汽車鋁輪轂用電鍍效果粉末涂料的應用研究
汽車鋁輪轂作為汽車的關鍵零部件，各大車輪廠商在探尋新的生產工藝，F(xiàn)在汽車輪轂的工藝流程是:先噴涂粉末涂料底漆(180℃/20min烘干)，再噴涂水性面漆，zui后噴涂水性透明漆或者丙烯酸透明粉末涂料。為了簡化工藝，本研究將現(xiàn)有的鋁輪轂的3層涂覆工藝改成2層粉末噴涂工藝:第 一層，噴涂粉末(底面合一電鍍銀效果粉末涂層，180℃/20min固化);第二層:噴涂丙烯酸罩光透明粉末涂料。減少中間的噴漆環(huán)節(jié)，涂層性能達到了原三涂層的性能，保證了鋁輪轂的耐腐蝕和美觀性，也極大地降低了VOC。
1、實驗部分
1.1主要原料
環(huán)氧樹脂E——12樹脂:國內市售;聚酯飽和樹脂、丙烯酸罩光粉末涂料A——CL0306A:廣州擎天材料科技有限公司;銀粉定向排列劑、流平劑、安息香:工業(yè)級，寧波南；瘜W有限公司產品;2091浮銀:工業(yè)級，Benda——Lutz公司。
1.2涂料配方
底面合一電鍍銀效果粉末涂料配方見表1。
為了使粉末涂料涂覆在鋁輪轂上具有電鍍銀漆的效果，需將表1透明底粉按比例(2091浮銀占總量的0.5%——1.5%)進行邦定，邦定工藝設置邦定機轉速200——1400r/min，邦定時浮銀和底粉在高速旋轉下充分混合，邦定后粉末噴涂鋁輪轂光澤達到400——450。
1.3性能表征
以中信戴卡車輪廠的標準測試汽車鋁輪轂電鍍粉末涂層性能。外觀標準:按Q/DKWJ003—2014測試，要求粉末電鍍涂層和電鍍銀漆具有相同的飽滿度和表面平整度;并通過各大汽車裝配廠漆膜性能測試，主要包括電鍍底粉和表面丙烯酸透明粉的附著力、耐沖擊性、耐水性測試、CASS(銅鹽加速醋酸鹽霧)試驗、絲狀腐蝕試驗等。
2、結果與討論
2.1樹脂的選擇
根據(jù)鋁輪轂涂層的性能要求，適合用于汽車鋁輪轂表面噴涂的粉末涂料必須要有流平性、透氣性、耐化學性能優(yōu)良等特點。本試驗采用環(huán)氧/聚酯體系，將不同環(huán)氧當量的環(huán)氧樹脂和不同酸值的聚酯樹脂搭配，180℃固化20min后測試其對涂膜性能的影響，結果如表2所示。
不同聚酯樹脂的膠化時間和流動各不相同，為制得流平性和飽滿度符合電鍍外觀的粉末涂料，要選擇合適的聚酯樹脂。聚酯樹脂是由多元醇和多元酸進行縮聚反應制得，樹脂中的多元醇TMP和多元酸TMA增加，聚酯樹脂黏度大，樹脂相對分子質量相應增加，聚酯樹脂與環(huán)氧的相容性變差，涂層固化時樹脂體系分散不好，表面流平效果差，產生橘皮，同時不利于浮銀在涂層中向表面遷移。但選用聚酯樹脂黏度過小，粉末涂層的膠化時間長、水平流動大，涂層中浮型鋁粉均勻嵌在涂層中，來不及向表面遷移，會產生嚴重的露底縮孔，對施工不利。從表2數(shù)據(jù)可知，樹脂D具有合適的黏度、膠化流動配比和優(yōu)異流平性能，滿足汽車輪轂的外觀效果及常規(guī)性能的要求。
本實驗選取環(huán)氧當量低(環(huán)氧值:0.09——0.17mol/100g;軟化點:86——105℃)的環(huán)氧樹脂，以平衡與飽和羧基聚酯樹脂的關系，有助于環(huán)氧和聚酯樹脂的相容性，使粉末涂層在鋁輪轂表面流平性和飽滿度更好，更美觀。當實驗選取環(huán)氧當量高的環(huán)氧樹脂時，環(huán)氧樹脂隨著環(huán)氧當量的增加，軟化點、黏度增大，涂層的脆性相應增加，車輪轂樣件表面復雜，極易出現(xiàn)涂層的開裂，不利于粉末涂層的整體性能。
2.2流平劑對性能的影響
本實驗在配方中添加0.5%——1.5%載體為二氧化硅的流平劑，以降低涂層的熔融黏度，使鋁輪轂電鍍銀粉表面張力更加均勻，獲得更好的流平度和飽滿度。根據(jù)輪轂的施工特殊性，選用流平劑一方面需解決與表面罩光丙烯酸附著力問題，同時需滿足電鍍銀漆的高流平和高飽滿度的要求。表3為流平劑用量對涂層性能的影響。
從表3可知，在配方中添加1.5%的流平劑可獲得輪轂涂層所需要的表面張力，表面張力在31mN/m時，電鍍涂層流平性、飽滿度符合輪轂要求，并且和丙烯酸透明層間的附著力zui好。另外鋁輪轂整體性能中CASS(銅鹽加速醋酸鹽霧試驗)、碎石沖擊等性能也滿足涂膜性能要求。
從表3還可以看出，流平劑用量較少時，噴涂在鋁輪轂表面的電鍍涂層流平不充分，容易出現(xiàn)電鍍黑銀點，影響涂層美觀。隨著用量的增加，流平劑用在在1%時，涂層流平充分，電鍍銀涂層充分流平涂敷在輪轂表面(光澤可達到420)，但當添加過量時涂層表面出現(xiàn)波浪式橘皮，同時涂層鏡面效果變渾濁，光澤降低。
2.3定向排列劑的選擇
達到電鍍銀漆效果外觀是本研究的關鍵，為了達到400——500的高光澤，需要在配方中添加特殊的定向排列劑，具體指標見表4。設計配方時利用浮銀與粉末潤濕性差，當固化時粉末體系黏度增大，涂層中浮銀受定向排列劑作用向上遷移，在鋁輪轂表面形成均勻、致密、有序的電鍍涂層。
圖1為定向排列劑添加量對涂層光澤的影響。
從圖1可以看出，定向排列劑推薦添加量小于0.5%時，起不到提高光澤的作用;當添加量大時，涂層表面會干澀，起霧嚴重影響鋁輪轂的美觀。添加量在0.7%——0.8%，電鍍效果zui佳，同時不影響表面罩光丙烯酸透明粉的重涂性能。
2.4罩光透明粉
本實驗的底粉為浮型鋁銀粉，其表面未經過任何處理，耐候性差，需要在車輪的表面罩涂丙烯酸透明粉末涂料A——CL0306A，以達到能通過CASS、滿足耐水和耐碎石打擊等性能的要求。
2.5施工條件的影響
本實驗首先對戴卡的爐溫進行現(xiàn)場跟蹤測試，輪轂邊緣溫度接觸不良，和空氣溫度相同，結果如圖2所示。透明粉線固化條件為160℃/20min，戴卡普通線固化條件為180℃/20min。根據(jù)客戶現(xiàn)場爐溫(如圖2和圖3)，設定施工條件，調節(jié)金馬噴槍電壓70kV，氣壓65Nm3，電極5.2mg/m3，電流17μA，該參數(shù)下噴涂的效果zui好。還需注意噴涂時應確保噴槍連續(xù)出粉，輪轂勻速轉動，如有斷粉和輪轂不勻速轉動情況，極易出現(xiàn)橘皮。
3、汽車用鋁輪轂涂料關鍵性能表征試驗
在中信戴卡車輪實驗室進行的性能試驗除高濕度暴露試驗(耐水性試驗)稍差，其余基本已經達到了車輪的要求標準，如表5所示。
在戴卡現(xiàn)場進行的實驗，粉末涂層耐水性(冷凝水恒溫試驗)差主要表現(xiàn)在粉末電鍍涂層和丙烯酸透明涂層中間銀粉層發(fā)黑和附著力差，通過調整配方中羧基樹脂、環(huán)氧的配比，提高熔融時粉末的整體黏度，同時減少配方中蠟粉助劑的用量，調節(jié)邦定浮銀的用量，涂層的耐水性有明顯提高。經過調整后，單批次的輪塊冷凝水恒溫試驗測試合格，但偶爾還是會出現(xiàn)發(fā)黑銀點問題，通過提高丙烯酸噴涂線爐溫，提高表層丙烯酸透明粉的固化溫度和固化時間，會使涂層間的層間附著力更好，有效地解決涂層發(fā)黑問題。
4、粉末與油漆的比較
汽車鋁輪轂底面合一電鍍銀效果粉末涂料的特點是省去車輪中間噴漆環(huán)節(jié)，噴涂2層粉末涂料的車輪即可以下線裝車使用，與電鍍銀漆涂層相比具有如表6所示的特點，通過實驗對比底面合一電鍍銀粉在鋁輪轂上的應用基本可以達到溶劑型涂料的相應標準。
5、結語
通過采用現(xiàn)有的車輪生產廠商的噴涂設備，改善現(xiàn)場的施工條件，電鍍效果粉末噴涂可以實現(xiàn)汽車鋁輪轂的外觀，達到電鍍銀漆的噴涂效果，并且滿足汽車輪轂的一次物性和二次化學性能，達到現(xiàn)有的工業(yè)生產要求。同時粉末涂裝可以減少VOC排放，保護環(huán)境。雖然產品在生產過程還有一些不穩(wěn)定因素存在，可以通過后續(xù)進一步試驗改進，解決現(xiàn)有存在的問題
