자동차의 도장
1. 자동차용 도료
⑴ 자동차 도장의 특징
자동차 도장의 특징은 다음과 같다.
① 전형적인 대량 생산 방식의 공업 라인의 일부를 구성하고 있기 때문에 균일한 품질의 양질의 도막으로 만들어져야만 된다.
② 아주 복잡한 형상 및 구조의 피조물일지라도 도장되지 않고 남는 부분이 없이 마감되어야 한다.
③ 우수한 외관과 고도의 내구성을 가져야 한다.
④ 색의 종류가 매우 많으며 차의 모델 변경에 따라 교체된다.
⑤ 자동차 차체에 적용되는 기타의 재료들(접착제, 필러, 고무, 플라스틱, 방음재, 왁스, 유류 등)과의 접촉에서 문제를 일으키지 않아야 한다.
⑥ 생산 라인 및 시장에서 보수 도장을 받을 가능성이 있으며, 또한 몇 년이 지난 후 재도장되는 것이 보통인데 이러한 경우에 아무런 지장이 없어야 한다.
⑵ 자동차의 도장
공정 앞에서 설명한 바와 같이 고도의 또 많은 요구 조건을 충족하기 위해서 자동차 도막은 여러 가지 기능을 달리하는 복수(많게는 3∼5)층으로 구성되어 있다.
전형적인 도장 공정의 예를 다음에 표시하였는데 그림 2-1은 그 공정의 개략도이다.
또한 그림 2-2는 완성된 도막의 단면도 예를 표시했다.
[도장 공정 예]
① 화성 처리
a. 탈지 1 : 과잉의 유용제에 의한 탈지
b. 탈지 2 : 약알칼리 또는 에멀젼화제에 의한 탈지 방지. 50∼60℃ 2∼3분
c. 수세 : 1∼2단, 각단 40∼50℃ 1∼2분간
d. 화성피막 : 인산아연계 미결정 생성형의 처리제, 2∼3분
e. 수세 : 1∼2단, 각단 40∼50℃ 1∼2분간
f. 순수세 : 탈이온수(5x105Ω), 5∼8분
g. 수절건조 : 130∼140℃(공기온도), 5∼8분간
② 전착 도장 : 통전입조 2단 승압 200∼300V, 전몰 시간 3분간(도막 두께 18∼22℃)
③ 소부 건조 : 170∼180℃(공기온도), 25∼30분간
④ 씰링 : 방음재, 실러 등 도장
⑤ 전착도장면 : 부분 보수 도장, 보수용 프라이머 스프레이 도장
⑥ 소부 건조 : 160∼170℃ 8∼10분간
⑦ 중도 도장 : 정전 도장, 30∼40℃
⑧ 소부 건조 : 140∼150℃(오븐내 온도), 30∼35분간
⑨ 수연마 : 자동 및 수동 샌더, 최종 수세는 탈이온수 사용
⑩ 중도도장면 : 부분 보수 도장 보수용 서페이서 도장
⑪ 상도 도장 : 솔리드 칼라 2회 도장, 30∼40μ 메탈릭 칼라 2회, 클리어 2회의 wet on wet 도장, 40∼45μ
⑫ 소부 건조 : 135∼140℃, 25∼30분간
![]() [그림 2-1] 자동차 도장 공정의 개략도 |
![]() [그림 2-2] 자동차 도막의 구성(상도 : 2 coat 1 bake 메탈릭의 경우) |
⑬ 외관 검사 : 외관 보수 ⑭ 사이드 라인 등의 장식 도장 ⑶ 각 도장 공정과 도료의 해설 |
![]() |
① 전착 도장과 그 도료 당사 도장 라인에서는 대부분 하도(프라이머)로서 전착 도장을 행하고 있는데 그 기술의 원리를 그림 2-3에 나타내었다. 피도물을 도장하는 탱크 중에는 수용성 혹은 수분산형의 도료가 들어있다. 전도성의 피도물을 한편의 극으로 하고 탱크에 부속하는 대극과의 사이에 그림과 같이 통전하면, 하전을 가진 수지 입자가 전기 영도에 의해 피도물면에 이동, 석출하여 나온다. 이것을 꺼내어 수세하여(석출 도료는 물에 불용화되어 있다) 여분의 부착 도료액을 씻어내고 가열 경화시키면 균일하고 강고한 도막을 만들게 된다. [그림 2-3] 전착 도장의 개략도(양이온 도장) |
![]() [멜라민 수지의 반응] |
바인다와 함께 안료도 상도 성능의 커다란 요인으로서 그 선택 및 조합 농도의 결정은 상도 도료의 설계자가 고심하여 대처해야 한다. 내광성, 내수성, 내용제성, 내약품성 외에 분산 용이성 및 분산 안정성에도 충분한 주의를 기울여야 한다. 상도의 도장은 정전도장 방식이 일반적으로 수동식에서 자동 레시푸로우 식으로의 변환이 급속히 진행되고 있으며 일부에서는 로봇이 검토, 채용되는 중에 있다. 메탈릭의 경우는 알루미늄 함유량이 많으면 정전 효과가 작아지고 도료 배관을 통한 전류가 새는 것과 같은 안정성 문제도 있기 때문에 이러한 약점을 보완할 방안의 강구가 필요하다. 안정한 도장 마감을 얻기 위해서는 부스 내의 온도, 풍속은 변동을 최소화시켜야 하며, 습도도 현저하게 높고 낮음이 없도록 배려해 주는 것이 바람직하다. 표준적 조건은 겨울철에 20±3℃, 여름철에 28±3℃ 전후, 풍속 0.4∼0.6m/초이다. ④ 엘라스토머용 도장과 도료 차의 탑승 안정성 개량의 일환으로서 충격 성능이 높은 탄성 플라스틱(예를 들면 폴리우레탄 범퍼)을 주재료로 한 범퍼 등의 부착이 일반화되고 있는 중이다. 디자인면에서 부터는 이 도장에는 차체부와 같은 정도의 마감 외관이 요구된다. 도막 성능면에서 한냉(시험 조건으로서는 -20∼-30℃)시에 있어서의 내충격 변형성과 상도와 같은 수준의 내구성이 필요한데 이런 것을 겸비하는 것은 매우 어렵다. 게다가 소재의 내열성이 한정되어 있어 가열 건조 온도는 100∼120℃ 이하로 억제하지 않으면 안된다. 그래서 차체와 다른 라인에서 도장되고 있는데 대부분의 소재는 비전도성으로 그대로는 정전 도장이 불가능하다. 이것은 차체와의 색의 일치성에서 또 하나의 문제점이다. 현재 엘라스토머용 도료 바인다로서는 소재에의 밀착 및 상기 제특성의 밸런스 달성을 위해 폴리우레탄(폴리올 폴리마∼폴리이소시아네이트의 2액형, 또는 우레탄 변성 폴리에스텔∼아미노 수지의 1액형)이 주류이다. 그러나 특수한 물성을 가진 폴리올을 성분으로 한 폴리에스텔∼아미노 수지계도 새로이 소개되고 있는 중이다. |
자동차 보수용 도료
우리나라에서 승용차의 폐차 시기까지의 평균 내용 기간은 6∼7년으로서 그 기간 내에 적어도 보수 도장을 1회 한다고 하면, 자동차 대수의 증가와 함께 자동차 보수용 도료의 사용량도 대폭 증가하리라 생각된다.
오늘날의 자동차 보수용 도료는 양적으로 이미 공장 도장의 사용량에 필적할 만큼 수요가 나타났으며, 질적으로는 공장 도장의 품질이 고급화됨에 따라 이와 비슷한 성능을 갖는 도막의 외관 및 내구성을 가질 필요가 있어 니트로셀루로이즈 락카계에서 아크릴 수지를 주체로 하는 합성 수지계로의 이행이 활발해지고 있다.
자동차 보수용 도료는 크게 나누면 하도용 도료, 상도용 도료, 보조 재료로 나눌 수 있다.
⑴ 하도용 도료
화장에서 적절한 기초 화장을 어떻게 하느냐에 따라 그 효과가 크게 차이가 나는 것처럼, 도장에 있어서도 소지가 나타내는 효과는 매우 크며, 아무리 우수한 상도를 칠한다 하더라도 소지가 나쁘면 좋은 결과를 얻을 수 없다.
하도용 도료라는 것은 피도물과 마감 도료의 중간에 있는 것으로 마감 도료가 필요한 기능을 나타낼 수 있게 조정하는 역할을 가진 하도 중간칠의 도료를 뜻한다.
하도용 도료에는 여러 종류가 있으며 각각의 특징, 용도가 다르므로 그 성질을 숙지해서 사용하는 배려가 필요하다.
도장 방법을 선정하는 착안으로서는 마감 도료의 종류, 피도물면의 상태, 정도, 구도막의 종류, 보수도장에 대한 허용일수, 비용(예산) 등이 참고되어야 한다.
예컨데 마감 도료의 종류에 대해서는 그것이 "니트로 셀루로이즈 락카"이냐 "아크릴 락카"냐 아니면 그 외의 도료냐에 따라 도장 방법이 달라진다.
피도체면의 긁힘 정도, 상태에 대해서는 그 흠이 공정상의 어느 부위(피도물, 하도, 마감칠)에서 발주되고, 깊이, 크기 등이 어느 정도인가에 따라 판단 기준이 정해진다.
또한 구도막을 전면적으로 제거한 후에 보수하는 경우와 부분적으로 부수하는 경우, 마감 도료에 가열경화형 도료가 도장되어 있는 경우와 "락카"계 도료가 칠하여져 있는 경우에서는 각각 보수 도장 방법이 크게 달라진다.
이와 같은 여러 가지 경우에 따라 적절한 도장 방법을 선택한다는 것은 매우 어려운 일이라 생각되나 도료 메이커에서 여러 가지 안내서나 책자가 출판되고 있어서 이것들을 참고로 하는 것도 유효한 방법이다.
① 하도 도료의 종류 하도 도료는 그 기능이나 역할에 의해 프라이머, 퍼티, 서페이서, 프라이머 서페이서, 실라 등으로 구분된다.
a. 프라이머 피도체(연강판)의 녹을 방지하며, 피도물 또는 프라이머 이후의 도막과의 부착을 좋게 한다. 적청색, 황색, 담록색 등 여러 가지가 있다.
b. 퍼티 판금면의 움푹 파진 곳을 수정하거나 손상부의 흠자리, 기완성된 도막의 두께 차이, 요철을 수정하는 목적으로 쓰인다.
전면에 칠하는 경우(전퍼티라고 한다)와 부분 보수의 경우(줍는 퍼티)에서는 사용시의 작업 조건이 다르므로 각각 적당한 용도의 것이 만들어지고 있다.
보통 퍼티를 칠하는 작업은 주걱을 사용하나 엷게 전면으로 퍼티를 칠하려면 스프레이가 편리하다.
스프레이 전용의 퍼티도 있다. 퍼티는 건조후 샌드 페이퍼 등으로 잘 연마하여 표면을 평활하게 한다.
c. 서페이서 퍼티면의 흡입을 억제하여 얕은 홈을 메꿔주며 연마를 하여 도장면을 평활히 한다.
연마는 입자가 고운 320∼400번 내수 샌드 페이퍼로 수연(水硏)한다. 따라서 연마성이 좋은 것은 이 도료의 중요한 성질이다.
색은 회색 또는 백색이 보통이다.
d. 프라이머 서페이서 한번 칠하므로서 프라이머와 서페이서의 양자의 기능을 만족할 수 있게 설계된 도료로서 평활한 피도물에 대하여 적용된다.
e. 실라 구도막에서의 삼출(渗出 : 마감 도료의 도막에 구도막의 색이 배어나오는 것)을 막고, 보수 부분의 위축이나 흡입을 방지하는 것을 목적으로 하고 있다.
일종의 완위대를 만드는 도료로서 장벽 도료라고도 말한다.
② 하도 도료의 품질 하도 도료는 그 도막 형성 요소(전색제)의 종류에 따라 유성계, 락카계, 합성 수지계(1액형, 다액형)와 같이 구분된다.
a. 유성계 에스텔고무, 페놀수지 등의 고형 수지와 아마인유 등의 건성유를 가열, 반응해서 얻어지는 유성바니쉬에 안료를 혼합한 것으로 비교적 값이 싸다.
b. 락카계 니트로 셀루로이즈와(가소성 수지의 혼합에 의한) 투면 바니쉬에 안료를 혼합한 것으로 숙건성인 것을 특색으로 하고 있다.
c. 합성 수지계 1액형에서는 알키드 수지 바니쉬를 주체로 하는 것이 많다.
취급하기에는 유성계와 같아서 좋으나, 도막은 보다 강인하다.
다액형은 주제와 경화제, 촉진제 등을 분리하여 포장되어 있는 것으로 사용 직전에 혼합하여 사용한다.
다소간의 수고는 있으나 퍼티나 서페이서로는 주제와 경화제의 색이 달라져 있어 혼합하게 되면 특정의 중간색을 표시할 수 있게 되어 있으므로 익숙하게 되면 별문제는 없다.
일단 혼합한 것은 장시간 보존이 안되므로 일정 시간 내에 충분히 사용할 수 있는 양을 혼합하여 쓸 필요가 있다.
다액형의 이점은 거의 휘발하는 성분을 갖고 있지 아니하므로 한번에 두껍게 칠할 수 있다.
일반적으로 프라이머에는 에폭시 수지와 연단(鉛丹)을 쓴 도료가 내식성, 부착성이 우수하다.
퍼티에는 불포화 폴리에스텔 수지가 효과적이다.
도막이 강하므로 이 퍼티는 한번에 10수㎜의 두께까지도 바를 수 있으므로 도막 고정이 단축된다.
서페이서에는 폴리우레탄 수지가 적합함으로 각종 마감칠의 도료와는 층간에 사용하면 밀착성이 우수하다.
그러나 하도 도료의 조성에 대해서는 전색제와 같은 정도로 안료류의 역할에 주목할 필요가 있다.
서페이서의 산화 티탄은 루틸형이 바람직하며 또한 체질 안료는 단순한 중량 효과 외에 도장 작업성, 연마성, 광택성, 부착성 등에 미치는 영향력이 큰 것을 알아야 한다.
하도 도료의 요구 성능은 락카계와 유성계에 대해서만 한국 공업 규격(KS)이 제정되어 있다.
합성 수지계는 더욱 유동적인 면이 있어 공적인 규격은 없다.
특히 최근에는 무공해화 때문에 새로운 피도물 도료가 강구되어 변화되고 있다.
예를 들면 수성화가 그 방책의 하나로서 검토되고 있다.
이 경우 전처리 공정에서 발생하는 오수의 처리를 포함하여 배수 처리 방법에 대해서는 충분한 2차 공해 방지 대책을 수립할 필요가 있다.
가능하면 폐쇄형으로 하는 것이 바람직하다.
자동차 보수용 상도 도료는 크게 락카계와 비락카계로 분류된다.
※ 락카계
수지면에서 보통의 락카(주로 알키드 수지변성)와 아크릴 락카로 대별되며, 또한 섬유소 유도체 면에서는 니트로셀루로우즈(질화면) 변성과 셀루로우즈 아세테이트(CAB)로 대표할 수 있는 특수 섬유소 변성으로 분류된다.
※ 비락카계
알키드 수지와 아미노 알키드 수지(저온경화형), 우레탄화 알키드 수지, 아크릴 알키드 수지 등 각종 변성 알키드 수지가 주체이다.
우리나라에서는 자동차 보수업자의 도장 기구 설비가 일반적으로 외국의 경우보다 못하므로 건조가 늦고, 비락카계 도료를 사용할 수 있는 환경 상태는 아니므로 거의 락카계 도료가 사용되고 있는 것이 현 실정이다.
마감 도료를 선택하려면 구도막이 어떤 종류의 도료였는가를 잘 알 필요가 있다.
예를 들면, 아크릴 수지 도료가 라인용 도료인 경우에는 보수용에는 변색이 적은 CAB 변성 아크릴 락카를 추천하고 있다.
① 마감 도료의 종류 마감 도료 중 주된 것은 락카, N.C 변성 아크릴 락카, CAB 변성 아크릴 락카, 폴리우레탄 수지 도료, 아미노 알키드 수지 도료 등이다.
a. 락카
니트로 셀루로우즈, 가소제, 수지를 배합하여 용제로 용해시킨 것이 투명 락카이며, 여기에 안료를 배합한 것이 락카 에나멜이다.
공업적으로 쓰이게 된 것은 1920년대 부터이지만 건조의 빠름과 우수한 도막 성능은 지금까지도 자동차 보수용 도료로서의 중요한 자리를 차지하고 있다.
락카는 전술한 바와 같이 N.C와 가소제와 수지가 도막을 구성하는 주체 성분이므로 이 3성분의 종류와 배합비와는 도막의 성상으로 결정적인 영향을 준다.
그 중에서도 수지는 셀루로우즈 도료의 불휘발 성분을 증량하여 도막 자체를 잘 유지하고 동시에 도막의 부착력, 광택 등을 개선하기 위하여 추가된다.
불건성 유변성 알키드 수지, 아미노 수지, 또한 때에 따라서는 단말 고무 등의 수지가 쓰여 하이 솔리드 락카형으로 되어진다.
b. N.C 변성 아크릴 락카
수지로서 아크릴 수지를 사용한 락카이다.
칠하고 난 후 광택이 아주 좋으며, 도막의 유지검, 내구성이 우수한 도료이다.
N.C는 경도부여제로서의 기능을 지니고 있는 반면, 약간 황색으로 변하기 쉬우므로 이 종류의 도료는 짙은 색의 솔리드 락카로 쓰일 때가 많다.
c. CAB 변성 아크릴 락카
N.C 대신에 빛에 대한 안정한 CAB를 쓴 아크릴 락카이다.
아크릴 수지 본래의 성질과 잘 어울려 퇴색이 적으며 내후성이 좋다.
약간 고가이나 투명성의 메탈릭 도료나 담채색을 쓴 승용차의 보수에는 최적의 도료이며, 급속한 신장을 나타내고 있다.
상기 2종의 락카에 공통된 문제점은 도장 작업에 적당한 스프레이 점도가 되려면, 다량의 희색제를 필요로 하는 점이다.
스프레이 도장시에는 실로 70∼80%의 용제를 함유하게 되므로 이것이 도장과 건조 과정에서 대기중에 휘발되어 취기나 대기 오염의 한 원인이 되는 것이 염려가 된다.
도료 제조원에서는 광화학 불활성용제에의 전환이나 하이 솔리드화에의 이행을 검토하고 있으나 다량으로 사용하는 수요자에 대해서는 도장 부스에 연결한 용제의 흡착 장치, 흡수 장치, 또는 연소 처리 장치 등의 공해 방지 설비의 설치를 고려할 필요가 있다.
d. 폴리우레탄 수지 도료
광택 도막감, 내구성이 모두 우수하여 닦지 아니하여도 상온 건조로 새 차와 같이 아름다운 마감이 된다.
승용차 뿐만 아니라 트럭, Tank Roller 차의 신규 도장에도 적당하다.
그러나 건조에 시간이 필요하므로 청정한 환경에서 도장할 필요가 있다.
② 마감 도료의 품질 KS의 규정에 있는 마감 도료의 품질 기준은 락카와 하이 솔리드 락카 뿐이다.
아크릴 락카 및 기타의 마감 도료에 대해서의 품질 규정은 수요자 규격이 얼마간은 되어 있으나 공적인 것은 없다.
마감 도료에 있어서 중요한 것은 견녕한 안료를 선택한다는 것이다.
가능하면 라인용과 같은 안료를 쓴 보수용 도료를 사용하는 것이 바람직하다.
도료 제조원에서는 조색의 합리화 때문에 계량조색계를 확립하고 있는 곳이 있는데, 그 지정 처방에 따르는 것도 한 방법일 것이다.
또 메탈릭 에나멜로는 메탈릭 베이스의 종류와 양이 색에 크게 영향을 준다.
색배합의 일반적 주의를 잘하여 두고 색의 비교에 있어서는,
a. 주위의 색에 영향을 주지 아니하는 밝은 곳을 택할 것.
b. 반드시 여러 각도로 봐서 색을 확정할 것 등의 배려가 바람직하다.
더욱 락카계 도료에서는 광택이 충분치 않을 때가 있으나 이럴 때는 동종의 투명 도료를 적정 에나멜에 첨가하여 바르면 좋다.
또한 입자가 적은 광택제를 써서 전동 광택기로 닦으면 우아한 광택감이 얻어진다.
⑶ 보조 재료
자동차 보수 도장에 관련하여 얼마간의 보조 재료가 준비되었는데, 이것들에 대해 간단히 서술키로 한다.
① 마스킹 컴파운드(Masking Compound) 특수한 수용성 도료로 칠해서는 아니도리 부분에 충분히 도장하고 난 다음, 전체 도장후 도막을 건조시킨 다음 물로 씻어 제거시키는 것이다.
경계선은 명료하게 나타내지 아니하므로 마스킹 테잎을 미리 붙여 놓는 것이 좋다.
② 희석제류 락카는 단지 스프레이로 도장되므로 적당한 점도로 하기 위해 희석제로 희석한다.
기온, 온도, 바람 등의 환경 조건에 따라 용제의 증발 속도가 변하므로 계절에 따라 희석제를 구별하여 쓸 필요가 있다.
락카는 습기가 많은 곳에서 도장하면 백화가 생기기 쉬우나 이와 같은 때에는 고비점용제를 다량으로 배합한 억제제(non-blushing이라고도 한다)를 쓰면 좋다.
③ 리무버(Remover) 피도물로부터 구도막을 제거하고 다시 도장하는 경우에는 리무버를 사용한다.
리무버를 바르고 잠시 있으면 도막이 부풀어 오르므로 주걱으로 베낀다.
리무버는 염화메치렌, 아세톤 등의 강력용제와 그 휘발을 억제하기 위한 왁스 등을 구성 성분으로 하고 있다.
④ 광택제 러빙 컴파운드(Rubbing Compound)라고도 하며, 부드러운 헝겊에 발라서 도막을 문질러 광을 내게 하는 것이다.
지방산이나 왁스에 지분이나 고운 체질 안료를 섞어서 된 것이다.
또한 희석제, 억제류의 품질 기준에 관하여는 한국 공업 규격(KS)에 구체적 요구 항목이 없다.
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