汽车轮毂用厚膜罩光清漆的应用研究

2020-07-31

随着汽车行业的快速增长,国内汽车轮毂企业增速较快,同时市场需求也向着多元化发展。汽车轮毂的涂层结构主要是底粉+色漆+透明涂层组成,表面透明涂层主要以普通溶剂型罩光清漆及透明粉末为主,透明涂层赋予漆膜高光泽、鲜映性和优良的物理化学性能,其表面的高亮度更受到人们的青睐。透明粉末涂层具有外观优势的同时,也有一些不足,如涂装成本高、多次返工附着性能差等,在应用方面受到一定的局限性。普通溶剂型罩光清漆涂层工艺性较好,但是也有整体丰满度略偏差、边缘防腐性不足等缺陷,平均喷涂厚度厚度2030 μm,若厚膜喷涂容易出现起泡、边缘积漆等施工缺陷。

用户对轮毂产品的性能和外饰的要求都在不断提升,涂装厂家希望提供一种可供厚膜喷涂的罩光清漆,在现有要求的基础上,涂膜厚度提高50 %,平均单层厚度35 μm 以上,可有效提高装饰性能及边缘的防腐性能。本研究就汽车轮毂用厚膜罩光清漆的研制与应用进行讨论。

1 试验部分

1.1 主要原材料

热固性丙烯酸树脂,工业级,湛新树脂(中国)有限公司;SCA改性丙烯酸树脂,工业级,湛新树脂(中国)有限公司;氨基树脂A,工业级,长春;氨基树脂B,工业级,湛新树脂(中国)有限公司;附着力促进剂,工业级,海明斯;流平剂,工业级,BYK;消泡剂,工业级,BYK;溶剂,工业级,石化。

1.2 厚膜罩光清漆基础配方

研制的汽车轮毂用厚膜罩光清漆基础配方如表1 所示。

1.3 涂装工艺

铝合金汽车轮毂—前处理—粉末涂料—固化*a—底漆—流平515 min—色漆—流平515 min—固化*b—机加工—前处理—罩光清漆—流平515 min—固化*b

*a 粉末涂料常规固化条件为170190 ℃,2030 min

*b 溶剂型轮毂用涂料的常规固化条件为135145 ℃,2030min

1.4 主要试验仪器

分散机,上海现代环境工程技术有限公司;高温烘箱,TAE.SUNG.E.N.G;数显恒温搅拌循环水箱,常州国华电器有限公司;盐雾腐蚀试验箱,无锡苏南试验设备有限公司;高低温湿试验箱,南亚;氙灯老化试验机,Q-LAB

1.5 涂膜性能

研制的汽车轮毂用厚膜罩光清漆主要性能指标如表2 所示。

2 结果与讨论

2.1 主体树脂的选择

主体树脂是涂料形成连续性立体网状涂膜的主要物质,是决定涂膜物理化学性能的关键材料。主体树脂的选择对清漆涂层的性能影响较大,不但影响涂膜的物化性能,还会影响涂层的上膜厚性。厚膜罩光清漆的主体树脂必须具有同铝合金基材较好的附着力、较高的喷涂固体分、厚膜喷涂的防流性以及较高的透明性。

本文研究的罩光清漆选取防流挂树脂与丙烯酸树脂相结合,其中的防流挂树脂主要提供涂层的可厚膜喷涂性及部分物化性能,丙烯酸树脂主要提供涂层的亮度、金属基材的附着力及配套性能等。

2.1.1 防流挂树脂的选择及用量

罩光清漆的防流挂性能与树脂的选择及其用量具有直接关联性。采用SCA 类型树脂作为成膜物,可以得到较好的防流挂性能。SCA Sag Control Agent 的简称,意思流挂控制剂。其原理是对树脂用聚脲化合物改性,聚脲化合物的分子结构容易形成氢键,当没有外力或外力很小(比如垂直面的湿膜产生的比较小的重力)由于有氢键,涂料(或湿的涂膜)表现比较高的粘度,可以使涂膜不容易流,当有一定的剪切力时,比如,漆液在输送过程或喷涂过程中,氢键被破坏,漆液又表现出很低的粘度而易于流动。

选用湛新SCA 改性丙烯酸树脂作为成膜物,可以提升可厚膜喷涂的厚度。不同树脂用量对涂层性能的影响如表3 所示。

由表3 可知,随着SCA 树脂含量的增加,可厚膜喷涂的厚度在逐渐提升,当加入量达到25 %时,厚度可以达到50 μm 以上;随着SCA 树脂的增加,光泽在逐渐降低, 当加入到35%以上时,光泽下降就更为明显。根据所测结果及预期目标,SCA 树脂加入到25 %左右时,可以获得较好的厚膜喷涂性及外观效果。

2.1.2 热固性丙烯酸树脂的选择

热固性丙烯酸树脂对漆膜的综合性能影响较大,选择的SCA树脂因其结构特性原因,在光泽及透性方面略差,所以与其配合的另一主体树脂除了要与SCA 具有很好的相容性以外,还需要在耐候性及外观方面有优异的性能。本研究选择的热固性丙烯酸树脂,基本参数为不挥发份为68.0 %75.0 %,粘度为20005000mpa.s,酸值为712 mgKOH/g,羟值选择为100 %理论下5080

2.2 交联物的选择及氨基比的影响

采用正丁醚化三聚氰氨甲醛树脂作为交联剂,形成的漆膜具有配套性强、抗冲击性及硬度均衡等特点,高亚氨基三聚氰胺甲醛树脂作为交联剂,形成的漆膜具有较好的耐化学品性能及较高的漆膜硬度。本研究选择正丁醚化三聚氰胺甲醛树脂与高亚氨基三聚氰胺甲醛树脂按照相等固体分作为交联剂,与主体树脂配合具有较好的综合性能,可以较好的满足轮毂用清漆的性能指标。

氨基比(氨基树脂的固体分与主体树脂固体分的比值)直接影响涂层性能,在其他因素不变的情况下,不同的氨基比对涂层的附着力、硬度及理化性能的影响如表4 所示。

由表4 可知,氨基比过高或者过低,涂层的附着力、耐水性等影响较大。当氨基含量较高时,漆膜硬度较高,但涂层附着力、耐水附着力下降明显。当氨基含量较低时,漆膜的硬度、附着力、耐水及耐盐雾性能均有明显的下降。当氨基比在12.6-12.9 时,涂层具有最佳的综合效果。

2.3 助剂的影响

厚膜罩光清漆的原材料选择,除主体树脂及交联树脂以外,助剂也起着关键的作用,适宜的附着力促进剂可以提升涂层同铝合金基材的附着力以及涂层间的附着力,适宜的流平剂及消泡剂可以减少涂层在厚膜喷涂下的涂层缺陷。

2.3.1 附着力促进剂的选择

附着力促进剂可以有效提升清漆涂层与铝合金底材或者下层色漆的附着力,可以选用磷酸酯类型助剂。加入助剂除评估物化性能以外,需要评估涂料的原漆贮存性等。

2.3.2 流平剂的选择

为了保证罩光清漆在铝合金基材表面及色漆涂层表面具有较好的流平及润湿效果,涂料中需要加入一定量的流平剂。流平剂的加入可以有效提升流平性能,防止缩孔等施工缺陷。在选择流平剂方面,需要考虑可以适当的降低涂料的表面张力,提高润湿性,既不产生气泡又不稳泡,不影响层间附着力,过高的流平剂加入量或者过于降低表面张力的流平剂不利于清漆的厚膜喷涂。可以加入聚丙烯酸类流平剂,如有需要,也可加入少量的聚酯改性有机硅表面助剂。通过筛选,最终选择了聚丙烯酸类流平剂(BYK-358N,加入量为0.3 %0.6 %),搭配少量的聚酯改性有机硅表面助剂(BYK-310,加入量为0.01 %0.03 %)

2.3.3 消泡剂的选择

罩光清漆在烘烤过程中容易产生气泡,影响涂膜的平整光亮度及外观效果。消泡剂可以有效提升清漆涂层的可施工厚度,需要评估对体系的相容性、涂层的外观、重涂附着力有无负面的影响。通过筛选,最终选择了聚丙烯酸酯类表面助剂(BYK-392,加入量为0.03 %0.1 %)

2.4 溶剂的影响

在罩光清漆中,溶剂主要起调节粘度的作用,同时具有利于贮存及调节施工的作用。清漆配方中加入一定量的醇类溶剂利于涂料的贮存。清漆配方中加入一定量的酯类溶剂可以提升产品的溶解性。选择挥发速度适宜的芳烃类溶剂,可以调节施工过程中厚膜施工下涂层缺陷的产生,如流挂、起泡等。

2.5 施工工艺的影响

本文研究的厚膜罩光清漆适合空气喷涂或静电喷涂,对施工工艺要求较高,主要影响因素包括环境温度、稀释剂的使用以及喷涂粘度等。当喷漆室环境温度低于15 ℃时,不利于罩光清漆的上膜厚性。根据喷涂时工件的表面温度、环境温度、工件的复杂程度以及喷涂方式选择合适的稀释剂,适宜的稀释剂可以减少涂层施工缺陷的发生。本研究的厚膜罩光清漆与普通的溶剂型罩光清漆相比,允许更高的施工粘度,建议喷涂粘度为1626 s(-4),在该粘度下得喷涂固含基本在42.0 %48.0 %范围内。

3 结论

汽车轮毂用厚膜罩光清漆以SCA 改性丙烯酸树脂及高固低粘的热固性丙烯酸树脂为基体树脂,以正丁醚化三聚氰胺甲醛树脂及高亚氨基的三聚氰胺甲醛树脂为交联树脂,在附着力促进剂、流平剂、消泡剂及溶剂等配合下制备而成。产品具有可厚膜喷涂、附着力强、可重涂、防腐性能优异等优点,适用于铝合金轮毂等领域的表面装饰与防护。

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