在汽車鋁輪轂制造行業(yè)中，很早就開始使用粉末涂料，尤其在最后的罩光涂裝中，一般會(huì)使用高透明度、高光澤、高流平的丙烯酸透明粉末涂料。隨著人們消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變，越來越多人喜歡亞光的外觀效果，因此，汽車鋁輪轂制造廠商紛紛開始引入具有亞光外觀效果的油漆。然而由于油漆噴涂厚度薄，無法起到很好的防護(hù)作用，不能直接噴涂在無任何涂裝的鋁輪轂表面上，因此，需要噴涂丙烯酸透明粉末涂料后再噴涂亞光油漆。
不過，隨著不斷出現(xiàn)的各種問題，各大輪轂制造廠商發(fā)現(xiàn)這種工藝的弊端，除了成本壓力明顯加大、生產(chǎn)效率明顯降低、合格率極低以外，還多次出現(xiàn)亞光漆涂膜與丙烯酸透明粉涂膜嚴(yán)重脫離的問題，該問題引起的投訴、召回和索賠在輪轂制造行業(yè)內(nèi)已發(fā)生不少起，對(duì)企業(yè)的名譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益都造成了嚴(yán)重的損害。因此，各大輪轂制造廠商開始尋找一種新型亞光輪生產(chǎn)工藝，即亞光透明粉末涂料直接取代丙烯酸透明粉末涂料和亞光透明漆的組合。
然而市場(chǎng)上現(xiàn)有的亞光透明粉末涂料的涂膜外觀粗糙，色相發(fā)黃嚴(yán)重，無法真正意義上替代亞光漆。另外出于設(shè)備、成本等原因考慮，亞光透明粉末涂料還需要與丙烯酸透明粉末涂料共用一條生產(chǎn)線使用，而由于丙烯酸透明粉末涂料自身表面張力小的特性，其他類型涂料難以與其兼容，從而大大增加了新型工藝替換傳統(tǒng)工藝的難度。
為了解決上述問題，擎天材料科技有限公司研究人員研究通過對(duì)消光體系、樹脂、助劑等方面進(jìn)行研究，研制適合新型工藝的亞光透明粉末涂料。
消光體系的研究
本研究開發(fā)的亞光透明粉末涂料應(yīng)用于汽車鋁輪轂亞光汽車輪，對(duì)光澤有明確的要求，一般要求光澤范圍在20%~70%，因此本研究對(duì)幾種消光體系進(jìn)行研究，不同消光體系制備的粉末涂層性能結(jié)果見表1。
由表1可以看出，雙組分高/低酸值聚酯消光體系消光后光澤最低只能達(dá)到 50%，很難繼 續(xù)消光至20%。而聚酯搭配丙烯酸消光體系消光后光澤在15%以下，也無法滿足20%~70%光澤要求。市場(chǎng)上常用的聚酯搭配消光劑消光體系和高/低羥值聚氨酯消光體系光澤最低可以達(dá)到20%，但是聚酯搭配消光劑 消光體系和前兩種體系都有一個(gè)明顯的缺陷，就是外觀比較粗糙，顆粒感比較明顯。相比于這3種體系，高/低羥值聚氨酯消光體系可以做到細(xì)膩的肌膚質(zhì)感，因此本研究選用了高/低羥值聚氨酯消光體系。
聚氨酯樹脂的研究
因汽車鋁輪轂罩光用亞光粉末涂料除了對(duì)外觀有肌膚質(zhì)感的要求外，對(duì)耐候性能、流平性能、透明度、耐腐蝕性能都提出不低的要求，故選擇的聚氨酯樹脂需要具備高耐候性、高流平性、高耐腐蝕性等特性。本研究選擇了幾種低羥值和高羥值的聚氨酯樹脂進(jìn)行研究，不同聚氨酯樹脂制備的粉末涂層性能結(jié)果見表2和表3。
由表2可以知道，聚氨酯樹脂 A 反應(yīng)時(shí)間短，黏度大，制備的涂層容易出現(xiàn)橘皮；而聚氨酯樹脂D則相反，活性過小，導(dǎo)致涂層的機(jī)械性能差，因此應(yīng)該選擇中等活性（反應(yīng)時(shí)間 500~600 s）和低黏度（黏度6 000~ 8000 mPa·s）的低羥基聚氨酯樹脂較為合適。其中所選的幾種聚氨酯樹脂中，聚氨酯樹脂 B 和聚氨酯樹脂C 在外觀上和沖擊性能上滿足要求，但是聚氨酯樹脂B 制備所得涂層耐水性能和 CASS 腐蝕性能明顯較差，因此本研究最后選擇了低羥值聚氨酯樹脂 C。
與低羥值聚氨酯樹脂一樣，高羥值聚氨酯樹脂同樣反應(yīng)活性過大，黏度過大，涂層易出現(xiàn)橘皮；反應(yīng)活性過小，涂層的機(jī)械性能差。從表 3 選中的樹脂中，對(duì)每種聚氨酯樹脂進(jìn)行綜合性能評(píng)估后，最后選用了高羥基聚氨酯樹脂 b。但在選擇高羥值聚氨酯樹脂時(shí)需要避免選擇羥值過大的樹脂，合適范圍在250~330 mgKOH/g，因?yàn)榱u基過多導(dǎo)致樹脂容易受潮結(jié)塊，對(duì)于產(chǎn)品制造生產(chǎn)、貯存穩(wěn)定性等都會(huì)造成不利的影響。
經(jīng)過多種樹脂對(duì)比研究，本研究最終選擇了低羥值聚氨酯樹脂C和高羥值聚氨酯樹脂b作為基體樹脂，并且經(jīng)過大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)低羥值聚氨酯樹脂C與高羥值聚氨酯樹脂b比例達(dá)到 2.7∶1 時(shí)，消光效果最好，光澤可以達(dá)到 20%。
固化劑的研究
因?yàn)楸狙芯窟x擇了高/低羥值聚氨酯消光體系，而聚氨酯粉末涂料中常用的固化劑主要是封閉型異氰酸酯，因此本研究選擇了幾種固化劑進(jìn)行研究，不同固化劑制備的粉末涂層在 180 ℃/15 min 固化條件下的性能結(jié)果見表 4。
由表4可以看出，已內(nèi)酰胺封閉的異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）固化劑耐腐蝕上要明顯優(yōu)于其他固化劑，但耐候性上則相對(duì)較差。采用酚封閉式異氰酸酯固化劑時(shí)，發(fā)黃特別明顯，不適合用于透明粉末涂料。醇封閉式異氰酸酯固化劑理論上在沖擊性、耐候性上應(yīng)該具有良好的性能，但實(shí)際測(cè)試結(jié)果中卻表現(xiàn)不佳，這是由于它自身所需固化溫度較高，需要達(dá)到 200 ℃以上，而在測(cè)試中采用的固化條件無法滿足其固化，然而本研究的透明粉末涂料在實(shí)際應(yīng)用中為了考慮和丙烯酸共線生產(chǎn)的特殊情況，在固化條件應(yīng)該盡可能接近丙烯酸透明粉的固化條件 180 ℃/（10~15）min。
最后是內(nèi)封閉式異氰酸酯固化劑，在綜合性能上滿足技術(shù)要求，而不同于其他 3 種，它在固化過程中不會(huì)釋放封閉物，而是先將 IPDI 進(jìn)行二聚生成二氮丁酮中間體然后再進(jìn)行擴(kuò)鏈等調(diào)整，見圖 3。二氮丁酮中間體在 160 ℃下分解還原，游離出-NCO，進(jìn)而和聚氨酯樹交聯(lián)成膜，這種過程不易產(chǎn)生白煙和臭味，從而避免現(xiàn)場(chǎng)使用產(chǎn)品時(shí)，對(duì)此類問題進(jìn)行相關(guān)投訴。因此本研究最后選擇了內(nèi)封閉式異氰酸酯固化劑d。
助劑的研究
鋁輪轂罩光用亞光透明粉要求涂膜具有高流平性和高透明性，且需要與亞光油漆具有相似的微藍(lán)色相，同時(shí)還要保證與丙烯酸透明粉兼容，所以需要選擇一種合適的流平劑。
普通市場(chǎng)上常見的流平劑為聚丙烯酸酯類，本研究選擇了幾種廠家的流平劑，在色相、外觀上效果都有差異，但是都存在一個(gè)問題就是都無法使其制備所得亞光透明粉和丙烯酸透明粉兼容，結(jié)果見圖4，少量丙烯酸透明粉添加到亞光粉里都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的橘皮現(xiàn)象，甚至縮孔等。因此本研究特意選擇了一種 GMA 改性接枝型高分子表面活性劑，其不僅在外觀上和色相上滿足要求，而且保證了亞光透明粉和丙烯酸透明粉共線不干擾，其兼容情況見圖 3，因此本研究選擇了這種特殊改性的流平劑，同時(shí)經(jīng)過一些相關(guān)試驗(yàn)，用量選擇為 1.0%~1.2%時(shí)，涂層性能達(dá)到最優(yōu)。
與液體涂料相比，粉末涂料由于噴涂厚度偏厚以及固化溫度高等原因，涂膜容易泛黃，尤其是透明粉末涂料更為明顯，因此需要額外添加 1%~1.5%的抗氧劑，經(jīng)過測(cè)試對(duì)比，其涂膜色相具有明顯改善，見圖 4。另外為了提高耐候性能，添加了 1%的紫外線吸收劑和 0.5%光穩(wěn)定劑，對(duì)涂膜老化性能有明顯改善，經(jīng)過試驗(yàn)對(duì)比，氙燈老化 1 200 h 后保光率從 74%提高到 88%。
技術(shù)水平
本文研制的亞光透明粉末涂料具備肌膚質(zhì)感的外觀效果，在滿足鋁輪轂技術(shù)涂裝技術(shù)要求的同時(shí)，還能與丙烯酸透明粉共線使用，其性能明顯優(yōu)于市場(chǎng)上普通的亞光透明粉末涂料，結(jié)果對(duì)比見表5。
結(jié)語
傳統(tǒng)亞光透明輪生產(chǎn)工藝中存在一次下線合格率低、產(chǎn)能影響嚴(yán)重、涂裝成本高、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)高等眾多問題，嚴(yán)重影響了汽車亞光鋁輪轂的發(fā)展，而新型的亞光透明輪生產(chǎn)工藝都對(duì)這些問題有了明顯改善，然而其中存在的一些難點(diǎn)卻制約了其推廣和普及，本研究研制的亞光透明粉末涂料率先突破了其中的技術(shù)難點(diǎn)，開發(fā)了一種適合新型工藝的亞光透明粉末涂料。新型工藝與傳統(tǒng)工藝相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而其中最關(guān)鍵的新型亞光透明粉已被開發(fā)出來，相信在未來，會(huì)迎來汽車亞光鋁輪轂制造傳統(tǒng)工藝走向新型工藝。
