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新型汽车底漆生产工艺及配方设计根据汽车底漆的性能和市场要求

2021-08-18 来源:辽阳机械信息网

新型汽车底漆生产工艺及配方设计,根据汽车底漆的性能和市场要求

1 前 言

汽车底漆是汽车涂装的第一道涂层,直接与汽车体钢架材料相接触,也是高级汽车涂装设计整个配套涂层中连结面涂层与底材的重要涂层。因此作为底漆应具备与钢材有极好的附着力,与上层面漆有很强的结合力,这是高级汽车底漆应解决的主要问题。

其次作为底漆还需具有一定的漆膜厚度以获得优良的防止钢材腐蚀和生锈的特性,也需具备较好的硬度、柔韧性、耐冲击性,以抵抗外来石击、磨损等破坏中国机械网okmao.com。国外从90 年代初起,汽车底漆大约80% 采用阴极电泳,20%采用阳极电泳漆和自干型环氧类合成树脂底漆。

前者具有极好的附着力和优异的防腐防锈性,特别适合于汽车底涂装,并已逐渐向厚膜型和低温固化型方向发展。国内企业也有从国外引进的阴极电泳漆生产线,生产的产品性能基本达到发达国家水平,但阴极电泳漆生产投资大、成本高、技术难度高。为此,针对国内高级汽车工业的发展形势和规模,特别针对南方中小型汽车企业需求,对性能优异、生产投资少和产品成本适中的高级汽车底漆进行了研究。

2 实验部分

2.1 技术路线

高级汽车底漆的成膜物主要包括环氧树脂,饱和聚酯树脂和聚氨酯树脂。其固化方式多样,成膜后,漆膜化学稳定性高、结构紧密,并能通过配比和成漆配方的优化和调控,制得综合性能既优异又平衡的高级汽车底漆。

2.2 汽车底漆生产配方及工艺

2.2.1 底漆生产配方

以铁红高级汽车底漆为例的生产配方见表1。

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铁红高级汽车底漆配方

2.2.2 制备步骤

制备底漆分甲乙组分。甲组分:按配方量先把聚酯树脂、颜料、填料、部分助剂和溶剂进行高速分散,然后进行砂磨;再与环氧树脂及部分助剂一起调色成漆。选用固体分(50%)的聚氨酯固化剂作为乙组分备用。

涂装施工配方比例。底漆∶固化剂=4∶1调合均匀。

2.3 产品性能测试

根据高级汽车底漆工艺配方设计,制得铁红高级汽车底漆样板并测定漆膜性能如表2所示。

铁红高级汽车底漆性能指标

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从表2 实测结果可以看出,其各项技术指标已达到和超过了标准技术指标,这表明高级汽车底漆漆膜的综合性能优异。

3 结果与讨论

3.1 主要成膜物的选择

由于环氧树脂具有环氧基团,在结构上就具备了较高的极性,能与钢材、金属表面起反应,生成化学链,形成较好的附着力,且环氧基团具有较好的防水性,从而赋予涂膜良好的防腐和防锈性能。环氧树脂的环氧基团和聚酯树脂的未端羟基均能与异氰酸酯— NCO 基团进行化学反应,均可形成三维网络状大分子结构,且主侧链上的酯键柔韧性较高,故使得它们形成的涂层能经受较强的冲击。

聚氨酯树脂能提供漆膜较高的耐化学性和较好的对钢材的附着力。为此,高级汽车底漆主要选择了环氧、聚酯和聚氨酯树脂复合作为成膜物,三者复合使用,通过实验选择最佳配比配方:自合成的微支链型1号和2号聚酯树脂与三种环氧树脂(E-06、E-12、E-20)采用不同的比例进行配比实验,试验方案见表3。

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树脂配比试验

试验采用聚酯树脂和环氧树脂的比例为35:6的配比、OH/NCO的比例相同进行实验,试验结果如表4所示。

树脂配比试验结果比较

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从上述试验结果可以看出,试验方案E 符合试验的要求,所以试验采用E-12环氧树脂和自制2#聚酯树脂匹配制备高级汽车底漆的甲组分。

3.2 颜、填料的选择

作为汽车底漆,常不需具有很高的耐候性。故配方设计时宜采用价格适中的颜填料,在保证成漆整体性能的基础上,尽可能以较低的产品价格使用户易于接受。高级汽车底漆配方中颜、填料的主要作用既为了提供遮盖力及色泽,又为了提供对底钢材的防锈能力,并增加堆积密度,降低成本。铁红颜料粉是一种遮盖力强且防锈性优异的颜料品种,作为无机铁系颜料,还具有极好的稳定性和耐化学性能。

除筛选颜料以外,为提高汽车底漆的漆膜特性,对填料的选择也有一定的要求,应具备一定的防锈、耐水和致密特性,且应易于砂磨性。所以,汽车底漆主要采用了几种填料的复配,并与颜料相匹配等等。

3.3 防沉剂的选择

因为高级汽车底漆的颜基比较高,大量颜填料的存在是成漆极易发生絮凝沉淀,从而破坏漆膜的主要特性,甚至于难以施工致使产品报废。故对于高级汽车底漆配方设计而言,必须考虑到成漆的稳定性,为了提高汽车底漆的稳定性采用了添加防沉剂的方法。所以,实验中考察了多种防沉剂包括有机膨润土、有机改性膨润土、XW2 分散防沉剂和201 防沉剂等,对成漆稳定性的影响如表5所示。

各种防沉剂对成漆特性的影响

由表5可见,2#防沉剂防沉效果最好。所以,选择2#防沉剂用于汽车底漆。

3.4 助剂的选择

高颜基比的底漆配方中树脂含量较低,故漆膜流平性能相对较差,由于主要成膜物选用环氧树脂,本身分子较大,漆膜的流动困难,所以必须选择添加助剂以改善流动性。实验中选择了国内外多种流平剂包括临安产流平剂、BYK 系列流平剂、台湾德谦流平剂及荷兰EFKA 流平剂等,考察了它们对成漆流平性能的影响如表6 所示。由表6 可见,2# 流平剂性能优异且价格适中,可作为汽车底漆调节流平助剂。

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各种流平剂的作用功效

3.5 溶剂的选择

汽车底漆采用了三种树脂复配作为基料,为了提高底漆的干性,保证漆膜平整、光滑,则要求溶剂必须对各种树脂具有较好的溶解能力。对环氧树脂溶解能力较强的溶剂主要为酮类和醇类;对于聚酯主要为芳香烃类和酯类;而对于聚氨酯则主要为酯类、酮类和芳香烃类等等。

由于聚氨酯树脂中—NCO 基团与醇类相互反应,故醇类不能用作底漆溶剂,只能选择酮类、酯类和芳香烃类为底漆溶剂。为此,针对底漆对干性、流平性等特性的要求,试验中考察筛选了混合溶剂种类和用量如表7 所示。由表7 可见,2# 溶剂具有适中的挥发速度,可得到较好的成漆流平性和一定的干性,且价格适中。故高级汽车底漆选用了2# 混合溶剂。

底漆用溶剂对成漆性能的影响

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注:1#溶剂为5%环己酮+5%醋丁+5%二甲苯;2#溶剂为3%环己酮+2%醋丁+3%二甲苯;3#溶剂为2%环己酮+1%醋丁+7%二甲苯。

4 结 论

从产品检测结果可以看出,其各项技术指标已达到和超过了标准技术指标,这表明高级汽车底漆漆膜的综合性能优异,原材料成本低,生产工艺简单,而且设备投资少,所以该生产配方及工艺适合我国特别是南方中小型汽车企业市场发展的需求。

新型汽车底漆生产工艺及配方设计

金祝年(金华职业技术学院材料与化工学院,浙江321007)

郑绍成(浙江师范大学化学与生命科学学院,金华321004)

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