汽車鋁輪轂用超耐候純聚酯透明粉末涂料的研制

粉末涂料作為無溶劑涂料的代表，與水性涂料一起成為了近年來涂料行業(yè)發(fā)展的主流。粉末涂料用于汽車涂裝的研究已進(jìn)行了20多年，應(yīng)用領(lǐng)域初于汽車零部件、汽車底漆、抗石擊底漆等，直到20世紀(jì)90年代末期才批量用于轎車面漆和罩光面漆，成為真正意義上的車用涂料。丙烯酸透明粉末具有良好的外觀和耐候性能，所以目前鋁輪轂罩光大都用丙烯酸透明粉末。但是丙烯酸透明粉末因黏度低、流動(dòng)大等原因?qū)︿X輪轂邊角的覆蓋性較差，致使鋁輪轂的耐腐蝕性能較差，這一直是一個(gè)鋁輪轂罩光亟待改善的問題。而聚酯透明粉末涂料相對于丙烯酸透明粉末涂料來說，邊角覆蓋性更好，從而具有更好的耐腐蝕性能。但是聚酯樹脂相對于丙烯酸樹脂具有折光系數(shù)高的特性和特點(diǎn)，由其制得的透明粉末涂料涂膜的透明性稍差，同時(shí)透明涂膜的流平性能也較差，所以目前聚酯透明粉末沒有批量使用在鋁輪轂罩光。本研究針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足研究了聚酯樹脂、固化劑和助劑對透明粉末的外觀和性能的影響。

1.1 原材料

端羧基聚酯樹脂（A、B、C、D、E、F）：工業(yè)級，進(jìn)口；固化劑（a、b、c、d）：工業(yè)級，市售；粉末通用助劑（安息香、流平劑、增硬劑、紫外線吸收劑）：工業(yè)級，市售。1.2 主要設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)（SLJ-30）：東輝；中藥粉碎機(jī)（DFY-500）：溫嶺市林大機(jī)械；型磨粉系統(tǒng)（ACM-02）：煙臺東源化工設(shè)備有限公司；靜電噴槍（GPH-30）：諾信；高溫烘箱：愛斯佩克環(huán)境儀器（上海）有限公司；氙燈人工加速老化試驗(yàn)儀(Q-SUN Xe-3-HS):美國Q-lab公司；鹽霧試驗(yàn)箱(SH-90): 東莞昌鴻檢測設(shè)備有限公司。

1.3 粉末涂料及涂層制備

按設(shè)計(jì)配方稱取各組分，用中藥粉碎機(jī)充分預(yù)混合完畢后，通過雙螺桿擠出機(jī)在設(shè)定溫度下進(jìn)行熔融擠出，擠出片料經(jīng)冷卻、粉碎、過篩、靜電噴涂、熱固化成膜，對涂膜進(jìn)行性能測試。

2.1不同聚酯樹脂對透明粉末外觀和性能的影響

因汽車鋁輪轂罩光用粉末涂料有超耐候、高流平、高透明性的特性，故選擇的聚酯樹脂需要具備超高的耐候性、高流平性、高透明度，且不帶色相。表1考察了幾種端羧基聚酯樹脂對純聚酯透明粉末涂料涂層性能的影響。

表1  不同聚酯樹脂制備的粉末涂層性能結(jié)果

由表1可以知道，若樹脂反應(yīng)活性過大，如聚酯樹脂A和聚酯樹脂E，涂層易出現(xiàn)橘皮；若樹脂反應(yīng)活性過小，如聚酯樹脂B和聚酯樹脂D，涂層的機(jī)械性能差。因此選擇中等活性（膠化時(shí)間300~360s）的端羧基聚酯樹脂。所選的幾種聚酯樹脂中，聚酯樹脂C和聚酯樹脂F(xiàn)在流平和機(jī)械性能上符合要求。但鋁輪轂涂裝要求罩光透明粉具有高透明度、高耐候性（一般要求氙燈老化1 800 h后保光率60%以上）和高耐腐蝕性（一般要求Cass鹽霧試驗(yàn)240 h單邊水泡直徑少于2 mm），選擇了中等活性的超耐候端羧基聚酯樹脂F(xiàn)。

2.2 固化劑的種類對透明粉末外觀和性能的影響

聚酯粉末涂料中常用的固化劑主要是異氰脲酸三縮水甘油酯（TGIC)、羥烷基酰胺（HAA），表2考察了幾種固化劑對純聚酯透明粉末涂料涂層性能的影響。

由表2可以看出，HAA相對于TGIC，在耐黃變性和耐候性上要相對較差，不適合用于透明粉末涂料。固化劑a和固化劑b在外觀、耐候性和耐腐蝕性能上符合要求。但是固化劑a在耐沖擊性能上相對于固化劑b差，選擇了TGIC型的固化劑b。

2.3 流平劑對透明粉末外觀和性能的影響

鋁輪轂罩光用透明粉要求涂膜具有高流平性和高透明性，且不能帶有色相，所以需要選擇一種合適的流平劑，本研究選擇幾種國內(nèi)外的流平劑進(jìn)行試驗(yàn)，不同流平劑制備的粉末涂層性能結(jié)果見表3。

由表3可以看出，流平劑會(huì)影響涂層的外觀和性能，分別添加這3種流平劑時(shí)，物化性能均符合要求。但添加流平劑2和流平劑3會(huì)使涂膜色相偏黃，且添加流平劑3時(shí)，外觀產(chǎn)生輕微橘皮，不宜采用。所以選擇了流平劑1。

在此基礎(chǔ)上，對流平劑在配方體系中的合理用量進(jìn)行了研究，具體性能結(jié)果見表4。

由表4可以看出，流平劑用量對涂層的外觀及粉體的抗結(jié)團(tuán)性能產(chǎn)生重要影響，控制流平劑用量為1.0%～1.5%情況下，能得到綜合性能的涂層，且此時(shí)粉體的抗結(jié)團(tuán)性能比較好。而當(dāng)流平劑用量低于1.0%時(shí),則涂膜容易產(chǎn)生縮孔或者橘皮；而當(dāng)流平劑用量超出這一范圍，雖然不會(huì)影響涂層的外觀及物化性能，但使得涂層的透明度下降和粉體的抗結(jié)團(tuán)性能變差。

2.4 紫外線吸收劑對透明粉末耐候性能的影響

粉末涂料配方中，紫外線吸收劑的作用是選擇性吸收紫外線，將其轉(zhuǎn)變成無害的熱能或其他低能輻射消耗能量，從而使有害的紫外線能量代謝，不再破壞成膜物質(zhì)高分子鍵。本研究選擇幾種紫外線吸收劑進(jìn)行試驗(yàn)，具體性能見表5。

從表5可以看出，添加紫外線吸收劑對涂膜的物化性能無影響。添加紫外線吸收劑Ⅰ和Ⅲ時(shí)，可以明顯提高耐候性能，但添加紫外線吸收劑Ⅲ會(huì)使涂層色相偏黃，不宜采用。所以選擇紫外線吸收劑Ⅰ。

通過一系列試驗(yàn)得出，紫外線吸收劑用量為配方總量的0.2%~0.5%較為合適。另外同時(shí)添加0.3%~0.5%的抗氧劑可以更好地提高耐候性能和耐黃變性。

2.5 技術(shù)要求

通過對聚酯樹脂、固化劑、助劑等的研究，已經(jīng)成功制備出一種鋁輪轂用超耐候純聚酯透明粉末涂料。鋁輪轂罩光用透明粉末涂裝技術(shù)要求及結(jié)果見表6。

從表6和圖1可以看出，本研究制備的鋁輪轂用超耐候純聚酯透明粉末涂料已經(jīng)符合鋁輪轂涂裝技術(shù)要求，在耐腐蝕性能上更具優(yōu)勢，并且解決了丙烯酸透明粉末涂料邊角腐蝕差的問題。

根據(jù)汽車鋁輪轂的使用條件和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，考察了聚酯樹脂、固化劑和助劑對罩光用透明粉涂層外觀和性能的影響。

本研究成功制備出一種鋁輪轂用超耐候純聚酯透明粉末涂料，解決了丙烯酸透明粉因邊角覆蓋性差導(dǎo)致耐腐蝕性能差的問題，促進(jìn)了國內(nèi)汽車鋁輪轂涂裝行業(yè)涂料制造與涂裝技術(shù)的進(jìn)步，降低了國內(nèi)在汽車零部件制造領(lǐng)域的生產(chǎn)成本。