车用尼龙轮毂饰盖金属涂料的研制

苗向阳; 宋远鹏; 李效军; 顾准

doi:10.12020/j.issn.0253-4312.2018.12.69

涂料工业 >

2018 , Vol. 48 >Issue 12: 69 - 73

DOI: https://doi.org/10.12020/j.issn.0253-4312.2018.12.69

应用研究

车用尼龙轮毂饰盖金属涂料的研制

苗向阳 ¹^,² ,
宋远鹏 ³ ,
李效军 ⁴ ,
顾准 ²

展开

^1. 南京师范大学化学与材料科学学院,南京 210023
^2. 苏州健雄职业技术学院,江苏太仓 215411
^3. 昆山三旺树脂有限公司,江苏昆山 215300
^4. 扬州大学广陵学院,江苏扬州 225002

苗向阳(1971—),男,硕士,副教授,研究方向为涂料配方与设计。

收稿日期: 2018-09-19

网络出版日期: 2018-12-20

版权

收起

Preparation of Metallic Coatings for Nylon Hubcap

Xiangyang Miao ¹^,² ,
Yuanpeng Song ³ ,
Xiaojun Li ⁴ ,
Zhun Gu ²

Expand

^1. College of Chemistry and Materials Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
^2. Department of Medical Science and Technology, Suzhou Chien-Shiung Institute of Technology,Taicang, Jiangsu 215411,China
^3. Kunshan Sanwang Resin Co. , Ltd. , Kunshan, Jiangsu 215300, China
^4. Yangzhou University Guangling College, Yangzhou, Jiangsu 225002,China

Received date: 2018-09-19

Online published: 2018-12-20

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摘要

以聚酯改性弹性聚氨酯树脂作为主要成膜物质,加入甲基异丁酮、环己酮、甲苯等助剂、溶剂以及铝粉、蜡等制备车用尼龙轮毂饰盖涂料。讨论树脂的选择、铝粉添加量、溶剂种类等对涂膜性能的影响。结果表明:该涂料附着力、耐蒸汽喷射、耐热性、耐冷凝水、热存放、冷存放、耐候性等都满足大众汽车标准。

关键词： 尼龙轮毂; 饰盖涂料; 金属漆; 铝粉; 聚酯改性TPU树脂

本文引用格式

苗向阳 , 宋远鹏 , 李效军 , 顾准 . 车用尼龙轮毂饰盖金属涂料的研制[J]. 涂料工业, 2018 , 48(12) : 69 -73 . DOI: 10.12020/j.issn.0253-4312.2018.12.69

Abstract

Metallic coatings for nylon hubcap has been prepared by using modified polyester elastic polyurethane as main binder and other raw materials including methyl isobutyl ketone (MIBK), cyclohexanone (CYC), methylbenzene, aluminum powder and wax, etc. The influence of resin selection, aluminum powder amount and solvent type, etc. on the film properties is examined. The result indicates that the metallic coatings have good properties such as adhesion, steam resistance, thermal resistance, condensation water resistance, heat and cold storage stability as well as weatherability, qualifying the specifications of Volkswagen.

Key words： nylon wheel hub; hubcap coatings; metallic coatings; aluminum powder; modified polyester thermoplastic polyurethane(TPU); coating

高级轿车一般会在汽车轮毂饰盖底材上喷涂金属漆,以保护轮毂,增加其美观。但是金属漆价格昂贵,经济型轿车上很少应用。因此,在日常生活中时常会见到经济型汽车轮毂表面出现褪色、脱落等现象,影响这类轿车轮毂的美观。国内外关于轮毂饰盖涂料的研究报道很多,但能进入产业化的不多^[1]。目前市场上汽车轮毂饰盖底材主要采用PA66和ABS+PC等热塑性塑料,加工成型简便,具有较高的机械能,但是耐热性和刚性较差。其中PA66底材虽然通过添加滑石粉M15改进了刚性和韧性,并改善底材表面极性来增加铝粉漆对尼龙饰盖底材的附着力^[2],但是仍属于难以附着的一类底材。因此,有必要开发一种高附着、高保护性、低成本的满足经济型汽车需求的新型车用单组分热塑性塑料配件用涂料。本文重点在选择主体树脂上采用聚酯改性聚氨酯弹性树脂为主要成膜物质,通过调整铝粉比例及溶剂体系得到具有高附着力、高耐蒸汽喷射以及漆膜效果综合性能较好的金属涂料。

1 试验部分

1.1 主要原料

1.1.1 单组分铝粉漆原料

铝粉(CR-8801):日本旭化成金属颜料有限公司;甲基异丁酮(MIBK):上海紫翔化工有限公司;聚酯改性TPU树脂(聚氨酯弹性体)(SWT8135):昆山三旺树脂有限公司;聚乙烯蜡(4200-10)、聚酰胺蜡(6900-HV):昆山帝斯巴隆有限公司;甲苯(TOL)、环己酮(CYC)、乙二醇单丁醚(BCS):上海中奥化工有限公司;N,N-二甲基甲酰胺(DMF):上海勤天化工有限公司;3-乙氧基丙酸乙酯(EEP):上海德茂化工有限公司;醋酸丁酸纤维素(CAB-531-0.5,CAB-381-2,CAB-551-0.2):美国伊斯曼公司。

1.1.2 双组分清漆原料

羟基丙烯酸树脂(SWU3870B):昆山三旺树脂有限公司;聚酯树脂(Desmophen 670 BA):科思创聚合物(中国)有限公司;流平剂(Levaslip876):海名斯;有机锡催干剂(T-12):美国气体化学有限公司;醋酸丁酯(BAC)、丙二醇甲醚醋酸酯:上海勤天化工有限公司。

1.2 参考配方

按表1、表2制备铝粉漆和稀释剂。

表1 铝粉漆配方

Table 1 Formula of aluminium powder paint

表2 稀释剂组成

Table 2 Composition of diluent

本实验选择立邦PU双组分聚氨酯清漆,牌号为6085,参考配方见表3。

表3 立邦PU双组分聚氨酯清漆配方

Table 3 Formula of Nippon PU 2-component polyurethane varnish

注:m(A)∶m(B)=3∶1。

1.3 铝粉漆制备工艺

在高速搅拌(1 200~2 500 r/min,10~15 min)下使铝粉、甲基异丁酮、弹性聚氨酯树脂混合均匀;再加入稀释剂,中速搅拌(800~1 200 r/min,10~15 min)至溶质溶解;再加入蜡,高速搅拌(1 200~2 500 r/min,20~30 min)至蜡与其他组分混合均匀;过筛后得到汽车热塑性塑料配件用涂料。

1.4 施工工艺

首先进行底材的前处理,除油污、灰尘、锈迹,吹扫表面杂质,喷涂单组分铝粉漆,闪蒸6~8 min,采用自动空气喷涂,供漆压力0.35 MPa,色漆喷漆室温度24 ℃、湿度50%^[3];链速3.0 m/min,喷涂时间为7~9 s。采用湿碰湿喷涂双组分清漆,流平8~10 min,85 ℃烘烤30 min。采用自动空气喷涂,供漆压力0.45 MPa,喷漆室温度24 ℃,湿度50%;链速3.0 m/min,喷涂时间为8~9 s^[4]。

2 结果与讨论

2.1 树脂的选择

PA66的结晶度高,内聚能大,使得其表面张力低、极性小,一般涂料对其表面难以润湿,附着力不佳^[3]。本文的铝粉漆采用热塑性聚氨酯弹性体(SWT-8135TPU)作为主体树脂,成膜后在PA66上有优异的附着力。该树脂具有优良的耐磨性,抗撕裂性和屈扰强度,同时具有拉伸强度高、伸长率大、长期压缩永久变形率低、同时赋有较好的耐候性和耐热性等优点。本文所用TPU树脂参数见表4。

表4 SWT8135 TPU树脂参数

Table 4 Parameter of SWT8135 TPU

2.2 铝粉添加量的选择

为保证金属漆的金属光泽和闪光感,金属漆中采用的颜料主要是鲜艳透明的有机颜料,有机颜料的遮盖力差,因而铝粉漆的遮盖力主要由铝粉提供^[5]。在不同的铝粉添加量下,按GB/T 1726—1979,测试涂膜的遮盖力^[2],结果如表5所示。

表5 铝粉添加量对涂膜遮盖力和外观的影响

Table 5 Effect of aluminium powder content on covering power and surface of film

由表5可知,随着铝粉添加量的增加,遮盖力提高,但是涂膜由光滑变得粗糙,闪光性由弱变强再变弱。一般铝粉漆的厚度在15~20 μm,因而当铝粉添加量在6%~8%时,综合性能达到最优。当添加量过大时,颜料重叠、挤压、堆积,反而影响铝粉的定向。

2.3 醋酸丁酸纤维素(CAB)添加量对铝粉漆附着力的影响

为了达到更好的铝粉排列效果,实验采用CAB替代部分聚酯改性TPU树脂(聚氨酯弹性体)SWT8135树脂。CAB是热塑性高分子聚合物,相对分子质量高、极性高、溶剂释放性能好,常在铝粉漆中用于改善流平,提高涂膜干燥速率,减少铝粉在湿膜中的无序移动,从而提高铝粉定向性能,并提高涂膜的抗回溶性能^[2]。实验选取了几种常用的醋酸丁酸纤维素,测试了不同CAB添加量对涂膜在PA66上附着力的影响,结果见表6。

表6 CAB添加量对铝粉漆附着力的影响

Table 6 Effect of aluminium powder content on adhesion of film

从表6可知,不同丁酰基含量的CAB树脂加入铝粉漆中,均引起涂膜附着力的大幅下降,这是由于PA66的结晶度高,内聚能大,使得其表面张力低、极性小,涂料对其润湿性差,因而CAB高极性、高玻璃化温度的特性对涂膜在尼龙底材上的附着力有负面影响。

2.4 稀释剂中异丙醇含量对金属漆施工的影响

在塑料漆的制备中常用加入助溶剂异丙醇替代甲基异丁基酮来调节溶解力,防止溶蚀底材,造成涂膜发花、失光、开裂等现象^[6]。但是异丙醇具有一定吸湿性,且具有中等挥发速率,可能会诱发空气中水气凝结。在70%以上的高湿度环境中进行实验,比较了不同异丙醇加量下,喷涂时的干、湿膜的状态,结果见表7。

表7 异丙醇含量对金属漆施工的影响

Table 7 Effect of isopropanol content on workability of metallic paint

由表7可知,喷漆间相对湿度超过70%时,增加异丙醇含量,铝粉漆湿膜严重发白,罩光后润湿不良,烘干后铝粉外观发黑。这是由于稀释剂中的快干低级醇类溶剂挥发速率快,且与水有混溶性,在湿度过高的环境下喷涂,由于溶剂挥发的致冷效果使湿膜表面空气中的水蒸气冷凝附在湿膜表面,产生发白现象,罩光时产生润湿不良。由于湿膜表面的水膜阻止内部溶剂的挥发,不能闪干,罩光后清漆湿膜中的溶剂咬底铝粉漆而使铝粉浮动发黑。PA66本身的耐溶剂性极强,所以稀释剂中可少用或不用异丙醇,并适当添加防发白的慢干溶剂。

2.5 铝粉漆稀释剂配方设计

从溶剂的溶解力、黏度和流变性等方面优化稀释剂,最终配方如前文表2所示。采用乙二醇单丁醚与3-乙氧基丙酸乙酯提高涂料的贮存稳定性,改善涂膜光泽、丰满度;采用N,N-二甲基甲酰胺与环己酮配合使用提高涂料对底材的润湿性,提高附着力^[4];并加入甲苯与甲基异丁酮使涂料成膜时,具有合理的挥发速率、溶解性、干燥性,同时也赋予涂料最佳的流动性和流平性^[5]。

2.6 铝粉漆涂层性能及应用效果

铝粉漆涂层和复合涂层与进口涂料性能结果对比及测试方法如表8、表9所示。

表8 铝粉漆涂层与进口涂料性能

Table 8 Properties of aluminium powder coating and imported coating

表9 铝粉漆+立邦PU双组分聚氨酯清漆复合涂层与进口涂料性能

Table 9 Properties of aluminium powder coating & Nippon PU 2-component polyurethane varnish composite coating and imported coating

如图1、图2所示,通过配方优化制备出新型车用尼龙轮毂饰盖涂料,施工喷涂效果好,各方面性能也都优于进口涂料,而产品价格却下浮了30%左右。

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图1 喷涂样品效果

Fig.1 Effect of spray coating sample