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문제 정의
- 그 기준으로는 헤이즈(Haze), 광택(Gloss), 선명도(Waviness) 등이며 도막표면 위에서의 초점의 정도에 따라 오렌지 필(Orange peel)의 정도와 그 표면의 파장들의 파형들로 판단한다. 따라서 본 연구에서는 도장회수의 증가에 따라 클리어코트의 도막두께를 증가시켰을 경우 헤이즈, 광택 그리고 선명도 등의 외관특성을 가시화하고 그 특성을 분석하였다. 또한 클리어코트의 도막두께 변화에 따른 도장작업성(Workability)이나 물성(Property)에 미치는 영향과 이로 인해 발생될 수 있는 도막의 결함까지도 분석하였다.
- 일반적인 신차도장은 자동화 설비 및 장비에 의해 이루어지는 반면, 자동차 보수도장은 수작업에 의존하고 있는 실정이다. 본 연구는 보수도장의 전체공정中 상도도장공정의 투명도료인 클리어코트(Clear coat)에 대해 다루었다.1) 클리어코트는 색상도료를 보호하는 동시에 외관에 광택을 부여하기 위해 도장되는 상도용도료이다.
- 또한 클리어코트의 도막두께 변화에 따른 도장작업성(Workability)이나 물성(Property)에 미치는 영향과 이로 인해 발생될 수 있는 도막의 결함까지도 분석하였다. 아울러 도장방법을 수평과 수직으로 구분했을 때의 차이점을 도장현장에서 응용할 수 있도록 조망하고자 한다.
제안 방법
- 그리고 열처리가 끝난 시험편을 각각 도막두께측정기로 클리어코드도막을 측정하여 데이터를 기록한다. 그리고 나서 각 시험편별 클리어코트의 도막두께 변화에 따른 광택도 및 선명도 값을 측정, 서로 비교하였으며 주어진 6가지 컬러(black, white, red, green, yellow, blue)별로 도그값을 서로 비교하여 그 상관관계를 실험하였다.
- 도장작업이 완료되면 전체시험편에 대해 세팅타임을 적용한 후 표준열처리(60℃×30min)를 한다. 그리고 열처리가 끝난 시험편을 각각 도막두께측정기로 클리어코드도막을 측정하여 데이터를 기록한다. 그리고 나서 각 시험편별 클리어코트의 도막두께 변화에 따른 광택도 및 선명도 값을 측정, 서로 비교하였으며 주어진 6가지 컬러(black, white, red, green, yellow, blue)별로 도그값을 서로 비교하여 그 상관관계를 실험하였다.
- 본 실험장치는 외부와의 먼지, 소음 및 온도, 습도 그리고 풍속 및 외부적인 영향을 최소화하기 위해 Spray Booth를 사용하였고 도료를 분사할 때 발생하는 각종 VOC는 필터를 통해 외부로 배출시켰다. 또한 도료 분무기인 Spray Gun은 Gravity type을 사용하여 도착효율을 높였고 또한 일정한 에어압력으로 실험하기 위해 디지털압력게이지가 건 몸체에 장착된 스프레이 건을 사용하였다. 이렇게 도장된 클리어코트 도막두께를 측정하기 위해 레이저로 도막두께를 측정하는 도막두께측정기(Film Thickness Gauge)를 사용하였고 이 클리어코트 도막의 전체적인 외관특성을 측정하기 위해 선명도 광택도계(PGD Meter Wave Scan)를 사용하였다.
- 따라서 본 연구에서는 도장회수의 증가에 따라 클리어코트의 도막두께를 증가시켰을 경우 헤이즈, 광택 그리고 선명도 등의 외관특성을 가시화하고 그 특성을 분석하였다. 또한 클리어코트의 도막두께 변화에 따른 도장작업성(Workability)이나 물성(Property)에 미치는 영향과 이로 인해 발생될 수 있는 도막의 결함까지도 분석하였다. 아울러 도장방법을 수평과 수직으로 구분했을 때의 차이점을 도장현장에서 응용할 수 있도록 조망하고자 한다.
- 시험편은 하도(Primer), 중도(Surfacer) 및 상도(Top coat) 베이스코트(Base coat)까지를 도장한 시편을 준비한다. 베이스코트까지 도장된 시험편을 도막두께측정기를 사용하여 전체 도막의 평균두께를 측정하여 기록해둔다. 그런 다음 준비된 2액형 우레탄 도료를 주제와 경화제를 일정 비율대로 혼합한다음 도료의 점도를 체크한다.
- 2의 실험장치를 구성하였다. 본 실험장치는 외부와의 먼지, 소음 및 온도, 습도 그리고 풍속 및 외부적인 영향을 최소화하기 위해 Spray Booth를 사용하였고 도료를 분사할 때 발생하는 각종 VOC는 필터를 통해 외부로 배출시켰다. 또한 도료 분무기인 Spray Gun은 Gravity type을 사용하여 도착효율을 높였고 또한 일정한 에어압력으로 실험하기 위해 디지털압력게이지가 건 몸체에 장착된 스프레이 건을 사용하였다.
- 본 연구에서는 도장횟수별로 증가하는 클리어코트의 도막두께에 따른 경도 및 광택 등의 외관특성을 확인하기 위해 Fig. 2의 실험장치를 구성하였다. 본 실험장치는 외부와의 먼지, 소음 및 온도, 습도 그리고 풍속 및 외부적인 영향을 최소화하기 위해 Spray Booth를 사용하였고 도료를 분사할 때 발생하는 각종 VOC는 필터를 통해 외부로 배출시켰다.
- 본 연구에서는 클리어코트의 도막두께가 자동차 보수도장의 외관특성에 미치는 영향을 광택도, 헤이즈 값, 선명도 및 도막경도 분석을 통하여 얻은 결론은 다음과 같다.
- 스프레이 건의 노즐 사이즈는 1.3mm의 것을 사용하여 도료의 미립화를 향상시켰고 분무기의 운행속도를 50cm/sec 정도로 일정하게 조절하여 실험하였다. Fig.
- 아래와 같은 실험조건은 실제로 산업현장에서의 작업조건과 가장 근접하게 하기 위해서 선정하였다. 스프레이 분사압력은 2.0bar로 정확성을 위해 디지털 압력게이지를 이용하여 일정한 압력하에 실험이 되도록 하였다.4)
- 그런 다음 준비된 2액형 우레탄 도료를 주제와 경화제를 일정 비율대로 혼합한다음 도료의 점도를 체크한다. 시험편을 가로, 세로로 일정한 간격을 유지하여 양면 테이프로 고정한 다음 준비된 도료를 이용해 전체 시험편에 대해 1회 도장을 실시한다. 도장방법은 두 가지로 하였다.
- 실험은 우선, 일정한 클리어코트의 도막을 확보하기 위해 온도와 습도를 유지한 후 시험편을 깨끗하게 세정제를 이용하여 세정한다. 시험편은 하도(Primer), 중도(Surfacer) 및 상도(Top coat) 베이스코트(Base coat)까지를 도장한 시편을 준비한다.
- 9) 나머지 시험편에 대해 다시 클리어코트를 1회 도장하면 이 시험편에는 클리어코트가 2회 도장된 도막이 형성된다. 이렇게 도장간 플래쉬타임을 충분히 적용하면서 도장회수별 클리어코트의 도막두께를 증가시키는 방법으로 실험을 수행하였다. 도장작업이 완료되면 전체시험편에 대해 세팅타임을 적용한 후 표준열처리(60℃×30min)를 한다.
- 또한 도료 분무기인 Spray Gun은 Gravity type을 사용하여 도착효율을 높였고 또한 일정한 에어압력으로 실험하기 위해 디지털압력게이지가 건 몸체에 장착된 스프레이 건을 사용하였다. 이렇게 도장된 클리어코트 도막두께를 측정하기 위해 레이저로 도막두께를 측정하는 도막두께측정기(Film Thickness Gauge)를 사용하였고 이 클리어코트 도막의 전체적인 외관특성을 측정하기 위해 선명도 광택도계(PGD Meter Wave Scan)를 사용하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 Fig. 1과 같이 자동차 보수도장 전체 공정중에서 점선으로 표시된 부분이 상도공정인 2액형 우레탄 클리어코트(2K-PUR Clear Coat)이다. 실험장치에서는 실제패널을 사용하지 않고 클리어코트의 도장횟수에 따른 도막두께를 정확히 측정하기 위해 자동차용 강철시험편[Steel Sheet Test Sample, W(100mm)×L(3000mm)×T(0.
- 실험은 우선, 일정한 클리어코트의 도막을 확보하기 위해 온도와 습도를 유지한 후 시험편을 깨끗하게 세정제를 이용하여 세정한다. 시험편은 하도(Primer), 중도(Surfacer) 및 상도(Top coat) 베이스코트(Base coat)까지를 도장한 시편을 준비한다. 베이스코트까지 도장된 시험편을 도막두께측정기를 사용하여 전체 도막의 평균두께를 측정하여 기록해둔다.
- 7m/s로 유지하였다. 실험에 사용한 도료는 2K PUR Clear Coat로 2액형 아크릴 우레탄 클리어코트를 사용하였다.2,3)
- 실험장치에서는 실제패널을 사용하지 않고 클리어코트의 도장횟수에 따른 도막두께를 정확히 측정하기 위해 자동차용 강철시험편[Steel Sheet Test Sample, W(100mm)×L(3000mm)×T(0.8mm)]을 준비, 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 1) 클리어코트 도막두께별 광택도(20°,60°)를 분석한 결과 어느 일정 도막두께 영역(50~55㎛)까지는 수평 및 수직에서의 광택도(20°,60°)가 상승곡선을 그리며 향상되는 것을 확인할 수 있었지만 이 영역(50~55㎛) 이상에서의 광택도는 값이 증가하지 않고 다소 감소하는 경향을 보였다.
- 2) 헤이즈 값에 의한 클리어코트 도막두께 특성은 어느 일정 도막두께 영역(50~55㎛)이하에서는 헤이즈 값이 상승하여 도막의 외관이 탁하고 맑지 않은 것으로 나타났지만 50~55㎛ 영역에 도달해서는 가장 양호한 외관상태를 나타내었다.
- 3) 선명도 값에 따른 클리어코트의 도막두께 특성은 어느 일정 도막두께 영역(50~55㎛)에 도달함에 따라 급격한 상승곡선을 그리다가 이 영역을 넘어서면서부터 하향곡선을 그린다는 것을 볼 때 클리어코트의 적정 도막두께가 자동차 보수도장의 외관특성을 결정하는 중요한 영향 인자라고 판단된다.
- 4) 도장방법에 따른 클리어코트 도막두께 특성을 비교해 본 결과, 수직상태로 도장할 때보다 수평상태로 도장할 때가 보다 양호한 값들을 나타내었다. 따라서 도장방법이 외관특성을 향상시키는데 미치는 영향이 매우 크다는 것을 알 수 있다.
- 5) 도막경도에 따른 클리어코트 도막두께 특성을 비교한 결과, 클리어코트의 도막두께 영역(50~55㎛)이상일 때 도막경도가 급격하게 감소하였다. 이것은 도막경도에 미치는 영향보다 작업시간, 대기시간, 세팅시간 및 여러 번에 걸친 열처리 시간 등의 여러 가지 작업적인 측면에 더 많은 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 또한, 이 두께 영역(50~55㎛)을 넘어 70~75㎛ 및 85~90㎛ 영역에서는 선명도 값이 오히려 감소하는 경향을 보인다는 것도 알 수 있다. 그리고 수평상태와 수직상태의 도막두께별 선명도를 비교해 볼 때 수평상태에 비해 수직상태의 선명도가 더 낮게 나타난 것을 알 수 있는데 이것은 도장상태에 따라 선명도가 달라진다는 것과 클리어코트의 적정도막 두께가 선명도에 미치는 영향이 매우 크다는 것을 증명해준다.8)
- 클리어코트 도막두께가 증가하면 할수록 광택도(Brightness)역시 계속적인 증가를 보일 것으로 판단했지만 결과는 클리어코트 도막이 어느 정도까지는 두께 증가에 따라 광택도가 증가하다가 일정 영역을 지나면서 그 증가폭이 둔화되면서 심지어는 감소하는 것을 알 수 있었다. 도장방법의 차이에 있어서의 결과는 수평상태의 광택도가 수직상태의 광택도에 비해 전반적으로 양호한 결과를 나타내었다. 이러한 결과는 클리어코트 도막두께가 광택도(horizontal 20°, 60° 광택)에 영향을 미치는 것으로 판단된다.
- 클리어코트 도막두께와 경도와의 관계를 검토한 결과는 Table 2에 나타내었다. 비교적 도막두께가 얇을수록 경도가 높게 나타났으며 점차적으로 도막두께가 두꺼워짐에 따라 도막경도가 낮게 나타남을 알 수 있다.
- 이것은 도막경도에 미치는 영향보다 작업시간, 대기시간, 세팅시간 및 여러 번에 걸친 열처리 시간 등의 여러 가지 작업적인 측면에 더 많은 영향을 미치는 것으로 판단된다. 이와 같은 결과로부터, 클리어코트의 적정도막두께가 광택도, 헤이즈(탁함), 선명도 및 경도 등의 자동차 보수도장의 외관특성을 좌우하는데 중요한 영향인자라는 것을 알 수 있었다.
- 또한, 수평상태로 적용한 시험편과 수직상태로 적용한 시험편을 서로 비교해 볼 때 두께 영역이 낮아질수록 현저하게 큰 헤이즈 값의 차이를 볼 수 있다. 즉, 두께영역 20~25㎛의 수평상태(Haze 27~35) 대비 수직상태(Haze 30~36)의 결과는 수평상태에서의 도막 특성이 수직상태의 것보다 더 양호하다는 것을 알 수 있다. 이것은 도막 두께가 급격하게 증가하더라도 헤이즈 값이 현저하게 감소하지 않고 오히려 두꺼운 영역에서는 큰 변화가 없다는 것 또한 알 수 있다.
- 또한, 수직도장 방법에 있어서도 수평도장과 마찬가지의 결과를 나타내었다. 컬러별로는 white, red, yellow, green, blue 및 black의 순으로 나타나 컬러의 종류에 따른 영향은 그렇게 크지 않은 것을 알 수 있으며 이 결과로 인해 수직상태나 수평상태에 관계없이 클리어코트 도막두께가 광택에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.5,6)
- 4(horizontal 60°)에 나타내었다. 클리어코트 도막두께가 증가하면 할수록 광택도(Brightness)역시 계속적인 증가를 보일 것으로 판단했지만 결과는 클리어코트 도막이 어느 정도까지는 두께 증가에 따라 광택도가 증가하다가 일정 영역을 지나면서 그 증가폭이 둔화되면서 심지어는 감소하는 것을 알 수 있었다. 도장방법의 차이에 있어서의 결과는 수평상태의 광택도가 수직상태의 광택도에 비해 전반적으로 양호한 결과를 나타내었다.
- 클리어코트 도막두께특성에 따른 선명도 변화를 살펴보면 도막두께가 낮은 영역 20~25㎛에서의 선명도값이 가장 낮은 것으로 나타났다. 선명도 값이 낮다는 것은 빛의 반사에 의해 나타나는 상(image)의 초점이 흐릿하여 정확하게 문자나 그림을 인식하기 어렵다는 것을 말해준다.
- 6에 나타내었다. 클리어코트의 도막두께 변화에 따른 헤이즈 값의 변화를 보면 두께 영역이 낮을수록 헤이즈 값이 높아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 표시되어 있지 않았지만 그 이하의 두께 영역에서는 더 낮은 헤이즈 값을 나타낼 것이라는 것을 충분히 유추해 낼 수 있다.
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