聚氨酯在汽車保險杠涂料中的應用進展

汽車保險杠是一種安全裝置，可吸收和減輕外部撞擊并保護車身的前后。在汽車保險杠應用領域，聚烯烴塑料占據(jù)著非常重要的地位。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展以及工程塑料在汽車工業(yè)中的廣泛應用，聚烯烴塑料已成為保險杠的重要基材。它們不僅具有保護功能，而且以塑料的輕量化促進了汽車行業(yè)的輕量化發(fā)展。 。由于聚烯烴本身在強度和剛度/韌性之間具有良好的平衡，從安全的角度來看，汽車在發(fā)生碰撞時可以起到非常重要的緩沖作用，保護前后車身以及在外觀上，涂層聚烯烴塑料可以自然地與車身結合，并具有很好的裝飾外觀，這是裝飾汽車外部的重要組成部分。眾所周知，由于聚烯烴材料本身是非極性的并且具有非常低的表面張力，因此普通涂層不能粘附于表面，并且為了獲得良好的粘附性，需要特殊的預處理或特殊的涂層。在涂覆聚烯烴基材時，涂料的配方和構造技術必須與基材匹配。

因此，聚烯烴基材的預處理，涂料配方的設計和原料的選擇非常重要。 1.保險杠涂裝工藝的現(xiàn)狀在制造過程中，塑料表面經(jīng)常被脫模劑，油或灰塵污染。必須在上漆之前將其清洗，例如在功能強大的清洗設備中使用酸性或堿性介質(zhì)。清潔，如圖1所示。圖1.塑料表面強力清洗過程示意圖。聚烯烴材料（例如PP基材）的表面預處理/活化可以是火焰，電暈，等離子體或氟化。最常見的火焰預處理是暫時將火焰掃過零件的表面，并通過氧化在PP表面形成極性基團，以使隨后的涂層易于粘附。上述表面活化方法都需要特定的設備才能完成。除了另外，可以使用基于氯化聚烯烴的底漆或增粘劑，以確保涂層與非極性聚丙烯基材的良好粘合。但是，含有機鹵素化合物的應用已成為爭議的話題。在德國，大多數(shù)涂層工藝使用兩組分聚氨酯底漆和活化預處理相結合，以提高PP保險杠的整體可靠性。同時，德國保險杠的涂裝工藝隨著汽車OEM涂料的發(fā)展而發(fā)展，大多數(shù)底漆和涂料層都涂有水性涂料。工藝流程如圖2所示。圖2德國保險杠涂漆工藝示意圖在日本，保險杠采用涂覆工藝。大多數(shù)底漆使用氯化聚烯烴（CPO）或無氯聚烯烴（PO）來提高附著力。該工藝流程如圖3所示。圖3日本保險杠噴漆工藝示意圖隨著CPO和PO技術的發(fā)展，水性CPO和水性PO的底漆逐漸出現(xiàn)，可以減少VOC排放。工藝流程如圖4所示。圖4日本保險杠的水性CPO涂層工藝示意圖在中國，當前大多數(shù)保險杠涂層工藝均基于傳統(tǒng)的溶劑型涂層。工藝流程如圖5所示。圖5中國保險杠涂漆工藝示意圖近年來，隨著國內(nèi)環(huán)境保護法規(guī)的日益嚴格和人們對環(huán)境保護的普遍認識，傳統(tǒng)的溶劑類型正迅速向涂料行業(yè)轉移。環(huán)保涂料體系，特別是水性涂料的發(fā)展方向。此外，汽車OEM OEM逐漸提高了對水性塑料零件的要求，從而使汽車塑料底漆和涂料向水性材料過渡。 2保險杠的低VOC涂料體系示例2.1保險杠底漆底漆通常具有淺灰色和深灰色，并且與彩色油漆相似或相似。相同的顏色。底漆的主要功能是有效覆蓋塑料基材的缺陷并提高基材的附著力。對于保險杠底漆，它還具有出色的重涂性，耐水性和低溫抗沖擊性。對于汽車，保險杠還要求具有良好的安全性。因此，保險杠漆還必須具有一定的外力緩沖功能，以保護駕駛員和乘員。聚氨酯底漆的韌性足以滿足該要求，而水性聚氨酯底漆則特別好。圖6是顯示不同涂層對塑料基材的保護作用的實驗。圖6.高速沖擊滲透試驗中的塑料涂層照片。 PP材料的保險杠具有一定的強度和韌性。所選的涂層系統(tǒng)還需要匹配基材的韌性，以最終改善整體涂層性能。保護功能。因此，作為底漆，聚氨酯涂料具有良好的韌性，可以滿足保險杠的需要。

該聚氨酯底漆層通常使用聚酯或丙烯酸樹脂作為主要樹脂，以及基于HDI的多異氰酸酯作為固化劑的2K聚氨酯體系?；鹧骖A處理后，可直接使用兩組分聚氨酯底漆。該技術系統(tǒng)已在歐洲成功應用。如果不進行火焰預處理，則必須將一定量的CPO（氯化聚烯烴）或PO（聚烯烴）組分混合在一起，以獲得對PP基材的足夠粘合力，這通常是日系汽車所使用的技術體系。近年來，日本國產(chǎn)汽車的生產(chǎn)已開始使用日本的水性保險杠底漆技術。對于某些具有特殊性能要求的OEM，例如保險杠的整體涂層系統(tǒng)通過了熱蒸汽測試（Hotsteamjet），一般的配套底漆將使用兩組分系統(tǒng)來滿足要求。圖7是在火焰預處理的條件下熱蒸汽沖刷二組分底漆和一組分底漆的測試結果。結果表明，左側兩種成分的測試結果均優(yōu)于右側一種成分的底漆。圖7：一組分和二組分引物。該公司開發(fā)的水性底漆樹脂基于聚烯烴改性的聚氨酯分散體（不含氯），并具有未經(jīng)任何預處理的PP塑料。優(yōu)異的附著力和良好的耐水性。與市售產(chǎn)品的比較請參見圖8。與市售底漆1相比，科思創(chuàng)水性底漆具有優(yōu)異的附著力。與市售的水性底漆2相比，在常溫自來水中浸泡24小時后，表面不發(fā)白，附著力仍可達到5B。為了提高塑料水性涂料的噴涂效率（涂料率）并減少由于過度噴涂而造成的涂料浪費，使用了靜電噴涂技術，該方法要求將底漆制成導電底漆，即將導電顏料添加到底漆中。其中最重要或最常見的是導電炭黑。水性導電底漆更關注長期儲存后的電導率和穩(wěn)定性，包括底漆粘度，顏色和電導率的穩(wěn)定性。在這些方面，新開發(fā)的聚烯烴改性聚氨酯分散體已顯示出優(yōu)異的應用可靠性，并已得到下游涂料公司的認可。圖8不同保險杠底漆的附著力和耐水性的比較2.2保險杠漆的作用保險杠涂料的主要功能是優(yōu)異的著色效果，耐水和耐候性，優(yōu)異的層間附著力和良好的潤濕性能。傳統(tǒng)的溶劑型涂料配方含有大量的有機溶劑（60％?70％），是涂料體系中最大的VOC涂料。特別地，包含一些特殊效果顏料（鋁銀粉或珍珠粉）的彩色涂料的有機溶劑含量大于80％。目前，用于保險杠的水性聚氨酯涂料源自德國汽車。水性聚氨酯具有良好的物理和機械性能，尤其是高低溫抗沖擊性，柔韌性（軟截面）和硬度（硬段）平衡性能好，含有大量氫鍵結構，非常適合保險杠底漆的成膜。由于水性涂料具有較大的收縮性，因此它可以更好地輔助金屬顏料薄片的平行排列，并可以提供更好的顏料外觀效果。使用脂族異氰酸酯作為原料的水性聚氨酯具有優(yōu)異的耐光性和耐候性。典型的脂族二異氰酸酯是HDI，IPDI，H12MDI。保險杠的涂料配方可以通過使用基于HDI的水性聚氨酯作為成膜材料來制備，它可以實現(xiàn)PP保險杠的優(yōu)異韌性和耐沖擊性?；谥瀹惽杷狨サ木郯滨シ稚Ⅲw非常適合用于保險杠底漆的成膜劑。外部塑料零件的彩色涂料配方可以采用PUD作為成膜材料，也可以與一定量的丙烯酸乳液混合使用，以達到平衡成本的目的。此外，用于保險杠水性涂料的聚氨酯分散體必須具有良好的低溫成膜性，耐水性，層間附著力和適當?shù)母稍锼俣取?/span>

 2.3保險杠清漆保險杠清漆除具有良好的匹配性外，還需要具有優(yōu)異的外觀，耐化學性和耐候性，以保護保險杠免受外部天氣，紫外線損壞，化學侵蝕和物理或洗車期間的刮擦。當前大多數(shù)的保險杠清漆是兩組分聚氨酯涂料體系。兩組分聚氨酯可與原材料匹配以匹配保險杠基材的韌性，并且在80°C的低溫烘烤下，仍能滿足均勻性，高光澤度，高豐滿度，耐候性和耐化學性的要求。 。此外，經(jīng)過優(yōu)化的二組分聚氨酯清漆具有明顯的自修復功能，即使被刮擦，也可以自修復成原始的高光外觀。最常用的兩組分聚氨酯涂料是通過異氰酸酯基（-NCO）和主樹脂中的活性羥基（-OH）反應交聯(lián)，從而獲得優(yōu)異的膜性能。使用脂族多異氰酸酯的聚氨酯體系具有優(yōu)異的耐候性；兩組分聚氨酯交聯(lián)形成的氨基甲酸酯鍵可以抵抗各種化學物質(zhì)。氨基甲酸酯鍵之間也可以形成氫鍵，使薄膜堅硬而柔韌，可抵抗石擊，刮擦甚至自愈。這些功能是汽車涂料所必需的。圖9是聚氨酯涂膜的自修復過程的示意圖。圖9聚氨酯涂膜的自修復過程保險杠的清漆系統(tǒng)目前基于溶劑型兩組分聚氨酯涂料。 2006年，水性高光清漆用于塑料涂料，但由于施工可操作性的限制，并未廣泛使用。在VOC法規(guī)的推動下，為了進一步減少VOC排放，高固體清漆已成為研究熱點。低粘度固化劑可以用更少的溶劑將涂料調(diào)節(jié)至建筑粘度，從而顯著減少溶劑的使用并獲得更高的建筑固含量。表1列出了用于保險杠高固體清漆配方的Coxtron固化劑產(chǎn)品。表1保險杠清漆常用固化劑在保險杠清漆體系中，使用低粘度固化劑不僅可以有效降低清漆中有機溶劑的含量，減少VOC排放，而且還大大提高了性能，如光澤性，附著力和耐水性。表2示出了使用相同的含水單組分底漆，含水單組分涂料和清漆的A組分。樣本1使用標準的三聚體固化劑，樣本2使用低粘度固化劑[m（N3600）：m（N3900）= 1：1混合拼寫]。從表2中可以看出，在40℃×10 d的耐水試驗后，樣品2的保留率為82.3％，高于樣品1的76.6％。樣本1有稍有下降，附著力在1和2之間，樣品2使用低粘度固化劑后，切削刃不會明顯脫落，附著力≤1。這是因為由于較低的粘度，低粘度固化劑更可能滲入色漆層或什至底漆層中，從而改善粘合性并獲得整個涂層的更好的耐水性。表2不同清漆固化劑對整體涂料性能的影響3保險杠涂料的發(fā)展趨勢隨著汽車產(chǎn)量和銷售的增加，對塑料零件的匹配需求也將增加，對汽車保險杠涂料的需求也將增加。擴大。這將為產(chǎn)業(yè)鏈的各個方面帶來機遇。在中國日益嚴格的環(huán)保法規(guī)和人們的環(huán)保意識的推動下，汽車OEM需要配件和車身以不斷促進底漆和涂料的水性開發(fā)。而且，在德國和日本等發(fā)達國家，保險杠水性底漆和涂料已經(jīng)成功應用了許多年，這將加速中國的保險杠涂料的水性工藝。隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，節(jié)能減排的不斷提升，減輕汽車重量將是行之有效的方法之一，那么未來的汽車可能會使用更多的塑料零件，尤其是為了獲得良好的附著力各種塑料基材?？梢栽诘蜏叵鹿袒⑶铱梢约赏繉拥木郯滨ゼ夹g對控制汽車生產(chǎn)的質(zhì)量，效率和成本提出了更高的要求。