汽车用塑料件涂料及其涂装研究

1·引言　　　　塑料件在汽车上的普遍使用对于汽车工业的发展具有重要意义，它不仅能减轻汽车的质量、节约能源，使汽车更加安全舒适，它还比金属更耐大气腐蚀、耐汽油，易于加工成型而降低生产成本等。时下许多汽车部件均已采用工程塑料或者聚合物基复合材料。塑料件涂覆涂料不仅可以改善其表面性质，有时还可以实现性能的改进。汽车灯罩与反光镜材料以塑料代替玻璃就得益于光固化涂料的处理技术。聚碳酸酯具有易加工成型、质量轻、柔性强、不易破碎等优点，但它的表面强度不够，不耐刻划和刮擦，而且耐候性差，易变黄。采用光固化涂料改善其表面性质，不仅可大大节省涂装时间而且涂层有很好的光学耐擦性能，并可满足长期耐候性要求。因此，如今聚碳酸酯灯罩已完全代替玻璃灯罩。汽车反光镜也是用塑料制成，但要求有很高的反光性能，为此，塑料表面须经3次紫外光照射处理。首先塑料要经过紫外光照射使表面产生光化学反应而增加表面张力，以利于光固化涂料的流平与附着；经过涂布光固化清漆后，塑料表面变得平坦而易于金属化；然后在真空沉积箱中完成金属沉积。在塑料表面金属化后还需要涂布一层光固化涂料，以保护金属反光层[1]。　　　　2·汽车工程塑料代替金属材料的发展趋势　　　　随着合成化学工业的发展，塑料品种越来越多，性能也不断地提高，采用工程塑料代替各种金属材料是一种技术进步。塑料的耐腐蚀性能好、密度低，有些工程塑料的力学性能不亚于金属材料。汽车要省油，就要轻量化，因此塑料在汽车上的应用在全世界呈增长的趋势。塑料不仅应用于内饰件，现已发展到制造外饰件和车身的外表件（如前后保险杠、挡泥板、车轮罩、车门、仪表板、保护板、水箱面罩等），塑料件在轿车上的用量已占总量的15％以上。汽车塑料件涂装的目的是提高其外表装饰性。当汽车塑料件在使用中因事故受到损伤或涂层老化时，就需对其进行修补涂装。但因塑料品种、材质和软硬不一，除SMC、PA、PBT等品种外，一般不耐高温，因而增加了塑料涂装的难点；另一难点是聚合系列塑料的表面能低，表面极性小，涂料的湿润性差，往往造成涂膜的附着力差。针对上述塑料涂装上的难点和各工业部门对塑料件涂装的要求，有些涂料公司已开发出了塑料用系列涂料。　　　　3·汽车塑料件涂装常见的失效形式及分析　　　　涂膜的附着机理有2种：机械附着和化学附着,其中化学附着包括静电力、吸引力、氢键的作用力和化学亲合力等。在汽车外饰塑料件三涂层（底漆+色漆+清漆）结构中，附着力不良分为底漆与底材、色漆与底漆、清漆与色漆间3种形式。　　　　底漆与底材间附着力不良，主要是由于底漆与底材不配套或底材表面前处理不好所导致的；色漆与底漆间附着力不良，主要是底漆表面污染及其它原因导致底漆表面活性点减少，一般该现象多发生于1K或2K免烘烤底漆喷涂后放置时间过长等情况；清漆与色漆间的附着力不良，大多系色漆与清漆的配套性问题。涂层起泡基于半透膜理论的渗透压作用：水分子透过涂膜与涂层或底材上的盐分或吸水性物质等结合，当水分子聚集到足够的量而形成溶液时就会膨胀产生应力，由于渗透压的作用促使泡不断变大。这种泡在涂层干燥过程中有些可以消失，有些则永久存在。　　　　起泡的主要原因有：基材表面处理不良，残留油污、可溶性盐等物质；涂装过程中溶剂不适当地挥发，成膜后内部残留溶剂；涂料配方中存在可溶性颜填料。涂膜老化是由于受到了内外光热自由基及氧化作用的影响，化学结构发生了改变，从而导致涂膜粉化、失光、变色。影响因素是阳光辐照、温度、湿度、雨、雾、水、冰、雪等。耐候性能的优劣与涂料配方中原材料的抗老化性能有着直接关系。　　　　4·汽车塑料件的损伤修理　　　　塑料件的损伤与黏结剂。一般来说，塑料件表面的涂膜受到损伤总要波及到零件本体，使之产生相应的损伤，如划痕、裂纹、擦伤、撕裂、刺穿等。要修复损伤的涂膜，首先要将塑料件修复，使之达到喷涂面漆的要求，对于上述损伤的修理，通常采用化学黏结剂黏结法。常用的黏结剂有2种：一种是以环氧树脂或氨基甲酸乙酰为基体与硬化剂混合调匀而成的黏结剂；另一种是以聚酯为基体与硬化剂混合调匀的黏结剂。近年来，有“超级胶”声誉的氰基丙烯酸酯以其新颖的特性，被逐步运用于塑料的黏结之中。　　　　塑料件划痕和裂纹的修理。塑料件的划痕和裂纹通常采用黏结剂修理，其修理工艺如下：用水和塑料清洁剂清洗待修理部位，对结合部位表面进行除蜡、脱脂处理；使用黏结剂之前，应将塑料件加热至20℃左右；将催化剂喷至裂纹一侧，然后在该侧敷好黏结剂；将划痕或裂纹两侧按原来位置对好，迅速压紧，约1min后即可获得良好的黏结效果。黏结部位应有3～12h的硬化时间，以达到最大的黏结强度。　　　　塑料件擦伤、撕裂和刺穿的修理。擦伤、撕裂和刺穿的修理工艺大致如下：用有去除石蜡、油脂和硅树脂功能的溶剂浸湿干净的抹布，彻底清除损伤部位的污物，然后擦拭干净；将擦伤孔边6～10mm宽处磨削成斜面以便于黏结，磨削出粗糙表面有利于黏结；用精细砂轮削去修理部位边缘的涂料，使孔边附近3cm左右表面的涂料全部被清除掉，然后进行必要的清洁处理；对孔边进行火焰处理，改进黏结性能。使用喷灯火焰在斜面处不断移动，使斜面处略呈棕色为止；用去硅树脂和去蜡剂清洗修理部位的背面，然后贴上带有强黏结剂的铝箔和能防潮的胶带，把孔完全覆盖住；按照说明准备黏结材料。大多数黏结剂都分别装在2根管中，在一块金属板面或木板上分别挤出等量的黏结材料，将它们充分搅拌，混合均匀，待用；用刮板把混合好的黏结剂分两步填充到孔洞中，第一步填充孔底，第二步将孔洞填平。动作要快，因为这种黏结剂在2～3min内会固化。填充完毕，硬化1h后用粗细砂轮磨去表面的凸点，并清除修理部位的碎屑、灰尘等污物；第二次调好的黏结剂填满修理部位，用刮板刮平整形。待干固后用80#砂纸把周围修整出一个粗轮廓，然后再用180#和240#砂纸打磨，对表面精修。　　　　如出现高低不平或针孔，可用填充剂填平；用320#砂纸进行最后的精磨，打磨后清洁修理部位，做好涂面漆的准备。　　　　5·车用塑料件常用涂料　　　　目前塑料件的材质主要有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PS（聚苯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸酯）、POM（聚氧甲烯）、聚酰胺和聚酰醚等。　　　　ABS的极性较大，可直接涂覆面漆。但需要满足以下条件：①ABS塑料件表面的脱模剂需要处理干净；②要选用适当体系的涂料，如丙烯酸系、聚氨酯系和环氧系涂料；③塑料件本体颜色是黑色，成品需要白色，则白色面漆的膜厚要高，才能够完全遮盖黑色，否则达不到预期效果。因此在这种情况下，一般需要先进行浅色底漆涂装来遮盖底材的颜色以提高白色面漆的遮盖力。一般含有底漆涂层的涂膜丰满度和附着力比仅有面漆涂层的要好。　　　　PS、HIPS（高抗冲聚苯乙烯）等塑料对溶剂敏感，容易被溶剂侵蚀，且耐温性较差，一般选择常温自干的热塑性丙烯酸漆、改性丙烯酸漆或硝基漆等，并需选择极性配套的稀释剂，以达到提高附着力的目的。　　　　PP、PE等非极性的聚烯烃，因涂料在其表面难以润湿和附着，且这些材质耐溶性很强，涂装难度最大，比较实用的办法是加涂一层薄层底漆，在面漆与底材之间起承上启下的作用。底漆选用需满足2个要求：①对塑料底材必须有良好的结合力；②不能过分溶蚀塑料表面。涂料中的稀释剂对塑料底材有一定的膨润度，膨润层加强了底漆与底材的附着力。　　　　如某汽车厂塑料件涂装生产线采用PPG的产品，代号为A11-4607103GA的双组分底漆，75℃烘干30min，附着力很好。有的厂家采用免烘烤型底漆，取消了底漆烘干工序，但此工艺只能适用于部分底材，膜厚要比双组分底漆薄10μm，面漆丰满度也不如双组分的好。又如某厂用单组分聚氨酯底漆涂覆于PP底材，常温下10min干燥成膜，附着力能达到工艺要求[2]。

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