제를 해결하기 위해 연구한 결과, 가공된 선도장 강판을 차체(automobile body)에 조립한 후 전착 도장을 하게 되면 선도장 강판의 컬러 특성을 거의 저하시키지 않으면서도, 차체와 절단면 및 햄 플랜지의 내부식성을 향상시킬 뿐 아니라, 특정 조성의 선도장 도료를 사용할 경우, 전착 도장 후 경화공정을 통해 성형단계에서 발생한 도막의 물성저하를 부분적으로는 회복시킬 수 있어, 자동차의 외판재에도 선도장 강판을 적용할 수 있음을 밝혀내고 본 발명에 이르게 되었다.
일반적으로 프리프라임드 강판(preprimed steel sheet)은 용접가능한 박판의 형태로서 자동차 제조사에서 절단 및 가공 후 전착공정 없이 바로 중도 및 상도 도장 공정을 수행하는 방법이다.
그러나, 본 발명에 있어서, '프리프라임드 강판(preprimed steel sheet)'이란, 자동차에서 요구되는 도막이 형성된 비용접형 강판으로 절단 및 가공 후 차체에 체결한 다음, 절단면 및 햄프랜지와 같은 부위의 내부식성을 부여하기 위해 전착 도장 공정을 한 후, 중도나 상도 도장 공정이 수행되는 강판을 의미한다.
또한, 본 발명에 있어서, '프리피니쉬드 강판(prefinished steel sheet)'이란, 중도 및 상도의 모든 도막이 롤 코팅 공정에 의해 도장된 강판을 의미한다.
일반적으로 전착 도장은 인산염 화성 피막 형성공정을 거친 후 수행되며, 인산염 화성 피막은 화학적으로 금속 면을 처리하여 강판 표면에 피막을 생기게 하는 방법으로 방청성, 내식성, 내고온, 산화성 등의 화학적 성질과 경도 및 내마모성을 증가시키는 효과를 수반한다.
그리고 전착도장은 전착 도료 용액 중에 양극 또는 음극으로 침적한 강판과 그 대극 사이에 전류를 통하면 전기분해, 전기영동, 전기석출, 전기침투 현상이 동시에 일어나면서 도장되는 공정을 말한다.
본 발명에 따른 프리프라임드 강판은, 폴리에스테르, 알키드, 아크릴 수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트 군 또는 멜라민 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함하는 도료 조성물에 의해 형성된 도막을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 프리프라임드 강판용 도료 조성물의 바인더 수지는 수산기(hydroxyl group)를 함유하며, 수산기값은 5 내지 100 mgKOH/g가 바람직한데, 이는 수산기값이 5 mgKOH/g 미만인 경우에는 도막의 경화성이 부족하고 내약품성 및 내용제성이 저하되고, 반대로 수산기값이 100 mgKOH/g을 초과하는 경우에는 높은 경화밀도에 따른 가공성의 저하되기 때문이다. 상기 프리프라임드 강판용 도료 조성물의 바인더 수지에 대한 보다 바람직한 수산기값의 범위는 5 내지 50 mgKOH/g이다.
상기 프리프라임드 강판용 도료 조성물의 바인더 수지는, 상기 수산기값의 범위 이내라면 특별히 그 종류에 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리에스테르(polyester) 수지, 알키드(alkyd) 수지 또는 아크릴(acryl) 수지가 있고, 이것들을 변성한 수지일 수 있다. 이러한 수지는 단독 혹은 병행하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프리피니쉬드 강판용 도료조성물은 폴리에스테르, 알키드, 아크릴 수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트 군으로부터 선택된 1 종 이상과, 멜라민 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함하며, 강판에 도포되어 1차 경화하여 기계적 가공을 수행한 후, 2차 경화를 통해 상기 기계적 가공 시에 손상된 도막의 기계적 또는 화학적 물성을 회복시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 프리피니쉬드 강판용 도료조성물은 상기와 같이 바인더 수지와 경화제 간의 배합비를 조절함으로써, 선도장 강판에 적용되었을 때, 가교 밀도를 본 발명에 따른 선도장 강판의 가공 단계에 맞추어 조절될 수 있도록 한 것에 특징이 있다.
일반적으로 도막의 강도와 유연성은 상반되는 성질이다. 높은 강도의 도막은 내스크래치성이 우수하지만 취성이 높아 내칩핑성이 떨어지고 열에 아주 민감하다. 이에 비해, 유연성이 높은 도막은 내칩핑성이 우수하고 열에도 덜 민감하지만 내스크래치성이 떨어진다. 이와 같은 강도와 유연성은 도막을 구성하는 바인더 수지와 경화제의 가교 밀도에 크게 의존하는데, 열경화성 고분자는 가교 밀도가 높을수록 유리전이온도와 취연성 전이온도의 차이가 줄어든다.
본 발명자들은 가교 밀도와 도막 특성 간의 상관관계를 고려하여, 먼저 짧은 소부 경화공정으로 도막 가공에 필요한 소정의 물성을 부여한 후, 가공이 종료된 후에는 전착공정으로 절단면 및 햄 플랜지의 내식성을 향상시키고, 또한 전착도막의 경화공정으로 프리피니쉬드 도막의 2차 경화를 동시에 수행함으로써 가공공정으로 저하된 외관 특성의 회복과 함께 도막의 강도 및 내스크래치성도 향상시킬 수 있도록 하였다.
상기 프리피니쉬드 강판용 도료의 바인더 수지는 수산기(hydroxyl group)를 함유하며, 수산기값은 5 내지 100 mgKOH/g가 바람직한데, 이는 수산기값이 5 mgKOH/g 미만인 경우에는 도막의 경화성이 부족하고 내약품성 및 내용제성이 저하되고, 반대로 수산기값이 100 mgKOH/g을 초과하는 경우에는 2차 경화에 의한 외관의 회복률이 낮기 때문이다. 2차 경화를 위한 보다 바람직한 수산기값의 범위는 5 내지 50 mgKOH/g이다.
상기 프리피니쉬드 강판용 도료의 바인더 수지는, 상기 수산기값의 범위 이내라면 특별히 그 종류에 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리에스테르(polyester) 수지, 알키드(alkyd) 수지 또는 아크릴(acryl) 수지가 있고, 이것들을 변성한 수지일 수 있다. 이러한 수지는 단독 혹은 병행하여 사용할 수 있다.
상기 선도장(프리프라임드와 프리피니쉬드) 강판용 도료의 바인더 수지의 수평균 분자량은 1,000 ~ 25,000 범위인 것이 바람직한데, 이는 수평균 분자량이 1,000미만일 경우 가공성이 저하되고, 25,000을 초과할 경우 높은 점도로 인해 고체 함량이 저하되어 바람직하지 않기 때문이다.
상기 선도장(프리프라임드와 프리피니쉬드) 강판용 도료의 경화제로는 이소시아네이트 화합물이 단독으로 사용되거나 다른 화합물과 병행하여 사용될 수 있으며, 다른 경화제로는 멜라민 또는 멜라민 수지가 이용될 수 있으며, 가장 바람직하게는 이소시아네이트 화합물과 멜라민 화합물을 조합하여 사용되는 것이다.
또한, 상기 이소시아네이트 화합물은, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트 및 자일렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상 또는 그 유도체의 블록화물일 수 있다. 예를 들어, 상기 이소시아네이트단량체(monomer) 화합물 또는 그것의 비우렛(biuret)체 및 이소시아누레이트(isocyanurate)체 등과 같은 이소시아네이트 유도체의 이소시아네이트기의 일부 또는 전부를 블록화제로 블록화하여 제조할 수 있다. 또한, 상기 블록화제는 ε-카프로락탐(caprolactam), 메틸에틸케토옥심(methyl ethyl ketone oxime), 1,2-피라졸(pyrazole), 디이소프로필아민(diisopropylamine) 또는 3,5-디메틸피라졸(dimethylpyrazole) 등이 사용될 수 있다.
본 발명에서는 선도장 강판에 사용될 수 있는 강판이라면 예를 들어 합금화아연 도금강판, 전기아연 도금강판, 용융아연 도금강판과 같이 종류에 관계없이 사용될 수 있으며, 합금화아연 도금강판이 바람직한 예이다.
또한, 본 발명에 따른 선도장 도료조성물은 열처리를 통해 경화 가능한 열경화형 도료조성물로서, 구체적으로는 1 액형 열경화 도료 조성물일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징은 상기한 도료조성물을 도포한 후, 성형을 위한 도막의 1차 경화단계와, 성형단계와, 성형 후 외관회복 및 도막의 기계적 물성을 향상시키기 위한 도막의 2차 경화단계를 포함하는 선도장 강판의 가공방법에 있다.
상기 1차 경화단계는, 선도장 강판의 가공성과 기계적 물성을 만족시키는 것을 목적으로 한다. 그리고, 2차 경화 공정은 1차적으로 소부경화된 도막의 재경화 공정을 의미하며, 전착공정에 의해 형성된 도막의 경화 공정과 동시에 수행될 수 있으며, 강도와 내스크래치성의 향상 및 외관 물성을 회복시키는 것을 목적으로 한다.
상기 1차 경화단계에서 가열온도(강판의 최고도달온도)는 180℃ 내지 300℃가 바람직한데, 이는 180℃ 미만일 경우 미경화 상태로 약간의 점착 특성을 보이는 문제점이 있고, 300℃를 초과할 경우 너무 빠른 경화에 의해 도막 외관이 저하되는 문제점이 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 1차 경화단계의 가열온도는 180℃ 내지 250℃ 범위이다.
또한, 상기 1차 경화단계는 10초 내지 5분으로 수행되는 것이 바람직한데, 이는 10초 미만일 경우 도막의 경화가 충분하지 않아 후속되는 성형공정을 수행하기 어렵고 5분 이내로도 성형공정에서 요구하는 물성을 구비할 수 있을 뿐 아니라 5분을 초과할 경우 지나친 경화로 2차 경화단계에서의 물성 회복이 충분하지 못할 수 있기 때문이다. 1차 경화단계의 열처리시간(소부경화시간)은 보다 바람직하게는 10초 내지 2분이고, 가장 바람직하게는 10초 내지 1분 미만이다.
또한, 상기 2 차 경화단계에서 가열온도(강판의 최고도달온도)는 140℃ 내지 200℃가 바람직한데, 이는 140℃ 미만일 경우 2 차 경화가 진행되지 않는 문제점이 있고, 200℃를 초과할 경우 황변화에 의한 도막의 변성이 발생할 수 있는 문제점이 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 2차 경화단계의 가열온도는 150℃ 내지 180℃ 범위이다.
또한, 상기 2차 경화단계는 5분 내지 50분 동안 수행되는 것이 바람직한데, 이는 5분 미만일 경우 도막의 2차 경화에 요구되는 충분한 가교밀도의 증가가 이루어지지 않고 50분을 초과하는 경우 도막이 변성되어 황변이 발생할 수 있기 때문이다. 2차 경화단계의 열처리시간(소부경화시간)은 보다 바람직하게는 20분 내지 35분이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본 발명자들이 개발한 프리프라임드 강판용 도료의 조성을 표 1 ~ 표 4에 제시하였다. 여기서 수지 VDA-0185-65와 ES-955는 PPG 코리아와 SK 케미칼사에서 제공받았다.
수지에 대한 경화제의 무게비 20% 30%
성분 품명 wt [%] wt [%]
mill sol. 레진 VDA-0185-65 23.30 22.74
솔벤트 Dibasic ester 13.11 12.79
안료 Carbon black 0.73 0.71
Titanium oxide 9.47 9.24
Cr-free pigment 5.82 5.68
평탄화제 Modaflow 2100 0.36 0.35
성분 조정 솔벤트 Kocosol #150 21.41 20.89
경화제 Cymel 303 LF 4.77 6.98
촉매 p-toluene sulfonic acid 0.55 0.60
레진 ES-955 20.49 20.00
합계 100 100
수지에 대한 경화제의 무게비 20 % 30 %
성분 품명 wt [%] wt [%]
mill sol. 레진 VDA-0185-65 23.30 22.74
솔벤트 Dibasic ester 13.11 12.79
안료 Carbon black 0.73 0.71
Titanium oxide 9.47 9.24
Cr-free pigment 5.82 5.68
평탄화제 Modaflow 2100 0.36 0.35
성분 조정 솔벤트 Kocosol #150 21.41 20.89
경화제 Cymel 1116 4.77 6.98
촉매 p-toluene sulfonic acid 0.55 0.60
레진 ES-955 20.49 20.00
합계 100 100
수지에 대한 경화제의 당량비 1.1 1.2
성분 품명 wt [%] wt [%]
mill sol. 레진 VDA-0185-65 22.95 22.81
솔벤트 Dibasic ester 12.91 12.83
안료 Carbon black 0.72 0.71
Titanium oxide 9.32 9.27
Cr-free pigment 5.74 5.70
평탄화제 Modaflow 2100 0.36 0.36
성분 조정 솔벤트 Kocosol #150 21.08 20.96
경화제 BL 3175 SN 5.42 5.87
촉매 Dibutyltindilaurate 1.08 1.20
레진 ES-955 20.42 20.30
합계 100 100
수지에 대한 경화제의 당량비 1.1 1.2
성분 품명 wt [%] wt [%]
mill sol. 레진 VDA-0185-65 22.12 21.92
솔벤트 Dibasic ester 12.45 12.33
안료 Carbon black 0.69 0.68
Titanium oxide 8.99 8.90
Cr-free pigment 5.53 5.48
평탄화제 Modaflow 2100 0.35 0.34
성분 조정 솔벤트 Kocosol #150 20.32 20.14
경화제 BL 4265 SN 8.25 8.92
촉매 Dibutyltindilaurate 1.63 1.78
레진 ES-955 19.69 19.50
합계 100 100
멜라민계 경화제의 경우 고체함량을 기준으로 수지 대비 무게 비율로 계산하였고(표 1과 표 2), 이소시안네이트계 경화제의 경우 OH기와 NCO기의 화학 당량비를 기준으로 계산하였다.
[실시예 2]
프리피니쉬드 도료를 위한 클리어 도료의 수지와 경화제 비율을 하기 표 5에 제시하였고, 여기서 수지는 ES-960으로 SK 케미칼사에서 제공받았다. 그리고 가교제로는 Baxenden의 BI7982, Bayer의 Desmodur BL 3175SN(BL3175)와 Cymel 325(C325)을, 촉매로는 dibutyltin dilaurate(DBTL)을 사용하였다.
시편No. BI7982 DBTL C303 p-TSA
1 0.34 0.09 0.41 0.09
2 0.34 0.10 0.61 0.10
3 0.40 0.09 0.41 0.09
4 0.40 0.10 0.61 0.10
5 0.46 0.09 0.41 0.09
6 0.46 0.10 0.61 0.10
BL3175 DBTL C303 p-TSA
7 0.31 0.09 0.41 0.09
8 0.31 0.10 0.61 0.10
9 0.36 0.09 0.41 0.09
10 0.36 0.10 0.61 0.10
11 0.41 0.09 0.41 0.09
12 0.41 0.10 0.61 0.10
클리어 코트 도료의 특징은 이소시아네이트와 멜라민을 동시에 사용하여 경화 반응 속도를 조절함으로써 1차 경화시 가공성을, 2차 경화시 도막의 강도를 향상시키고자 하였다. 이소시아네이트계 경화제는 수지의 OH기를 기준으로 당량비 0.6~0.8의 범위로, 멜라민은 고체함량을 기준으로 수지와 경화제의 배합비를 10~15wt%로 배합하여 제조하였다.
위의 표에서 제시한 실시예 1 및 2에 따른 도료를 이용하여 0.8mm 두께의 아연도금강판(galvanized steel; GI)에 도장하였고, 각각의 시편에 대한 도막의 물성실험을 수행하였다. 이때 시편에 형성된 건도막의 두께는 평균 20㎛이었다. 경화는 자동배출 오븐을 사용하여 수행하였고, 최종금속도달온도(peak metal temperature, PMT)는 프리프라임드용 도료의 경우 232℃, 프리피니쉬드 도료의 경우 224℃였다.
이와 같이 형성된 도막의 물성은, 두께, 광택, 연필경도 및 MEK Rub 시험으로 평가를 하였다.
그 결과, 프리프라임드 강판에 대하여 연필경도는 모두 HB 이상이었고, 멜라민계 경화제를 사용한 경우 F 정도로 더 높은 경도 수준을 나타내었다. MEK rub 시험의 경우, 모든 시편이 100회 이상으로 높은 값을 나타내었는데, 이는 경화밀도가 높은 수준임을 의미한다. 하기 표 6은 프리피니쉬드 도료로 도막을 형성한 강판에 대한 광택, 연필경도, MEK-rub 시험 결과를 제시한 것이다.
시료 광택 연필경도 MEK-rub
20° 60° 85°
1 96.2 134 91.7 2H 100 회 이상
2 93.4 137 93.6 F 100 회 이상
3 87.9 134 92.7 F 100 회 이상
4 87.1 132 93.4 F 100 회 이상
5 75.1 119 92 H 100 회 이상
6 78.5 129 89.7 F 100 회 이상
7 80.9 128 87.2 F 100 회 이상
8 72.3 125 91.9 2H 100 회 이상
9 93.1 135 95 3H 100 회 이상
10 84.5 134 88.9 F 100 회 이상
11 86.6 135 93.6 H 100 회 이상
12 86.2 130 94 F 100 회 이상
상기 도료로 도장된 선도장(프리프라임드와 프리피니쉬드) 강판의 시험결과를 참고하여, 시편을 선별(프리프라임드 : Cymel 303LF가 수지 대비 20wt% 포함된 시편, 프리피니쉬드 : No. 12)하여 전착 도장을 시행하였고, 이때 전착도료는 PPG Korea사로부터 제공받았다.
먼저, 선도장(프리프라임드와 프리피니쉬드) 강판에 대해 T-bending(1T, 2T)을 수행한 시험편과, 인장연신(10%, 20%)을 수행한 시험편을 준비하고, 이들 시험편에 대해 전착 공정을 수행하였다.
전착 공정은 다음과 같이 수행하였다.
먼저 탈지액(Chemkleen 177, PPG Korea)에 강판을 2분간 침지한 후 수세하여 세정을 실시한다. 그리고 표면 보정액(Rinse Conditioner, PPG Korea)에 1분 동안 침지시킨 후, 인산염 용액에 2분 동안 침지시켜 수세한 후 물기를 제거함으로써 인산염 피막을 형성하였다. 이렇게 준비한 인산염처리가 된 시편들에 대하여 양이온 전착도장 공정을 실시하였다. 그리고 시편에 +극을 접지시키고 도료에는 -극을 연결하여 전착을 하였다.
이때 전류는 전착 도료 두께에 따라 달라지는데, 본 발명에서는 전압은 약 200~240V, 온도는 28~34℃, 그리고 전착 시간은 2~4분 정도로 실시하였다. 그리고 전착 후 수세를 하고 180℃ 오븐에서 30분 동안 경화하여 전착도장 공정을 완료하였다. 이때, 전착도장 공정은 절단면과 기계적 가공 후의 도막의 손상으로 인한 부식을 방지하는 역할로서 선도장 강판의 외관물성에 영향을 주지 않는 도료와 도막 두께를 형성해야 한다.
아래의 표 7, 표 8은 선도장 강판에 대한 연신 색차도의 결과이다. 표 7은 선도장 강판의 전착공정 전의 색차도이고, 표 8은 전착공정 후의 색차도 결과이다.
표 9는 선도장 강판의 전착공정 전의 광택 결과이고, 표 10은 전착공정 후의 광택 결과이다.
전착도장 공정 전후의 결과에서, 연신 10%, 20%를 0%와 비교했을 때, 프리프라임드 강판의 경우 연신 및 전착에 의한 색차가 무시될 수 있는 수준으로 판단되어지며, 프리피니쉬드 강판의 경우 오히려 전착 이전에는 1 %이상의 큰 색차를 보였으나, 전착공정 이후에는 그 차이가 크게 감소하여 무시할 수 있는 수준에 도달하는 것을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 프리피니쉬드 강판의 특징인 2 단계 경화에 의한 물성 회복으로 판단된다. 광택의 경우도 유사한 결과를 확인할 수 있었다.
강판 연신 L a b △L △a △b △E
프리
프라임드		 0%(STD) 42.26 -1.93 -0.34
10% 42.29 -1.95 -0.51 0.03 0.02 0.17 0.17378
20% 41.85 -1.95 -0.43 0.41 0.02 0.09 0.42024
프리
피니쉬드		 0%(STD) 33.29 1.61 2.19
10% 34.55 1.48 1.89 1.26 0.13 0.3 1.30173
20% 35.23 1.44 1.74 1.94 0.17 0.45 1.99875
강판 연신 L a b △L △a △b △E
프리
프라임드		 0%(STD) 42.63 -1.78 -0.71 　 　 　 　
10% 42.8 -1.77 -0.84 0.17 0.01 0.13 0.21424
20% 43.14 -1.74 -1.16 0.51 0.04 0.45 0.68132
프리
피니쉬드		 0%(STD) 33.35 1.6 2.31 　 　 　 　
10% 33.4 1.61 2.78 0.05 0.01 0.47 0.47276
20% 33.71 1.55 2.5 0.36 0.05 0.19 0.41012
연신 20° 60° 85°
프리
프라임드		 10% 5.6 35.1 59.7
20% 3.2 24.4 49.4
프리
피니쉬드		 10% 48.5 83.6 90.7
20% 14.3 52.4 81.1
Gloss 연신 20° 60° 85°
프리
프라임드		 10% 5.6 34.4 59.6
20% 3.2 23.3 49.6
프리
피니쉬드		 10% 76.7 99.2 95.1
20% 50.5 94.6 91.5
또한 상기 시편들에 대하여 염수분무시험(salt spray test, SST)을 1000 시간 동안 수행하였다. 그 결과를 도 1(프리프라임드 강판)과 도 2(프리피니쉬드 강판)에 제시하였고, 왼쪽 시편이 전착 후의 시편, 오른쪽이 전착 전의 시편에 대한 결과이다.
도 1 및 2에서 확인되는 바와 같이, 전착도장을 실시한 것과 실시하지 않은 것의 절단면에 있어서의 부식성은 현저한 차이를 보인다. 따라서, 선도장 강판을 사용하여 기계가공을 한 후에 전착도장을 실시하게 되면, 우수한 외관과 내부식성이 요구되는 자동차 공정에도 선도장 강판을 사용할 수 있게 된다.

Claims (21)

  1. 폴리에스테르, 알키드, 아크릴수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트군 및 멜라민군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함하는 도료 조성물이 도장된 선도장 강판을 기계가공하여 부품을 만드는 단계;
    상기 부품을 차체에 조립하는 단계; 및
    조립된 차체를 전착 도장하는 단계;를 포함하여 상기 선도장 강판의 절단면과 햄 플랜지의 내부식성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전착 도장 전에 인산염 화성 피막 처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더 수지의 수산기값이 5 내지 100 mgKOH/g인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더 수지의 수평균 분자량은 1,000 내지 25,000인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 군은, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트 및 자일렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상 또는 그 유도체의 블록화물인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 군은, 화학양론비로 수지 수산기의 0.9 내지 1.2인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 멜라민 군은, 알킬레이티드, 이미노 및 카르복실레이티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 멜라민 군은 중량비로 도료조성물 전체 수지 함량의 10 내지 30 %인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  10. 강판에, 폴리에스테르, 알키드, 아크릴 수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트 군으로부터 선택된 1 종 이상과, 멜라민 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함하는 도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 단계;
    상기 도막을 가열하는 1차 경화 단계;
    상기 1차 경화된 도막이 형성된 강판을 기계 가공하여 부품을 만드는 단계;
    상기 부품을 가열하여 상기 도막을 경화시키는 2차 경화 단계;
    상기 부품을 차체에 조립하는 단계; 및
    조립된 차체를 전착 도장하는 단계;를 포함하여 상기 도막이 형성된 강판의 절단면과 햄 플랜지의 내부식성을 향상시키는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 바인더 수지의 수산기값이 5 내지 100 mgKOH/g인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 바인더 수지의 수평균 분자량은 1,000 내지 25,000인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 군은, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트 및 자일렌디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상 또는 그 유도체의 블록화물인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 이소시아네이트 군은, 화학양론비로 수지 수산기의 0.6 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 멜라민 군은, 알킬레이티드, 이미노 및 카르복실레이티드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 멜라민 군은 중량비로 도료조성물 전체 수지 함량의 10 내지 30 %인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    2차 경화 후 도막 광택이 1차 경화된 도막 광택의 70% 이상인 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 1차 경화 단계는, 상기 도막을 180 내지 300℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  19. 제 10 항에 있어서,
    상기 2차 경화단계는, 상기 부품을 140 내지 200℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  20. 강판에, 폴리에스테르, 알키드, 아크릴 수지 및 이를 변성한 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 바인더 수지와, 이소시아네이트 군으로부터 선택된 1 종 이상과, 멜라민 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 경화제를 포함하는 도료 조성물을 도포하여 도막을 형성하는 단계;
    상기 도막을 가열하는 1차 경화 단계;
    상기 1차 경화된 도막이 형성된 강판을 기계 가공하여 부품을 만드는 단계;
    상기 부품을 차체에 조립하는 단계;
    조립된 차체를 전착 도장하는 단계; 및
    상기 전착 도장된 도막을 경화시키는 단계;를 포함하며,
    상기 전착 도장된 도막의 경화 공정에서, 상기 1차 경화된 도막이 2차 경화되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
  21. 제 10 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 1차 경화 단계는, 10초 ~ 1분 동안 수행되고, 상기 2차 경화 단계는 15 ~ 40분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차의 제조방법.
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