汽車鋁輪轂用電鍍效果粉末涂料的應(yīng)用研究
汽車鋁輪轂作為汽車的關(guān)鍵零部件，各大車輪廠商在探尋新的生產(chǎn)工藝，F(xiàn)在汽車輪轂的工藝流程是:先噴涂粉末涂料底漆(180℃/20min烘干)，再噴涂水性面漆，zui后噴涂水性透明漆或者丙烯酸透明粉末涂料。為了簡化工藝，本研究將現(xiàn)有的鋁輪轂的3層涂覆工藝改成2層粉末噴涂工藝:第 一層，噴涂粉末(底面合一電鍍銀效果粉末涂層，180℃/20min固化);第二層:噴涂丙烯酸罩光透明粉末涂料。減少中間的噴漆環(huán)節(jié)，涂層性能達(dá)到了原三涂層的性能，保證了鋁輪轂的耐腐蝕和美觀性，也極大地降低了VOC。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要原料
環(huán)氧樹脂E——12樹脂:國內(nèi)市售;聚酯飽和樹脂、丙烯酸罩光粉末涂料A——CL0306A:廣州擎天材料科技有限公司;銀粉定向排列劑、流平劑、安息香:工業(yè)級，寧波南海化學(xué)有限公司產(chǎn)品;2091浮銀:工業(yè)級，Benda——Lutz公司。
1.2涂料配方
底面合一電鍍銀效果粉末涂料配方見表1。
為了使粉末涂料涂覆在鋁輪轂上具有電鍍銀漆的效果，需將表1透明底粉按比例(2091浮銀占總量的0.5%——1.5%)進(jìn)行邦定，邦定工藝設(shè)置邦定機(jī)轉(zhuǎn)速200——1400r/min，邦定時(shí)浮銀和底粉在高速旋轉(zhuǎn)下充分混合，邦定后粉末噴涂鋁輪轂光澤達(dá)到400——450。
1.3性能表征
以中信戴卡車輪廠的標(biāo)準(zhǔn)測試汽車鋁輪轂電鍍粉末涂層性能。外觀標(biāo)準(zhǔn):按Q/DKWJ003—2014測試，要求粉末電鍍涂層和電鍍銀漆具有相同的飽滿度和表面平整度;并通過各大汽車裝配廠漆膜性能測試，主要包括電鍍底粉和表面丙烯酸透明粉的附著力、耐沖擊性、耐水性測試、CASS(銅鹽加速醋酸鹽霧)試驗(yàn)、絲狀腐蝕試驗(yàn)等。
2、結(jié)果與討論
2.1樹脂的選擇
根據(jù)鋁輪轂涂層的性能要求，適合用于汽車鋁輪轂表面噴涂的粉末涂料必須要有流平性、透氣性、耐化學(xué)性能優(yōu)良等特點(diǎn)。本試驗(yàn)采用環(huán)氧/聚酯體系，將不同環(huán)氧當(dāng)量的環(huán)氧樹脂和不同酸值的聚酯樹脂搭配，180℃固化20min后測試其對涂膜性能的影響，結(jié)果如表2所示。
不同聚酯樹脂的膠化時(shí)間和流動(dòng)各不相同，為制得流平性和飽滿度符合電鍍外觀的粉末涂料，要選擇合適的聚酯樹脂。聚酯樹脂是由多元醇和多元酸進(jìn)行縮聚反應(yīng)制得，樹脂中的多元醇TMP和多元酸TMA增加，聚酯樹脂黏度大，樹脂相對分子質(zhì)量相應(yīng)增加，聚酯樹脂與環(huán)氧的相容性變差，涂層固化時(shí)樹脂體系分散不好，表面流平效果差，產(chǎn)生橘皮，同時(shí)不利于浮銀在涂層中向表面遷移。但選用聚酯樹脂黏度過小，粉末涂層的膠化時(shí)間長、水平流動(dòng)大，涂層中浮型鋁粉均勻嵌在涂層中，來不及向表面遷移，會產(chǎn)生嚴(yán)重的露底縮孔，對施工不利。從表2數(shù)據(jù)可知，樹脂D具有合適的黏度、膠化流動(dòng)配比和優(yōu)異流平性能，滿足汽車輪轂的外觀效果及常規(guī)性能的要求。
本實(shí)驗(yàn)選取環(huán)氧當(dāng)量低(環(huán)氧值:0.09——0.17mol/100g;軟化點(diǎn):86——105℃)的環(huán)氧樹脂，以平衡與飽和羧基聚酯樹脂的關(guān)系，有助于環(huán)氧和聚酯樹脂的相容性，使粉末涂層在鋁輪轂表面流平性和飽滿度更好，更美觀。當(dāng)實(shí)驗(yàn)選取環(huán)氧當(dāng)量高的環(huán)氧樹脂時(shí)，環(huán)氧樹脂隨著環(huán)氧當(dāng)量的增加，軟化點(diǎn)、黏度增大，涂層的脆性相應(yīng)增加，車輪轂樣件表面復(fù)雜，極易出現(xiàn)涂層的開裂，不利于粉末涂層的整體性能。
2.2流平劑對性能的影響
本實(shí)驗(yàn)在配方中添加0.5%——1.5%載體為二氧化硅的流平劑，以降低涂層的熔融黏度，使鋁輪轂電鍍銀粉表面張力更加均勻，獲得更好的流平度和飽滿度。根據(jù)輪轂的施工特殊性，選用流平劑一方面需解決與表面罩光丙烯酸附著力問題，同時(shí)需滿足電鍍銀漆的高流平和高飽滿度的要求。表3為流平劑用量對涂層性能的影響。
從表3可知，在配方中添加1.5%的流平劑可獲得輪轂涂層所需要的表面張力，表面張力在31mN/m時(shí)，電鍍涂層流平性、飽滿度符合輪轂要求，并且和丙烯酸透明層間的附著力zui好。另外鋁輪轂整體性能中CASS(銅鹽加速醋酸鹽霧試驗(yàn))、碎石沖擊等性能也滿足涂膜性能要求。
從表3還可以看出，流平劑用量較少時(shí)，噴涂在鋁輪轂表面的電鍍涂層流平不充分，容易出現(xiàn)電鍍黑銀點(diǎn)，影響涂層美觀。隨著用量的增加，流平劑用在在1%時(shí)，涂層流平充分，電鍍銀涂層充分流平涂敷在輪轂表面(光澤可達(dá)到420)，但當(dāng)添加過量時(shí)涂層表面出現(xiàn)波浪式橘皮，同時(shí)涂層鏡面效果變渾濁，光澤降低。
2.3定向排列劑的選擇
達(dá)到電鍍銀漆效果外觀是本研究的關(guān)鍵，為了達(dá)到400——500的高光澤，需要在配方中添加特殊的定向排列劑，具體指標(biāo)見表4。設(shè)計(jì)配方時(shí)利用浮銀與粉末潤濕性差，當(dāng)固化時(shí)粉末體系黏度增大，涂層中浮銀受定向排列劑作用向上遷移，在鋁輪轂表面形成均勻、致密、有序的電鍍涂層。
圖1為定向排列劑添加量對涂層光澤的影響。
從圖1可以看出，定向排列劑推薦添加量小于0.5%時(shí)，起不到提高光澤的作用;當(dāng)添加量大時(shí)，涂層表面會干澀，起霧嚴(yán)重影響鋁輪轂的美觀。添加量在0.7%——0.8%，電鍍效果zui佳，同時(shí)不影響表面罩光丙烯酸透明粉的重涂性能。
2.4罩光透明粉
本實(shí)驗(yàn)的底粉為浮型鋁銀粉，其表面未經(jīng)過任何處理，耐候性差，需要在車輪的表面罩涂丙烯酸透明粉末涂料A——CL0306A，以達(dá)到能通過CASS、滿足耐水和耐碎石打擊等性能的要求。
2.5施工條件的影響
本實(shí)驗(yàn)首先對戴卡的爐溫進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤測試，輪轂邊緣溫度接觸不良，和空氣溫度相同，結(jié)果如圖2所示。透明粉線固化條件為160℃/20min，戴卡普通線固化條件為180℃/20min。根據(jù)客戶現(xiàn)場爐溫(如圖2和圖3)，設(shè)定施工條件，調(diào)節(jié)金馬噴槍電壓70kV，氣壓65Nm3，電極5.2mg/m3，電流17μA，該參數(shù)下噴涂的效果zui好。還需注意噴涂時(shí)應(yīng)確保噴槍連續(xù)出粉，輪轂勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如有斷粉和輪轂不勻速轉(zhuǎn)動(dòng)情況，極易出現(xiàn)橘皮。
3、汽車用鋁輪轂涂料關(guān)鍵性能表征試驗(yàn)
在中信戴卡車輪實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的性能試驗(yàn)除高濕度暴露試驗(yàn)(耐水性試驗(yàn))稍差，其余基本已經(jīng)達(dá)到了車輪的要求標(biāo)準(zhǔn)，如表5所示。
在戴卡現(xiàn)場進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，粉末涂層耐水性(冷凝水恒溫試驗(yàn))差主要表現(xiàn)在粉末電鍍涂層和丙烯酸透明涂層中間銀粉層發(fā)黑和附著力差，通過調(diào)整配方中羧基樹脂、環(huán)氧的配比，提高熔融時(shí)粉末的整體黏度，同時(shí)減少配方中蠟粉助劑的用量，調(diào)節(jié)邦定浮銀的用量，涂層的耐水性有明顯提高。經(jīng)過調(diào)整后，單批次的輪塊冷凝水恒溫試驗(yàn)測試合格，但偶爾還是會出現(xiàn)發(fā)黑銀點(diǎn)問題，通過提高丙烯酸噴涂線爐溫，提高表層丙烯酸透明粉的固化溫度和固化時(shí)間，會使涂層間的層間附著力更好，有效地解決涂層發(fā)黑問題。
4、粉末與油漆的比較
汽車鋁輪轂底面合一電鍍銀效果粉末涂料的特點(diǎn)是省去車輪中間噴漆環(huán)節(jié)，噴涂2層粉末涂料的車輪即可以下線裝車使用，與電鍍銀漆涂層相比具有如表6所示的特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)對比底面合一電鍍銀粉在鋁輪轂上的應(yīng)用基本可以達(dá)到溶劑型涂料的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
5、結(jié)語
通過采用現(xiàn)有的車輪生產(chǎn)廠商的噴涂設(shè)備，改善現(xiàn)場的施工條件，電鍍效果粉末噴涂可以實(shí)現(xiàn)汽車鋁輪轂的外觀，達(dá)到電鍍銀漆的噴涂效果，并且滿足汽車輪轂的一次物性和二次化學(xué)性能，達(dá)到現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)要求。同時(shí)粉末涂裝可以減少VOC排放，保護(hù)環(huán)境。雖然產(chǎn)品在生產(chǎn)過程還有一些不穩(wěn)定因素存在，可以通過后續(xù)進(jìn)一步試驗(yàn)改進(jìn)，解決現(xiàn)有存在的問題
