1 引言
伴隨汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車輪轂作為汽車的配套產(chǎn)品，其需求量也日益增加。20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)先后成立了多家汽車(摩托車)輪轂生產(chǎn)廠。迄今為止，國(guó)內(nèi)共有汽車輪轂生產(chǎn)廠約50家。其中，秦皇島戴卡輪轂制造有限公司的年生產(chǎn)能力為150萬(wàn)套，位居全國(guó)輪轂制造行業(yè)之首。
汽車輪轂行業(yè)對(duì)涂料的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的汽車(摩托車)輪轂，優(yōu)質(zhì)的鋁材、無(wú)塵涂裝、綜合性能優(yōu)異的涂料三者缺一不可。汽車輪轂用涂料除要求有良好的表面質(zhì)量和施工性外，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，要求也不盡相同。如國(guó)外高檔轎車用涂料除要求涂膜具有優(yōu)異的機(jī)械性能外，還要求涂膜應(yīng)具有優(yōu)異的耐鹽霧性和耐洗滌劑性等。根據(jù)市場(chǎng)要求，開(kāi)發(fā)了聚酯氨基金屬閃光面漆和罩光清漆及配套的稀釋劑。該面漆具有優(yōu)良的裝飾性、加工性及耐沾污性
2 試驗(yàn)部分
2.1 金屬漆的研制
2.1.1 原材料
氟樹(shù)脂(大連振邦)、聚酯樹(shù)脂、L-018氨基樹(shù)脂、防流掛聚酯樹(shù)脂、R-717氨基樹(shù)脂、蠟液、鋁銀漿、醋酸丁酸纖維素、流平劑及溶劑。
2.1.2 制漆工藝
先將氟樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂與蠟液混合均勻，2000 r/min高速攪拌5～10 min。然后在1000 r/min中速攪拌下加入氨基樹(shù)脂(固化劑)和醋酸丁酸纖維素及其他助劑，再分散5～10min，使樹(shù)脂混合均勻。將鋁粉在溶劑中(加入少量的潤(rùn)濕分散劑)浸泡10～15min，攪拌均勻，制成鋁銀漿。在500r/min的低速攪拌下將該鋁粉漿加入到已制好的樹(shù)脂中，分散10-20min，使漆液混合均勻
2.1.1 金屬漆的配方設(shè)計(jì)
金屬漆的配方設(shè)計(jì)如表l所列。
2.1.4 試板的制備及其性能指標(biāo)
根據(jù)汽車輪轂的涂裝工藝，用手動(dòng)噴涂進(jìn)行模擬涂裝。將馬口鐵板進(jìn)行細(xì)打磨、除銹、除油，然后涂覆，干膜厚度為(23±3)μm的金屬漆，在基材溫度為 (140±2)℃的條件下烘干20min。最后進(jìn)行涂膜的性能檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果如表2所列。
2.1.5 鋁粉的質(zhì)量特性
光線在金屬顏料表面的反射和散射使金屬漆具有金屬閃光效果，這些金屬顏料在涂膜中定向排列。目視效果與反射光和散射光的比率有關(guān)。散射光的比率隨顏料面積的增大而增加，色散光的比例隨光線在邊緣散射的增大而增大。
表1 汽車輪轂用金屬閃光漆的配方設(shè)計(jì)
原材料 規(guī) 格 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％ 產(chǎn) 地
氟樹(shù)脂 ZB-2001 35-45 大連振邦
聚酯樹(shù)脂 10-15 國(guó)產(chǎn)
防流掛聚酯樹(shù)脂 5-10 進(jìn)口
蠟液 BYK-103 5-15 進(jìn)口
醋酸丁酸纖維素 CAB 381-0.5 10-20 進(jìn)口
氨基樹(shù)脂 L-018 10-15 進(jìn)口
分散劑 0.1-0.2 進(jìn)口
鋁粉 2-6 進(jìn)口
稀釋劑 10-20 自制
表2 金屬閃光面漆性能的檢測(cè)結(jié)果
檢測(cè)項(xiàng)目 測(cè)試結(jié)果 國(guó)外某公司對(duì)比樣漆 檢測(cè)方法
光澤(60℃) 76 75 GB/T 1743-93
鉛筆硬度 2H H GB/T 1730-93
沖擊強(qiáng)度/cm 50 50 GB/T 1732-93
柔韌性/mm 1 1 GB/T 9754-88
附著力(劃格法)/級(jí) 0 0 GB/T 9286-98
注：樣板的烘烤條件為(140±2)℃，20min
顏料顆粒越粗，形狀越圓，反射光線的比例越高，因此就越亮、越白，色強(qiáng)度越強(qiáng)，閃光性增大(閃光性是指在不同角度觀察時(shí)白度的變化)。事實(shí)上，可以觀察到金屬閃光漆涂膜的立面和水平面白度的不同，或從不同角度觀察涂膜時(shí)就可感覺(jué)到隨角異色閃光性。鋁粉顏料顆粒越細(xì)，粒子結(jié)構(gòu)越不規(guī)則，散射光的比例就越高，看上去越均勻，明暗變化越強(qiáng)，遮蓋力越高，鮮映性(DOI)越好。
目前對(duì)高白度、高亮度以及隨角異色閃光效果好，且遮蓋力高，DOI好的金屬顏料的需求很大。這些特性和粒徑大小的變化關(guān)系如圖1所示。
2.1.6 鋁粉的定向
鋁粉的質(zhì)量特性—白度、明亮度、色飽和度、遮蓋力、隨角異色閃光性和鮮映度等不僅和鋁粉的粒徑及粒徑分布有關(guān)，也和片狀鋁粉顏料在涂膜中的定向有關(guān)(見(jiàn)圖2)。
2.1.7 鋁粉定向的影響因素
鋁粉定向的好壞直接影響金屬閃光漆的光澤、閃光指數(shù)(FI)、隨角異色效果及顏色的一致性。因此，在金屬閃光漆中選擇合適的助劑幫助鋁粉在成膜過(guò)程中進(jìn)行有序排列是至關(guān)重要的。在配方設(shè)計(jì)中選用醋酸丁酯纖維素(CAB)和蠟助劑進(jìn)行試驗(yàn)。
CAB是熱塑性高分子聚合物，成膜后存在于涂膜的表面，在烘烤固化過(guò)程中CAB中少量的羥基也參與反應(yīng),使漆膜的耐二甲苯浸泡與擦拭性能更好，然而CAB的玻璃化溫度較高，在較低溫度下，漆膜表現(xiàn)得更脆，因此漆膜的柔韌性下降，但對(duì)鋁粉有良好的定向及改善光澤的作用。蠟助劑在涂料表干過(guò)程中微結(jié)晶，對(duì)鋁片定向有一定幫助.CAB與氟樹(shù)脂的搭配以 CAB381-0.5為最好，其用量對(duì)漆膜性能的影響如表3所列。
表 3 CAB 用量對(duì)漆膜性能的影響
CAB381-0.5用量/%
項(xiàng) 目 5 10 15 20 空白
光澤/％ 72.3 75.0 78.0 78.5 72.0
柔韌性/mm 1 1 1 2 1
耐二甲苯擦試 50 50 50 50 30
(往返次數(shù))/次
由表3可見(jiàn)；隨著CAB381-0.5用量的增加，漆膜的柔韌性有下降的趨勢(shì)，耐二甲苯擦拭性能較空白樣品要好，且光澤也明顯高于空白樣品。因此，CAB381-0.5的用量在15％左右時(shí)漆膜的綜合性能較好，又對(duì)鋁粉有明顯的定向作用。
2.1.8 高金屬閃光漆的貯存穩(wěn)定性
金屬閃光漆的貯存穩(wěn)定性存在以下2個(gè)方面的問(wèn)題：①鋁粉的反應(yīng)性問(wèn)題。在酸催化體系中，鋁粉顏料會(huì)與酸發(fā)生反應(yīng)而消耗部分酸催化劑，使體系不能完全固化，且使鋁粉顏色發(fā)黑。因此選擇部分醚化的氨基樹(shù)脂，其反應(yīng)活性高，不需要酸催化劑，可避免這一問(wèn)題的發(fā)生。②鋁粉的沉降問(wèn)題。在金屬閃光漆中，選擇合適的防沉劑，直接關(guān)系到涂料的防沉性、施工性、流平性乃至成膜后的物化性能。在金屬閃光漆的研制中，選擇了4種助劑：BYK-410、BYK-103蠟液、6900-20X(DISPARLON)和TYS-1蠟液(東方天益生產(chǎn))。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)BYK-410的防沉性良好，但有泛黃傾向；TYS-1的防沉性較差；6900-20X和BYK-103的防沉性均較好，且不易泛黃，但加6900-20X的漆膜流平性和重涂性不如BYK-103。因此選擇BYK-103作為金屬閃光漆的防沉劑.
2.2 罩光清漆的研制
2.2.1 原材料，
氟樹(shù)脂(大連振邦)、丙烯酸樹(shù)脂、L-018氨基樹(shù)脂、丙烯酸防流掛樹(shù)脂、R-717氨基樹(shù)脂、流平劑、紫外吸收劑和溶劑。
2.2.2 制漆工藝
將氟樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂與丙烯酸防流掛樹(shù)脂 91795混合均勻，2000 r/min高速攪拌5-10min。然后在1000r/min中速攪拌下加入氨基樹(shù)脂和流平劑及紫外吸收劑，分散10-20min，使漆液混合均勻。
2.2.3 罩光清漆的配方設(shè)計(jì)
罩光清漆的配方如表4所列。
表4 汽車輪轂用罩光清漆配方設(shè)計(jì)
原材料 規(guī)格 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％ 產(chǎn)地
氟樹(shù)脂 ZB-F-2001 40-55 大連振邦
丙烯酸樹(shù)脂 5～15 國(guó)產(chǎn)
丙烯酸樹(shù)脂 91795 5-10 進(jìn)口
氨基樹(shù)脂 15-20 進(jìn)口
流平劑 EFKA-3033 0.1 進(jìn)口
流平劑 EFKA-3777 0.5 進(jìn)口
CIBAll30 0.5-1.0 進(jìn)口
CIBA292 0.5-1.0 進(jìn)口
稀釋劑 18-20 自制
2.2.4 試板的制備及其性能指標(biāo)
罩光清漆的試板制備與金屬漆相同，涂膜性能的檢測(cè)結(jié)果如表5所列。
表5 汽車輪轂用罩光清漆性能的檢測(cè)結(jié)果
檢測(cè)項(xiàng)目 測(cè)試結(jié)果 國(guó)外某公司對(duì)比樣漆 檢測(cè)方法
光澤(60°) 97.5 99 GB/T 1743-89
鉛筆硬度 2H H GB/T 1730-93
沖擊強(qiáng)度/cm 50 50 GB/T 1732-93
柔韌性/mm 1 1 GB/T 9754-88
附著力(劃格法)/級(jí) 0 0 GB/T 9286-98
注：樣板烘烤條件為(140±2)℃，20min
2.2.5 罩光清漆抗流掛性的解決
罩光清漆的光澤和豐滿度一方面取決于成膜樹(shù)脂本身，另一方面與其噴涂的厚度也有直接關(guān)系，為了保證噴涂的厚度并且不產(chǎn)生流掛，選擇了AKZO·NO-BEL的SETALUX91795VX-60抗流掛丙烯酸樹(shù)脂和AVECIA的250抗流掛劑來(lái)改善罩光清漆的流掛性。試驗(yàn)結(jié)果如表6所列。
表6 抗流掛劑對(duì)漆膜性能的影響
91795樹(shù)脂的用量/%
項(xiàng) 目 5 10 15 20 250助劑 空白
抗流掛性(濕膜)/μm 40 >40 >50 >50 >50 30
光澤(60°)/％ 97.5 97.5 97.0 97.0 95.0 97.5
注：試驗(yàn)溫度為12℃。
由表6可見(jiàn)，隨著91795樹(shù)脂用量的增加，漆膜的抗流掛性明顯提高，而且對(duì)漆膜的光澤幾乎無(wú)影響，但是在噴涂時(shí)發(fā)現(xiàn)，用量大時(shí)其噴涂所需壓力也較大，施工性能較差，且稀釋劑用量大，影響漆膜的豐滿度。而AVECIA的250助劑的抗流掛性雖較好，但對(duì)光澤的影響較大。因此，選擇91795樹(shù)脂為抗流掛劑，用量在 5％—10％之間。
2.2.6 罩光清漆中流平劑的選擇
在罩光清漆的配方設(shè)計(jì)中，選用EFKA公司的EFKA-3033、EFKA-3777流平劑進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如表7所列。
表7 流平劑用量對(duì)漆膜性能的影響
3033 3033 3033/3777 3033/3777 3777
檢測(cè)項(xiàng)目 0.1% 0.5% 0.1%/0.5% 0.5%/0.5% 0.5% 空白
流平性 一般 好 好 好 一般 差
重涂性 好 差 好 差 好 好
表7試驗(yàn)結(jié)果表明，EFKA-3033、EFKA-3777流平劑綜合使用的效果最好，且不影響漆膜的重涂性，因此選擇EFKA-3033、EFKA-3777搭配使用。
2.3 稀釋劑的配方設(shè)計(jì)
在溶劑型涂料中，混合溶劑配方的設(shè)計(jì)對(duì)涂層性能起著舉足輕重的作用。配方的成分與濃度影響著溶劑的溶解力、揮發(fā)速率、黏度、相對(duì)密度、安全性以及涂料的成本。適宜的溶劑配方不僅會(huì)改善涂料性能，同時(shí)也能降低成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
2.3.1 金屬漆稀釋劑的配方設(shè)計(jì)
在金屬漆稀釋劑的配方設(shè)計(jì)中，著重考慮以下幾個(gè)方面：①溶劑的溶解力；②溶劑的揮發(fā)速率；③溶劑的黏度、安全性；④溶劑的成本低、原料易得。根據(jù)以上幾個(gè)方面的要求，設(shè)計(jì)配方如表8所列。
表8配方中，真溶劑是醋酸丁酯和乙二醇乙醚醋
酸酯(CAC)，其中CAC可以改善金屬漆的搭接性，正丁醇和二甲苯為稀釋劑和助溶劑，其中正丁醇可防止氨基樹(shù)脂脫丁氧基，提高金屬漆的貯存穩(wěn)定性。
表8 汽車輪轂用金屬閃光漆稀釋劑
原材料名稱 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％ 產(chǎn)地
醋酸丁酯 40-50 國(guó)產(chǎn)
二甲苯 20-30 國(guó)產(chǎn)
正丁醇 10-20 國(guó)產(chǎn)
乙二醇乙醚醋酸酯 10-20 進(jìn)口
2.3.2 罩光清漆稀釋劑的配方設(shè)計(jì)
在罩光清漆稀釋劑的配方設(shè)計(jì)中，同樣要考慮2.3.1中的4個(gè)要點(diǎn)；另外，還要著重考慮罩光清漆稀釋劑對(duì)金屬漆的影響，設(shè)計(jì)配方如表9所列。
表9 罩光清漆稀釋劑配方設(shè)計(jì)
原材料名稱 質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%
l# 2# 3#
二甲苯 50 45 45
S100 30 30 25
正丁醇 20 20 20
DBE 5 5
乙二醇乙醚醋酸酯 5
表9的3個(gè)配方中，1#配方在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)揮發(fā)速率較快，且漆膜流平性不好，同時(shí)影響了光澤；3#配方中CAC的溶解力很強(qiáng)，沸點(diǎn)較高，因此漆膜的流平性有所改善，但對(duì)金屬漆有咬底現(xiàn)象；2#配方由于加入了少量的DBE(高沸點(diǎn)溶劑)，因其具有良好的溶解力且沸點(diǎn)較高、餾程長(zhǎng)，極大地改善了漆膜的流平性，減少了表面缺陷；DBE低毒無(wú)味，符合環(huán)保要求，該配方較為理想。因此，選用2#配方作為罩光清漆用稀釋劑的配方。
3 結(jié)語(yǔ)
汽車輪轂用涂料的應(yīng)用前景十分廣闊。隨著市場(chǎng)對(duì)汽車(摩托車)輪轂的要求越來(lái)越高，許多輪轂生產(chǎn)廠家對(duì)其外觀與機(jī)械性能方面的要求也愈加嚴(yán)格。目前，國(guó)內(nèi)諸多輪轂生產(chǎn)廠家使用的涂料主要是美國(guó)杜邦的產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在質(zhì)量上還存在一定的差距，本公司研制的汽車輪轂用涂料將為輪轂生產(chǎn)廠家多一個(gè)選擇余地。
