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    改善汽車面漆硬度和抗擦傷性的探討

    2014-11-18 14:38:53      點擊:
    李強文(深圳中華涂料有限責任公司,650224)摘要:討論了影響漆膜抗擦傷性的因素,結合試驗,提出改善漆膜抗擦傷性的途徑添加納米氧化鋁透明分散液=關鍵詞:汽車面漆;硬度;抗擦傷性,納米氧化鋁增硬

    汽車涂裝的質量,直接影響汽車的外觀.汽車涂裝,需要底漆,中涂漆和面漆的最佳組合,并按正確嚴格的涂裝方法,才能使汽車面漆鮮艷豐滿,并使汽車能長期經受日曬雨淋,酷暑嚴寒,外力摩擦等,也就是使汽車表面的這種裝飾性能在相當長的時間內得以保持和延續.因此,要求汽車面漆具有優異的耐磨損性,抗石擊性,抗擦傷性,耐老化性等.本文僅就改善汽車面漆的抗擦傷性作一探討.

    1汽車面漆的抗擦傷性評價漆膜的抗擦傷性是指漆膜抵抗洗車時的沖刷摩擦和行車中受風沙沖擊不易受損傷的性能,或指漆膜擦傷后恢復原狀的性能.因此,可把抗擦傷性理解為漆膜受外力作用下不損傷,或在外力作用下受損傷,但能恢復原狀的能力.目前,有關漆膜抗擦傷性的測試還沒有一個統一的方法,其中較直觀的方法是,在相同的外力摩擦條件下,測試漆膜的失光率,失光率越小,則表明漆膜的抗擦傷性越好.在試驗中發現,漆膜的抗擦傷性與漆膜的硬度有一定關系.漆膜的擺桿硬度值大小不完全與漆膜的抗擦傷性一一對應.漆膜的擺桿硬度值低時,抗擦傷性不好;漆膜的擺桿硬度值高時,抗擦傷性有所提高,但隨著擺桿硬度值的再提高,抗擦傷性沒有明顯變化.而漆膜的鉛筆硬度值可較準確地反映漆膜的抗擦傷性.鉛筆硬度值高,抗擦傷性好;反之,抗擦傷性不好.因此,通過測定漆膜的鉛筆硬度可間接地作為改善漆膜抗擦傷性的依據.

    2影響漆膜抗擦傷性的因素
    漆膜的抗擦傷性與漆膜的其他性能相互關聯.因此,提高涂層的整體性能,也就提高了漆膜的抗擦傷性.與此同時,在保持涂層整體性能良好的基礎上,有針對性地采取一些方法,可以進一步改善漆膜的抗擦傷性.在汽車面漆中,通常采用氨基烘漆體系.其組分l為醇酸樹脂,丙烯酸酯共聚樹脂或飽和聚酯樹脂等;組分2為氨基樹脂固化劑,另外還有顏填料,各種助劑,溶劑,催化劑等,經研磨分散配制而成.樹脂基料與氨基樹脂固化劑交聯形成的交聯網絡結構和形式,直接影響漆膜的抗擦傷性.在這個交聯網絡中,若分子問交聯密度小,則線形分子鏈段的長度較長,受外力作用時,易斷裂,表現為漆膜表面硬度小,易被擦傷;若分子問交聯密度大,則線形分子鏈段長度較短,受外力作用時,不易斷裂,表現為漆膜表面硬度高,抗擦傷.因此,在設計涂料配方時,一定要保證涂膜分子閫的交聯密度.另外,分子鏈段的柔韌性也是影響漆膜抗擦傷性的主要因素.在同樣的交聯密度下,鏈段的柔韌性可使漆膜具有很好的恢復原狀能力,同樣可抵抗外力的擦傷.此外,涂膜的成膜性也將影響抗擦傷性.在涂料質量相同的情況下,涂裝方法和烘烤工藝也將直接影響漆膜的抗擦傷性.

    3改善漆膜抗擦傷性的途徑通過以上對影響漆膜抗擦傷性因素的分析,結合試驗,可以找到一些改善此性能的行之有效的方法.
    3.1提高分子間交聯密度本試驗所用的樹脂體系為丙烯酸樹脂與氨基樹脂的交聯固化體系,分剮選用兩種型號(編號為l號樹脂,2號樹脂)的丙烯酸樹脂與同一種氨基樹脂進行對比試驗,考察在同一氨基樹脂,同一配比下,兩種丙烯酸樹脂的性能差別.另外,在同一個丙烯酸樹脂與氨基樹脂的體系中,考察不同的丙烯酸樹脂和氨基樹脂的配比對漆膜的表面硬度和抗擦傷性的影響(見灤料工業枷1年第5期?23?工藝?設備-表1).烘烤條件:140~C×30rain;膜厚:23±3;顏色:白色.表1不同的丙烯馥樹脂和氨基樹脂配比的影響由表1可見,對同一個丙烯酸樹脂一氨基樹脂體系,提高氨基樹脂的用量,漆膜的硬度提高,抗擦傷性改善,也就是說,通過提高分子間交聯密度,分子內線形鏈段縮短,使漆膜剛性增大,抗擦傷性改善;兩個不同的丙烯酸樹脂一氨基樹脂體系,在第一個樹脂體系中,交聯密度提高,抗擦傷性改善,其他性能仍能保持良好;在第二個樹脂體系中,交聯密度提高,抗擦傷性改善,但是耐沖擊性下降,漆膜變脆.這說明分子問交聯密度提高,若縮短的線形鏈段柔韌性差,將使漆膜的柔韌性下降,在第二個樹脂體系中表現為耐沖擊性下降.因此,在選擇基料樹脂與交聯劑之間的搭配和配比時,首先要考慮分子問要交聯充分,但不可忽略鏈段應有一定的柔韌性,這樣才能在改善抗擦傷性的同時,不會使其他性能下降.在這組試驗中.我們首選1號樹脂與氨基樹脂配用,其配比為2.5:1.

    3.2涂膜具有堅韌性在樹脂交聯點問引人納米氧化鋁透明分散液,這樣在提高分子問交聯密度的同時,也保證了漆膜的堅韌性,使漆膜不僅表面硬度高,而且即使形變也具有很好的恢復原狀能力.憑借這一思路,可以采取外加一種硬度高的納米材料,因為表面特殊處理使得它也參與交聯反應,經過充分交聯固化,可有效改善漆膜的耐沖擊性和柔韌性本試驗是在一種脂肪酸改性短油度醇酸樹脂(編號為3號樹脂)與氨基樹脂體系的基礎上,通過外加另一種硬度非常高的納米透明氧化鋁JC-PMA-L30(編號為4號樣品),使漆膜的脆性和耐沖擊性得以改善(見表2),其中兩組試驗中使用同一丁醚化三聚氰胺樹脂;烘烤條件: 150℃×30rain;膜厚:23±3;顏色:白色.表2外加柔韌性好的樹脂的影響從表2中看出,單獨使用3號樹脂與氨基樹脂交聯,除耐沖擊性差外,其他性能都較好,說明漆膜交聯固化充分,分子間交聯密度高,剛性大,表面硬度高,不易被擦傷,但是另一方面也表明分子鏈段柔韌性差,漆膜柔韌性不好.針對這一情況,在該涂料體系中添加少部分柔韌性好的4號樣品,起到增韌作用,同時參與體系的交聯固化,使漆膜同時具有韌性,在外力作用下,漆膜不易被擦傷,并具有一定的恢復原狀能力.在這一組醇酸樹脂一氨基體系中,加入4號樣品,其3號樹脂:4號樣品:氨基樹脂=3.8:1:2為最佳配比.

    3.3降低漆膜的摩擦系數
    對同樣大小的外力,如果漆膜表面的摩擦系數小,所造成的損傷也就小.從這一角度人手,采用以下途徑來降低漆膜的摩擦系數.第一,在體系中加入增滑劑,促進漆膜表面流平,防止或盡量減少表面缺陷的產生.在選擇助劑時,要考慮特定的涂料體系組成,并注意多種助劑的協同作用,以更好地改善漆膜表面狀況.表3是在相同涂料體系的基礎上,針對試驗的樹脂體系,選擇2種具有協同作用的流平改性助劑(編號分別為助劑1號,助劑2號),考察助劑對漆膜抗擦傷性的影響.表3助荊對漆膜抗擦傷性的影響檢驗項:24?涂料工業200Z年第5期?工藝?設備?從表3可以看到,選擇適合的助劑將使漆膜的鉛筆硬度值有較明顯的提高,有利于改善漆膜的抗擦傷性,但是同時也可看到,助劑的用量應適宜,大于最佳的用量,不僅漆膜的抗擦傷性的提高不明顯,而且增大了成本.第二,選擇高品質的顏填料,采用合理的潤濕分散工藝,可以進一步改善漆膜的表面狀態,有助于改善漆膜的抗擦傷性.高品質顏填料的著色力好,而且容易潤濕分散.在實際生產中,再輔以高效的潤濕分散劑,使顏填料均勻分散在漆膜中,使漆膜外觀更細膩,有利于提高漆膜的豐滿度,鮮映性,從而有效地降低了漆膜表面的摩擦系數.第三,溶劑的合理搭配也是有效改善漆膜外觀的途徑之一.不僅要考慮溶劑的溶解性,而且要考慮它的揮發速率,應選用各種不同揮發速率的溶劑,以一定比例配成混合溶劑,形成一定的揮發梯度,有助于改善漆膜的成膜性,有效提高漆膜的抗擦傷性.第四,涂裝和烘烤條件必須滿足涂料產品要求.對于確定的涂料品種,必須采用相應的涂裝工藝和烘烤條件才能獲得應有的漆膜性能,否則將會使漆膜的綜合性能下降.例如涂料的施工粘度適當,噴涂厚度符合要求,才能使漆膜的外觀,流平性得到保證,從而保證良好的抗擦傷性;又如固化條件要求l50℃×3Omin,如工件在烘房中不能確保150q2下維持30min,這樣往往導致漆膜固化不充分,綜合性能下降,其中包括抗擦傷性下降.因此,針對不同涂料品種應及時調整烘烤條件,以滿足涂料的固化需要.表4是同一涂料體系,噴涂條件及漆膜厚度,不同烘烤溫度和時間對漆膜性能的影響.表4烘烤條件對漆膜抗擦傷性的影響從表4可以看出,對于同一涂料體系.140℃×30min烘烤條件下,涂膜性能尚可;在l5O℃×加rain,150℃×30min,160℃×30rain烘烤條件下,漆膜充分固化,性能良好;在140℃×30min烘烤后.再于170℃x30mln烘烤,漆膜過烘烤,則對涂膜性能也不利.對于同一涂料體系來說.150℃×30min的烘烤條件是實現漆膜充分交聯固化的最佳溫度和時間.

    4結語
    汽車面漆受外力摩擦是不可避免的.如何改善和提高漆膜的抗擦傷性是改進涂料配方和涂裝工藝的任務.使用罩光清漆可以一定程度地減輕漆膜擦傷破壞,但更主要的是,應有效地提高漆膜的交聯密度,使漆膜既具有強度又具有恢復原狀能力再輔助以適當的助劑,優質的顏填料,適宜的稀釋溶劑,經過合理的潤濕分散制漆工藝,晟后在適宜的涂裝工藝和烘烤條件下,才能獲得綜合性能較理想的漆膜,同時也就提高了漆膜的抗擦傷性.
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