改善汽车面漆硬度和抗擦伤性的探讨

李强文(深圳中华涂料有限责任公司,650224)摘要:讨论了影响漆膜抗擦伤性的因素,结合试验,提出改善漆膜抗擦伤性的途径添加纳米氧化铝透明分散液=关键词:汽车面漆;硬度;抗擦伤性，纳米氧化铝增硬

 

汽车涂装的质量,直接影响汽车的外观.汽车涂装,需要底漆,中涂漆和面漆的组合,并按正确严格的涂装方法,才能使汽车面漆鲜艳丰满,并使汽车能长期经受日晒雨淋,酷暑严寒,外力摩擦等,也就是使汽车表面的这种装饰性能在相当长的时间内得以保持和延续.因此,要求汽车面漆具有优异的耐磨损性,抗石击性,抗擦伤性,耐老化性等.本文仅就改善汽车面漆的抗擦伤性作一探讨.

 

1汽车面漆的抗擦伤性评价漆膜的抗擦伤性是指漆膜抵抗洗车时的冲刷摩擦和行车中受风沙冲击不易受损伤的性能,或指漆膜擦伤后恢复原状的性能.因此,可把抗擦伤性理解为漆膜受外力作用下不损伤,或在外力作用下受损伤,但能恢复原状的能力.目前,有关漆膜抗擦伤性的测试还没有一个统一的方法,其中较直观的方法是,在相同的外力摩擦条件下,测试漆膜的失光率,失光率越小,则表明漆膜的抗擦伤性越好.在试验中发现,漆膜的抗擦伤性与漆膜的硬度有一定关系.漆膜的摆杆硬度值大小不完全与漆膜的抗擦伤性一一对应.漆膜的摆杆硬度值低时,抗擦伤性不好;漆膜的摆杆硬度值高时,抗擦伤性有所提高,但随着摆杆硬度值的再提高,抗擦伤性没有明显变化.而漆膜的铅笔硬度值可较准确地反映漆膜的抗擦伤性.铅笔硬度值高,抗擦伤性好;反之,抗擦伤性不好.因此,通过测定漆膜的铅笔硬度可间接地作为改善漆膜抗擦伤性的依据.

 

2影响漆膜抗擦伤性的因素

漆膜的抗擦伤性与漆膜的其他性能相互关联.因此,提高涂层的整体性能,也就提高了漆膜的抗擦伤性.与此同时,在保持涂层整体性能良好的基础上,有针对性地采取一些方法,可以进一步改善漆膜的抗擦伤性.在汽车面漆中,通常采用氨基烘漆体系.其组分l为醇酸树脂,丙烯酸酯共聚树脂或饱和聚酯树脂等;组分2为氨基树脂固化剂,另外还有颜填料,各种助剂,溶剂,催化剂等,经研磨分散配制而成.树脂基料与氨基树脂固化剂交联形成的交联网络结构和形式,直接影响漆膜的抗擦伤性.在这个交联网络中,若分子问交联密度小,则线形分子链段的长度较长,受外力作用时,易断裂,表现为漆膜表面硬度小,易被擦伤;若分子问交联密度大,则线形分子链段长度较短,受外力作用时,不易断裂,表现为漆膜表面硬度高,抗擦伤.因此,在设计涂料配方时,一定要保证涂膜分子阃的交联密度.另外,分子链段的柔韧性也是影响漆膜抗擦伤性的主要因素.在同样的交联密度下,链段的柔韧性可使漆膜具有很好的恢复原状能力,同样可抵抗外力的擦伤.此外,涂膜的成膜性也将影响抗擦伤性.在涂料质量相同的情况下,涂装方法和烘烤工艺也将直接影响漆膜的抗擦伤性.

 

3改善漆膜抗擦伤性的途径通过以上对影响漆膜抗擦伤性因素的分析,结合试验,可以找到一些改善此性能的行之有效的方法.

3.1提高分子间交联密度本试验所用的树脂体系为丙烯酸树脂与氨基树脂的交联固化体系,分剐选用两种型号(编号为l号树脂,2号树脂)的丙烯酸树脂与同一种氨基树脂进行对比试验,考察在同一氨基树脂,同一配比下,两种丙烯酸树脂的性能差别.另外,在同一个丙烯酸树脂与氨基树脂的体系中,考察不同的丙烯酸树脂和氨基树脂的配比对漆膜的表面硬度和抗擦伤性的影响(见滦料工业枷1年第5期?23?工艺?设备-表1).烘烤条件:140~c×30rain;膜厚:23±3;颜色:白色.表1不同的丙烯馥树脂和氨基树脂配比的影响由表1可见,对同一个丙烯酸树脂一氨基树脂体系,提高氨基树脂的用量,漆膜的硬度提高,抗擦伤性改善,也就是说,通过提高分子间交联密度,分子内线形链段缩短,使漆膜刚性增大,抗擦伤性改善;两个不同的丙烯酸树脂一氨基树脂体系,在第一个树脂体系中,交联密度提高,抗擦伤性改善,其他性能仍能保持良好;在第二个树脂体系中,交联密度提高,抗擦伤性改善,但是耐冲击性下降,漆膜变脆.这说明分子问交联密度提高,若缩短的线形链段柔韧性差,将使漆膜的柔韧性下降,在第二个树脂体系中表现为耐冲击性下降.因此,在选择基料树脂与交联剂之间的搭配和配比时,首先要考虑分子问要交联充分,但不可忽略链段应有一定的柔韧性,这样才能在改善抗擦伤性的同时,不会使其他性能下降.在这组试验中.我们1号树脂与氨基树脂配用,其配比为2.5:1.

 

3.2涂膜具有坚韧性在树脂交联点问引人纳米氧化铝透明分散液,这样在提高分子问交联密度的同时,也保证了漆膜的坚韧性,使漆膜不仅表面硬度高,而且即使形变也具有很好的恢复原状能力.凭借这一思路,可以采取外加一种硬度高的纳米材料,因为表面特殊处理使得它也参与交联反应,经过充分交联固化,可有效改善漆膜的耐冲击性和柔韧性本试验是在一种脂肪酸改性短油度醇酸树脂(编号为3号树脂)与氨基树脂体系的基础上,通过外加另一种硬度非常高的纳米透明氧化铝jc-pma-l30(编号为4号样品),使漆膜的脆性和耐冲击性得以改善(见表2),其中两组试验中使用同一丁醚化三聚氰胺树脂;烘烤条件: 150℃×30rain;膜厚:23±3;颜色:白色.表2外加柔韧性好的树脂的影响从表2中看出,单独使用3号树脂与氨基树脂交联,除耐冲击性差外,其他性能都较好,说明漆膜交联固化充分,分子间交联密度高,刚性大,表面硬度高,不易被擦伤,但是另一方面也表明分子链段柔韧性差,漆膜柔韧性不好.针对这一情况,在该涂料体系中添加少部分柔韧性好的4号样品,起到增韧作用,同时参与体系的交联固化,使漆膜同时具有韧性,在外力作用下,漆膜不易被擦伤,并具有一定的恢复原状能力.在这一组醇酸树脂一氨基体系中,加入4号样品,其3号树脂:4号样品:氨基树脂=3.8:1:2为配比.

 

3.3降低漆膜的摩擦系数

对同样大小的外力,如果漆膜表面的摩擦系数小,所造成的损伤也就小.从这一角度人手,采用以下途径来降低漆膜的摩擦系数.第一,在体系中加入增滑剂,促进漆膜表面流平,防止或尽量减少表面缺陷的产生.在选择助剂时,要考虑特定的涂料体系组成,并注意多种助剂的协同作用,以更好地改善漆膜表面状况.表3是在相同涂料体系的基础上,针对试验的树脂体系,选择2种具有协同作用的流平改性助剂(编号分别为助剂1号,助剂2号),考察助剂对漆膜抗擦伤性的影响.表3助荆对漆膜抗擦伤性的影响检验项:24?涂料工业200z年第5期?工艺?设备?从表3可以看到,选择适合的助剂将使漆膜的铅笔硬度值有较明显的提高,有利于改善漆膜的抗擦伤性,但是同时也可看到,助剂的用量应适宜,大于的用量,不仅漆膜的抗擦伤性的提高不明显,而且增大了成本.第二,选择高品质的颜填料,采用合理的润湿分散工艺,可以进一步改善漆膜的表面状态,有助于改善漆膜的抗擦伤性.高品质颜填料的着色力好,而且容易润湿分散.在实际生产中,再辅以高效的润湿分散剂,使颜填料均匀分散在漆膜中,使漆膜外观更细腻,有利于提高漆膜的丰满度,鲜映性,从而有效地降低了漆膜表面的摩擦系数.第三,溶剂的合理搭配也是有效改善漆膜外观的途径之一.不仅要考虑溶剂的溶解性,而且要考虑它的挥发速率,应选用各种不同挥发速率的溶剂,以一定比例配成混合溶剂,形成一定的挥发梯度,有助于改善漆膜的成膜性,有效提高漆膜的抗擦伤性.第四,涂装和烘烤条件必须满足涂料产品要求.对于确定的涂料品种,必须采用相应的涂装工艺和烘烤条件才能获得应有的漆膜性能,否则将会使漆膜的综合性能下降.例如涂料的施工粘度适当,喷涂厚度符合要求,才能使漆膜的外观,流平性得到保证,从而保证良好的抗擦伤性;又如固化条件要求l50℃×3omin,如工件在烘房中不能确保150q2下维持30min,这样往往导致漆膜固化不充分,综合性能下降,其中包括抗擦伤性下降.因此,针对不同涂料品种应及时调整烘烤条件,以满足涂料的固化需要.表4是同一涂料体系,喷涂条件及漆膜厚度,不同烘烤温度和时间对漆膜性能的影响.表4烘烤条件对漆膜抗擦伤性的影响从表4可以看出,对于同一涂料体系.140℃×30min烘烤条件下,涂膜性能尚可;在l5o℃×加rain,150℃×30min,160℃×30rain烘烤条件下,漆膜充分固化,性能良好;在140℃×30min烘烤后.再于170℃x30mln烘烤,漆膜过烘烤,则对涂膜性能也不利.对于同一涂料体系来说.150℃×30min的烘烤条件是实现漆膜充分交联固化的温度和时间.

 

4结语

汽车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伤性是改进涂料配方和涂装工艺的任务.使用罩光清漆可以一定程度地减轻漆膜擦伤破坏,但更主要的是,应有效地提高漆膜的交联密度,使漆膜既具有强度又具有恢复原状能力再辅助以适当的助剂,优质的颜填料,适宜的稀释溶剂,经过合理的润湿分散制漆工艺,晟后在适宜的涂装工艺和烘烤条件下,才能获得综合性能较理想的漆膜,同时也就提高了漆膜的抗擦伤性.