Tìm hiểu về công nghệ sơn

[Trần Danh Lưu_4CHaUI]

CÔNG NGHỆ SƠN Ô TÔ

Lời Mở Đầu

Ngành công nghiệp sản xuất ô tô nước ta ngày nay đang có bước phát triển lớn và là một ngành hết sức quan trọng có đóng góp không nhỏ vào sự phát triển nền kinh tế quốc dân.
Phát triển sản xuất ô tô sẽ là động lực và sức mạnh để giúp đất nước đi lên trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước và công nghệ 4.0. Ngành công nghệ kỹ thuật ô tô  có ảnh hưởng đến một số ngành kinh tế khác và ngày càng cho thấy nó là một trong những ngàng xương sống của kinh tế trong lĩnh vực công nghiệp sản xuất.
Việc đầu tư phát triển mạnh vào ngành, thu hút vốn đầu tư nước ngoài, ứng dụng khoa học công nghệ và mở của hội nhập  là những điều kiện tất yếu để có một ngành sản xuất ô tô vững chắc và cường thịnh. Việt Nam là đất nước vủa hơn 90 triệu dân có mức tăng trưởng kinh tế ngày càng tăng cao thì viễn cảnh tươi sáng của ngành công nghệ kĩ thuật ô tô là điều có thể xảy ra vào tương lai.
Phát triển sản xuất ô tô sẽ tiết kiệm được những khoản ngoại tệ đáng kể dành cho nhập khẩu, cũng như phát huy được một số thế mạnh nổ trội  hiện nay như chi phí cạnh tranh của nguồn nhân lực dồi dào. Đặc biệt, sẽ có những tác động trực tiếp mang tính tích cực lên một số ngành công nghệ dịch vụ mà Việt Nam đang rất cần như hóa dầu, cơ khí marketing, phân phối,.. Trong đó công nghệ sơn ô tô chiếm, 1 phần phát triển thành công rất lớn. Với những lí do đó nhóm em đã chọn đề tài về “công nghệ sơn ô tô”  để tìm hiểu và phân tích về một ngàng đang phát triển mạnh và được đất nước quan tâm.

Hình 1:Công nghệ Sơn Ô tô

 
 
 
Phần I: Giới thiệu chung về Sơn.
1.1. Chức năng nhiệm vụ của Sơn.
Sơn là hợp chất hóa học bao gồm: nhựa hoặc dầu chưng luyện, có chất màu hoặc không có chất màu. Khi sơn lên bề mặt sản phẩm ta được lớp màng mỏng bám trên về mặt có tách dụng cách ly môi trường khí quyển, bảo vệ và làm đẹp cho sản phẩm.

Hình 1.1: Chức năng nhiệm vụ của Sơn

1.1.1.    Tác dụng  bảo vệ của Sơn.
Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường sử dụng các loại dụng cụ được làm bằng kim loại, gỗ và chất dẻo. Vật liệu kim loại khi tiếp xúc với môi trường bên ngài sẽ bị ăn mòn bởi oxy hóa. Theo con số thống kê của một số nước thì sự ăn mòn làm tổn hại đến 2-4% tổng sản lượng kinh tế quốc dân(GDP). Kết quả tạo nên sụa lãng phí lớn đến tài nguyên quốc gia và làm cho môi tường tự nhiên bị ô nhiễm  nghiêm trọng. Do đó bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn thường dùng phương pháp Sơn.

Hình1.1.1.1: Ô tô bị rỉ sét do oxy hóa

  Điều quan trọng nhất của sơn là bảo vệ bề mặt sản phẩm. Màng sơn mỏng hình thành trên bề mặt chi tiết cách ly với môi trường như nước, không khí, ánh sáng mặt trời và môi trường ăn mòn (như axit, kiềm, muối,...) bảo vệ sản phẩm không bị ăn mòn. Nếu như về mặt có lớp màng cứng, có thể làm giảm sự va đập, ma sát do đó sơn còn có tác dụng bảo vệ cơ khí.

Hình 1.1.1.2: Ô tô sau khi được sơn có thể có lớp vỏ không thấm nước

1.1.2.    Tác dụng trang trí.
Lớp sơn tạo nên nhiều màu sắc khác nhau đồng thời còn tạo ra bề mặt bóng bằng phẳng, lớp sơn mỹ thuật có dạng vân búa, nhăn, rạn... có tác dụng trang trí đẹp làm thay đổi cảnh quan, được mọi người ưa thích. Khi bề mặt sản phẩm được phủ lớp sơn, đặc biệt là sơn mỹ thuật thì màng sơn rất bóng đẹp, có thể tạo ra nhiều màu tùy ý dễ chịu, thoải mái.

Hình 1.1.2.1: Ô tô có màu sắc đa dạng sau khi được sơn.

1.2. Quá trình phát triển của sơn và kỹ thuật sơn
1.2.1. Quá trình phát triển
Sơn đã có từ hàng ngàn năm trước làm từ các nguyên liệu thiên nhiên vì vậy nên tính năng, phạm vi sử dụng, phương pháp gia công đều bị hạn chế. Sự phát triển rất mạnh mẽ của công nghiệp dầu mỏ thế kỉ XX đã tạo nên nhiều loại nhựa tổng hợp có tính năng ưu việt để sản xuất ra các loại sơn mới như: sơn phenol formandehit, sơn nitroxenlulo,… Trong mấy thập niên trở lại đây, những lọa sơn cao cấp trong công nghiệp đều dùng từ sơn nhựa tổng hợp như: nhựa gốc amin, nhựa acrylat, nhựa poliurethan, nhựa epoxy,… những loại sơn này không chỉ góp phần quan trọng vào sự phát triển của nền công nghiệp nói chung mà còn đặc biệt quan tâm trong ngành sản xuất chế tạo ô tô nói riêng.
Các phương pháp gia công sơn như quét, phun, nhúng, sơn trục lăn đã chuyển sang các phương pháp gia công hiện đại như : sơn tĩnh điện, sơn cao áp, không có không khí, sơn bột tĩnh điện, sơn nhúng điện,…

1.Niên đại - Thập niên 50 thế kỉ XX

*Loại sơn - Sơn nitroxenlulo, sơn ankyd.

-Phương pháp gia công - Phun sơn thủ công, nhúng.

+Đặc điểm - Hiệu suất thấp, nguy hiểm, ô nhiễm môi trường cao.

2.Niên đại - Thập niên 60-70 của thế kỉ XX

*Loại sơn - Sơn gốc amin, acrylat, nhúng tĩnh điện, anot,…

-Phương pháp gia công -Sơn tĩnh điện, sơn nhúng tĩnh điện, sơn bột.

+Đặc điểm -Hiệu suất thấp, an toàn cao, ô nhiễm thấp.

3.Niên đại - Thập niên 80 của thế kỉ XX

*Loại sơn - Sơn không có dung môi, sơn bề mặt chất rắn cao, nhúng tĩnh điện katot.

-Phương pháp gia công -Sơn nhúng tĩnh điện katot, sơn tự động, sơn sấy quang, sơn cuộn.

+Đặc điểm -Tốt, hiệu suất cao, an toàn, ô nhiễm thấp.

4.Niên đại - Thập niên 90 của thế kỉ XX

*Loại sơn - Sơn lót trung gian, sơn lót và sơn quang, sơn bóng chất rắn cao.

-Phương pháp gia công -Sơn tĩnh điện, sơn nhúng tĩnh điện katot dày.

+Đặc điểm -Chất thải phù hợp với tiêu chuẩn

5.Niên đại - Thí nghiệm

*Loại sơn - Sơn mặt tính nước, sơn bóng bột.

-Phương pháp gia công -Sơn tĩnh điện màng mỏng.

+Đặc điểm -Chất thải phù họp với tiêu chuẩn.

1.2.2 Một số công nghệ sơn hiện nay
a. Công nghệ sơn tĩnh điện

Hình 1.2.2.1:Sơn tĩnh điện

Sơn tĩnh điện còn được gọi là sơn khô vì tính chất phủ ở dạng bột của nó và khi sử dụng nó sẽ được tích một điện tích (+) khi đi qua một thiết bị được gọi là súng sơn tĩnh điện, đồng thời vật sơn cũng sẽ được tích một điện tích (-) để tạo ra hiệu ứng bám dính giữa bột sơn và vật sơn.
Ưu điểm:
-        99% sơn được sử dụng triệt để (bột sơn dư trong quá trình phun sơn được thu hồi để sử dụng lại).
-        Không cần sơn lót
-        Làm sạch dễ dàng những khu vực bị ảnh hưởng khi phun sơn hay do phun sơn không đạt yêu cầu.
-        Quy trình sơn có thể được thực hiện tự động hóa dễ dàng (dùng hệ thống phun sơn bằng súng tự động).
-        Tuổi thọ thành phẩm lâu dài, độ bóng cao, không bị ăn mòn bởi hóa chất hoặc bị ảnh hưởng của tác nhân hóa học hay thời tiết, màu sắc phong phú và có độ chính xác …
Nhược điểm:
-        Việc đầu tư ban đầu cho hệ thống phun sơn tĩnh điện sẽ rất cao.
-        Người giám sát quy trình phu sơn phải có nhiều năm kinh nghiệm do quá trình vận hành hệ thống phun sơn phức tạp.
 
b. Sơn gốc nước

Hình 1.2.2.2:Sơn gốc nước.

Với sơn gốc nước, phần lớn của dung môi được thay thế bằng nước. Trong khi sơn gốc gốc dầu có chứa 800g/lit chất hữu cơ bay hơi, thì sơn gốc gốc nước chỉ chứa khoảng 100g/lit chất hữu cơ bay hơi.
Ưu điểm:
-        Bảo vệ môi trường: Thành phần bao gồm màu sơn và dung môi nước khi sử dụng, chỉ cần pha dung môi gốc nước không độc hại với tỉ lệ khiêm tốn từ 15%-20% trên 1 lít sơn màu.
-        Về chất lượng thì sơn gốc nước có đặc điểm lâu khô nhưng dẻo dai, chịu được nước, chịu được hóa chất, bền màu hơn sơn gốc dầu. Trong khi đó sơn gốc dầu dễ bị oxy hóa nên dễ xuống màu, sơn thường giòn dễ bị nứt đặc biệt là với môi trường khí hậu nhiệt đới gió mùa như ở Việt Nam chúng ta.
-        Khi sơn chỉ có một lượng nhỏ chất VOC (VOC: Volatile Organic Compounds là một chất hữu cơ độc hại) thoát ra ngoài, vì vậy đảm bảo an toàn cho người thợ sơn, giảm thiểu rủi ro về cháy nổ và ít ảnh hưởng tới môi trường xung quanh.
Nhược điểm:
-        Các kỹ thuật viên yêu cầu có nhiều năm kinh nghiệm.
-        Thành phần sơn gốc nước có dung môi là nước nên tốc độ bay hơi chậm hơn.
c. Một số phương pháp sơn khác
·       Sơn điện ly: (ED) còn gọi là sơn mạ, sơn kết tủa là một công nghệ sơn mới mà trong quá trình sơn vật sơn đóng vai trò là anot được nhúng hoàn toàn trong bể sơn, thành bể sơn hoặc các tấm bản cực âm đóng vai trò là catot, sơn được hòa tan trong dung môi tạo thành dung dịch điện ly. Dung dịch điện ly gồm 80-90% nước ion hóa và 10-20% sơn rắn. Đặt hiệu điện thế trung bình giữa anot và catot khoảng 100~350V sẽ xuất hiện dòng điện tương đối cao 800~1000A trong dung dịch điện phân. Khi đó xảy ra quá trình sơn điện ly.
·       Sơn phun tia phủ: Bản chất của phuơng pháp này là vỏ xe đuợc đưa vào buồng sơn chuyên dụng, dung dịch sơn được phun phủ với sự duy trì tiếp sau trong hơi hỗn hợp dung môi. Vỏ xe theo băng chuyền vào khu phủ 8, đi qua các mạch ống miệng phun dung dịch sơn duới áp lực cao. Vỏ xe đuợc sơn theo băng chuyền vào hầm chứa đầy hơi dung môi hữu cơ. Nồng độ cao của chất dung môi làm cản trở sự bay hơi, làm tốt lên sự tưới của sơn, giảm lượng vón cục và kết tủa cũng như các khuyết tật khác. Vỏ xe di chuyển trong hầm khoảng 10-15 phút ở nhiệt độ không cao hơn 18-20oC, tạo điều kiện tốt nhất cho sơn phủ. Cuối cùng vỏ xe đã được sơn ra khỏi hầm và xuống buồng sấy.
·       Sơn phun sương dùng khí nén: Là phương pháp dùng súng phun sơn, nhờ dòng không khí nén dung dịch sơn được phun ra qua vòi phun thành các hạt dạng sương mù bám đồng đều trên bề mặt vỏ xe, kết hợp lại thành lớp sơn phủ.
·       Phương pháp phun sơn cao áp không có không khí: Dùng bơm cao áp tạo áp suất nhất định, nhờ áp suất cao dung dịch sơn được phun thành các hạt sương nhỏ, áp suất dòng sơn phun giảm xuống bằng áp suất khí quyển, dung môi bay hơi tức thì tạo thành lớp sơn mịn. Chùm tia phun tập trung và được bảo vệ bằng lớp hơi dung môi, ngăn sự khuếch tán các hạt sơn ra môi trường, nên tổn thất nhỏ khoảng 10-15%, tiêu hao dung môi thấp do súng phun có độ nhớt cao, giảm số lần phun phủ, môi trường lao động tốt.
·       Phương pháp nhúng: Là phương pháp nhúng sản phẩm vào trong bể sơn, sau đó lấy ra, để dung dịch sơn còn thừa trên bề mặt tự nhiên rơi xuống, sau đó ra sấy khô. Trong sản xuất hàng loạt, sử dụng băng chuyền treo để vận chuyển vỏ xe qua các công đoạn khử dầu mỡ, làm sạch, rửa, phốt phát hóa và treo vào bể 4 chứa đầy dung dịch sơn, giữ lại đây một thời gian đủ để sơn bám vào vỏ xe theo hành trình băng chuyền. Sơn thừa chảy vào bể và theo máng 7 về bể.
1.2.2 Các loại sơn
Sơn có rất nhiều loại và mỗi loại có tính chất khác nhau, căn cứ vào mục đích sử dụng mà chọn loại sơn thích hợp.

*Loại sơn

-Sơn dầu

+Ưu điểm

Chịu khí hậu tốt, dùng trong nhà, ngoài trời.

+Nhược điểm

Khô chậm, tính năng cơ khí thấp, không thể mài, đánh bóng.

-Sơn phenol formandehit

+Ưu điểm

Màng cứng chịu nước, chịu ăn mòn hóa học và cách điện.

+Nhược điểm

Dễ biến màu, màng sơn giòn.

-Sơn ankyd

+Ưu điểm

Chịu khí hậu tốt, bóng bền.

+Nhược điểm

Màu đen, không thể chế tạo các loại màu sơn, chịu ánh sáng yếu.

-Sơn gốc amin

+Ưu điểm

Độ cứng cao, bóng, chịu nhiệt, chịu kiềm, bám chắc tốt.

+Nhược điểm

ở nhiệt độ cao đóng rắn, màng sơn sấy giòn.

-Sơn gốc nitro

Khô nhanh, chịu mài mòn, chịu khí hậu tốt.

+Nhược điểm

Dễ cháy, chịu ánh sáng ti tử ngoại kém, không chịu được nhiệt độ trên 60 độ C.

-Sơn nitro xenlulo

+Ưu điểm

Chịu khí hậu tốt, chịu ánh sáng tai tử ngoại

+Nhược điểm

Độ bám và chịu ẩm kém.