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汽车涂料的介绍 组长 邱友谊成员 陈志豪孙闪闪钟新茴傅妍蓉 1 2 概述 汽车涂料就是指涂装在轿车等各类车辆车身及零部件上的涂料 一般指新车的涂料及辅助材料和车辆修补用涂料 3 组成 涂料 4 形态 施工方法 功能 分类 水性涂料溶剂性涂料粉末涂料高固体分涂料 刷涂涂料喷涂涂料辊涂涂料浸涂涂料电泳涂料 底漆中涂漆 二道底漆 面漆罩光漆 装饰涂料 防腐涂料 导电涂料 防锈涂料 耐高温涂料 示温涂料 隔热涂料 防火涂料 防水涂料 5 汽车底漆 定义 汽车用底漆就是直接涂装在经过表面处理的本身部件表面上的第一道涂料 它是整个涂层的开始 目前轿车用底漆几乎已全部使用阴极电泳底漆 当前应用的主体树脂主要是含N元素的环氧树脂类 丙烯酸树脂类 聚丁二烯类和聚氨酯类等 6 性能要求 1 要求底漆与底材应有良好的附着力 与上面的中涂或面漆具有良好的配套 2 必须具备良好的防腐性 防锈性 耐油性 耐化学品性和耐水性 3 汽车底漆所形成的漆膜还应具有合格的硬度 光泽 柔韧性和抗石击性等机械性能 4 有良好的施工性 7 中涂漆 汽车中涂漆也称二道浆 就是用于汽车底漆和面漆或底色漆之间油漆 二道途中主要采用聚酯树脂 氨基树脂 环氧树脂 聚氨酯树脂等作为基料 颜料和填料选用钛白 炭黑 硫酸钡 滑石粉 气相二氧化硅等 二道中涂一般固体分高 可以制得足够的膜厚 力学性能好 尤其是具有良好的抗石击性 另外还具有表面平整 光滑 打磨性好 耐腐蚀性 耐水性优良等特点 对汽车整个涂膜的外观和性能起着至关重要的作用 8 面漆 底漆 罩光清漆 汽车用面漆是汽车整个涂层中最后一层涂料 它在整个涂层中发挥着主要的装饰和保护作用 决定了涂层的耐久性能和外观等 目前高档汽车和轿车车身主要采用氨基树脂 醇酸树脂 丙烯酸树脂 聚氨酯树脂 中固聚酯等树脂为基料 选用色彩鲜艳 耐候性好的有机颜料和无机颜料如钛白 酞菁颜料系列 有机大红等 中外还必须添加一些助剂如紫外吸收剂 流平剂 防缩孔剂 电阻调节剂来达到更满意的外观和性能 9 金属底漆 溶剂型金属闪光底漆的基料有聚酯树脂 氨基树脂 采用共聚蜡液和CAB树脂液作为助剂罩光清漆丙烯酸氨基清漆是罩光清漆的主流 但受酸雨的侵蚀涂膜损坏严重 近年来 在欧洲使用双组分丙烯酸聚氨酯 异氰酸酯和氨基甲酸酯固化方法作为耐酸雨的对策 为降低VOC排放量问题 欧洲率先使用粉末涂料涂装罩光清漆 10 塑料涂漆 塑料的密度低 耐腐蚀性能好 力学性能也不低于金属材料 这样就可实现汽车的轻量化 目前汽车生产企业所用的塑料主要是PP EPDM 聚丙烯 乙烯 丙烯 二烯三元共聚物 混合塑料 用做保险杠 PP和ABS混合塑料 用做其他车内部件如阻流板 汽闸等 聚醚醚酮 PEEK 聚砜 PSF 11 由上面的介绍 我们看出汽车涂料的性能 涂料的粘性涂料附着力涂料的颜色和外观涂料的柔韧性涂料的抗冲击强度涂料的光泽涂料的耐水性涂料的耐热性涂料的耐腐蚀性涂料的三防和耐候性 12 涂料的附着力涂料的附着力是指涂膜与被涂物体表面的结合力 表示它们之间的牢固程度 涂层的柔韧性涂层的柔韧性反应涂膜受到冲击或受力发生弯曲延伸时不发生破坏的极限程度 13 涂层的抗冲击强度涂层在高负荷作用下的抗变形的能力即为抗冲击强度 是涂层受到机械冲击后不发生裂纹 皱纹及剥落等破坏现象的极限强度 涂层的耐候性是反映涂层在户外使用的寿命 对装饰性涂层十分重要 户外装饰要求越高 对耐候性要求也就越高 14 影响涂料使用寿命的因素汽车置于室外的自然环境中 其涂膜必定受到各种因素的干扰 如阳光照谢 酸雨冲刷 工业废气 湿度等的影响 经过一段时间 涂膜将发生一系列的变化 可表现光泽下降 颜色变暗淡 涂层表面出现锈点或裂纹 开始轻微粉化 概括起来大致有 紫外线 尤其是波长接近313nm 湿度 臭氧 高温 酸雨和工业废气等 15 原因涂料一经固化 其低分子树脂因发生化学交联而变成具超高分子量的体型聚合物 这样它就有了弹性 性 耐化学品性等一系列性能 从微观的角度看 涂膜好似立体交叉网状结构 主要框架是树脂交联后形成的高分子聚合物 在框架中间充满着诸如颜料 填料粒子和其他涂料成分 高分子在热 氧和光的作用下通过自由基历程发生老化 涂层中的网状聚合物是由无数根分子链通过这种化学键连接在一起的 这些化学键有的含氢 氧 双键等 它们很活泼 氢容易失去 形成自由基 自由基与氧结合成为过氧自由基 随后与其它分子反应 变成氢过氧化物 使得聚合物链发生断裂 涂料即开始老化 而出现光泽降低 粉化等现象 16 防御措施 1 采用紫外光 UV 固化涂料作为面漆 紫外光固化涂料是指在紫外光照射下可以发生光聚合或光交联反应 有快速固化性能 当紫外光照射 固化涂料时 将激发分解涂料中的光引发剂 生成游离基 活性游离基撞击涂料中的双键并反应形成增长连 这一反应继续延伸 使活性稀释剂和齐聚物中的双键断开 交联而成膜 17 雨天洗车保护车漆靓车被大雨淋过之后 不要以为就能免去洗车的麻烦 雨水中往往含有杂质和酸性物质 若长时间不洗 酸性物质会腐蚀掉车漆最外面的一层亮膜 漆面立即会变得黯然失色 另外 雨水中夹杂着一些看不见的沥青细屑 污垢尘土等 也很容易吸附在车身面漆 这些污垢经太阳暴晒之后会衍生出大量的氧化物 时间久了就会在车漆表面留下难以磨灭的伤痕 3 要对面漆进行保养面漆保养的方法大多为打蜡 封釉 镀膜 对于经太阳暴晒后引起的漆膜氧化 或行驶过程中产生的交通 膜 使面漆氧化腐蚀 可以用研磨抛光处理 18 19 涂装工艺 传统的汽车涂料是溶剂型涂料 其中的VOC 挥发性有机化合物 在通常压力条件下 挥发并参与大气光化学反应的有机化合物 挥发到大气中会危害人类健康 污染环境 随着人类环保意识的增强 各国相继制订了保护环境的法规 限制VOC排入大气 水性涂料 粉末涂料以及高固体分涂料 将逐步替代传统的溶剂型中涂 面漆 成为现代环保型汽车涂料的主流 20 水性涂料工艺 水性涂料的特点水性涂料是以水为溶剂或分散介质的涂料 由于水的特性与有机溶剂有很大不同 所以水性涂料相对于溶剂型涂料也有很大差异 在使用水性涂料时 熟知这些差异非常重要 表面张力大水的表面张力比有机溶剂的表面张力大得多 水的表面张力为72mN m 有机溶剂类约为25mN m 由于表面张力的差异原因 在平整的钢板上滴落一滴水成圆形 假如是溶剂 则扩散开 21 难润湿 不易溶与有机溶剂相比 水对颜料难润湿 与树脂不易混溶 汽化温度高水的汽化温度高 会导致涂料喷涂时不易挥发 涂料雾化时不易蒸发 蒸发易受环境 湿度 影响 溶剂的挥发受温度影响大 溶剂的沸点可控制其挥发速度 水的蒸发受湿度影响大 很难控制 汽车用水性中涂漆及水性底漆在涂装工序中呈现出的蒸发的影响及控制难的问题如图1所示 22 23 1 4易流挂水性涂料与溶剂型涂料相比更易发生流挂弊病 为控制流挂 需要注意以下两点 第一 控制涂装室的温 湿度 第二 控制好涂料的黏度 赋予涂料触变性 保证喷涂时残留水分较多时也不会产生流挂 1 5触变性触变性是指在施加外力作用时黏度发生变化的现象 水性涂料的黏度随着搅拌力的增强而降低 如图2所示 24 水性涂料搅拌力与黏度的关系 25 26 27 工艺流程 欧美系工艺流程欧美系工艺流程如下 前处理 喷底漆 底漆闪干 烘干 强冷 底漆打磨 擦净 离子化空气吹 喷面漆底色漆 色漆后预烘干 喷清漆 闪千 烘干 强冷 检查 修饰 检查 合格品入库 不合格品点补或返工 28 日系3C1B工艺流程如下 前处理 喷底漆一底漆后闪干烘干 强冷 喷面漆底色漆 色漆后闪干 预烘干 强冷 喷清漆 闪干 烘干 强冷 检查 修饰 检查 合格品入库 不合格品点补或返工 29 从节能角度来讲 3C1B工艺更省资源 但从质量控制的难易程度而言 欧美系工艺更容易一些 30 汽车用水性涂料对涂装设备的要求 输调漆系统由于水是腐蚀介质 会造成金属腐蚀 引起设备损坏和产生金属离子 影响水性涂料的性能 因此水性涂料的贮漆容器和输送管路需使用不锈钢材质制作 并应经过化学钝化处理 31 静电喷涂设备与溶剂型涂料相比 水性涂料电阻较小 如果用传统的静电印加方法会导致漏电 需要采用专用的静电喷涂设备 通常水性涂料采用直接 内部 带电方式和间接 外部 带电方式进行涂装 如图5所示 32 33 喷漆室喷漆室应采用不锈钢材质 与溶剂型涂料相比 水性涂料对涂装作业环境及施工条件等均有更高要求和严格规定 水性涂料对作业环境的要求 最佳相对湿度RH 65 5 温度 23 3 空调系统风速0 3 0 5m s 34 预热 P H 装置因水的蒸发率低 因此水性涂料喷涂后湿涂膜难晾干 湿涂膜中的水分必须蒸发掉90 以上 才能湿喷下一道涂料 并且防止烘干时的突沸引起气泡 为加速水分蒸发 在水性涂料进行湿喷下一道涂料或烘烤之前 必须使湿漆膜经过预热 P H 装置 35 汽车用涂料的发展前景 由于环保呼声日渐增高 涂料开发在提高性能的同时将更注重环保性 无铅 无锡电泳漆及双层电泳漆的开发 使汽车用底漆更适应环保要求 水性涂料 粉末涂料以及高固体分涂料 将逐步替代传统的溶剂型中涂 面漆 成为现代环保型汽车涂料的主流 36 未来涂料的研究发展方向 37 VOC是指 1升涂料中除去水的物质当中含有有机挥发物的重量 减低VOC排放的方法 38 汽车涂料水性化 如改为水性漆 VOC排入量可减少80 以上 溶剂型金属底色漆是VOC排放的主要来源 占整车车身涂装各道工序排放总量的50 左右 通常一部轿车需要6kg左右的底色漆 金属底色漆的施工固体分只有15 左右 溶剂含量高达85 目前水性中涂漆主要有水性聚酯氨基树脂漆和封闭型聚氨酯树脂漆两种 水性中涂漆的特点是施工固体分高 烘烤温度低 一般为140 160 施工条件宽 温度为20 30 相对湿度为60 80 漆膜性能可与传统溶剂型涂料相当 抗石击性能优于溶剂型中涂漆膜 水性底色漆铝粉的定向控制是水性底色漆的技术关键 39 汽车涂料的高团体分化 高固体分涂料采用低粘度的聚酯 丙烯酸树脂 以及高固体分醇酸树脂制成 最高的施工固体分可大于60 更多的是采用施工固体分比传统涂料高10 20 的涂料 平均每公斤涂料的溶剂挥发量可减少1 3以上 固化过程控制和流挂控制是高固体分涂料的两大技术关键 40 汽车涂料的粉末化 汽车车身的粉末清漆引起了各大公司的关注 甲基丙烯酸缩水甘油酯 GMA 型丙烯酸体系具有良好发展前景 我国将粉末涂料用于汽车零部件的涂装 但车身用中涂漆和面漆还在酝酿开发中 喷粉设备和烘烤设备还存在质量上和规模上的问题 41 各种汽车涂料品种的发展热点 42 阴极电泳底漆为了最大限度地发挥电泳涂料的性能 应从包括原材料 被涂物底材配套面漆以及涂装设备的整个系统进行研究 今后应研究开发除环氧树脂以外的混合树脂系 开发低温固化涂料 提高边角部 焊接部 接合部防锈性高的涂料 使电泳朝向高平整度 耐候性 高外观质量 多色化 低公害方向发展 具体为 提高边角耐蚀性 低温交联 高抗碎裂性 彩色复合 底面合一涂层 降低VOC 不含铅锡等重金属 43 中涂 提高中涂层外观装饰性 平滑性 厚膜化 耐寒性优良 抗石击性优良 提高中涂层的耐崩裂性 与CED和面漆层间结合优良 与面漆同色化 开发水性中涂 粉末中涂 44 面漆 开发高耐候 色彩多样化的新型颜料 提高外观装饰性 高平滑性 高光泽 高鲜映性 提高涂装施工性能 具有抗气泡 抗流挂的性能 开发水性金属闪光漆 并进行涂装施工工艺研究 45 罩光清漆 厚膜化倾向 要求抗流挂 抗气泡性能 彩色清漆 提高抗洗车擦伤性 耐酸雨性 提高光泽 鲜映度 DOI 开发粉末罩光和水性罩光清漆以有UV粉末罩光等低污染品种 46 随着环保