汽车工业用高级粉末涂料

粉末涂料是世界涂料市场发展最快的品种之一，每年持续渗入所有需要表面装饰的工业领域。粉末涂料技术已有突破记录的发展，从包装铁桶到建筑工程用金属材料，粉末涂料同时具有保护功能和装饰作用。

最早在1970年，粉末涂料开始应用于汽车工业，相对于传统的溶剂涂料体系，粉末涂料不仅在性能上（如机械强度、抗石击试验等），而且在成本上也具有更好的优势。典型的汽车外部饰件应用包括：保险杆、雨刮器、后视镜等，它们都采用传统的低光泽黑色。

粉末涂料最初开发作汽车表面装饰是以同时利用其功能性的特点，比如将粉末涂料应用于发动机、排气管、轮毂和许多篷盖及底盘部件。、

与此同时，OEM工厂对粉末涂料的技术性能要求也在提高，涉及耐腐蚀保护、户外耐久性和抗化学品性等汽车工业所有关键质量指标。

粉末涂料的另一个推动力就是环保因素，减少溶剂挥发的压力使得粉末涂料成为完美的选择。

1.对粉末涂料的挑战

粉末涂料的终极市场目标是汽车工业。环镜保护的压力促使OEM工厂一直在寻找含溶剂涂料的替代产品，而现在的市场状况使粉末涂料正变成可供汽车工业选择的重要方向。

粉末底漆、高固分涂料、水性涂料和罩光透明清漆都是能减少VOC排放的技术路线。粉末涂料应用于汽车工业面临异常苛刻的质量要求，所以美国汽车三巨头（福特、通用和克莱斯勒）联合成立了一个LEPC(the Low Emission Paint Consor-tium)研究中心，与涂料及喷涂设备供应商共同研究减少VOC排放的问题。

其它可替代的表面加工技术（比如电镀）和新材料在汽车上也正考虑采用，塑料用于汽车的室外部件也在增长。

2.户外高耐久性

应用于汽车工业的粉末涂料需要解决许多问题，其中要求苛刻的是户外耐久性。

粉末涂料第一次应用在汽车装饰部件时就要求提供户外耐久性保护。有机材料装饰面比如粉末涂料，其成膜物是合成聚合物，在生产涂料时既可以添加颜料制成有色的也可不加颜料等制成透明涂料，聚合物和颜料都会和气候元素相接触-紫外线（UV）、潮湿、热和腐蚀，这些因素随着时间的推移会使涂层老化。而老化对涂层装饰性影响很大，在保护功能方面就是涂层的防腐蚀和抗破坏能力恶化。

聚酯型粉末涂料将继续得到应用，例如亚光黑用于车顶扶手、门把手等，OEM工厂都有关键质量指标的规格说明。

很显然，和汽车车身涂装的要求相比，聚酯型粉末涂料的耐久性，尤其是严格的环境保护要求，存在着发展和改善的空间。

户外耐久性能测试和批准程序，有人工模拟和自然曝晒两种，最众所周知的试验方法，是已经成为工业标准的佛罗里达曝晒试验。

佛罗里达阳光充足、气候稳定，是测试涂料、粉末涂料和塑料耐久性的理想场所，典型的标准规格说明是记录经过12个月佛罗里达曝晒后的保光率、保色率和粉化情况。

现在许多OEM工厂按照上面讲的几个要求来提高产品质量，一些厂家要求

得更高，车身涂装完合需要作5年佛罗里达曝晒试验，这对粉末生产商和试验周期长及产品更新换代慢都提出了挑战。见表11-7

表11-7 佛罗里达曝晒试验

3.加速耐候性试验

实验室加速老化试验已被应用于预测长期佛罗里达曝晒结果，已经取得不同程度的成功。这些试验方法包括模拟气候（碳弧灯和氙灯）、QUV（加速紫外线）和光照试验。

对加速老化试验和自然气候试验相比较，需考虑其光谱波段的差异，尤其要关注光谱中275～285nm的波长范围，这些在自然光中不可见的短波长光线，对涂层有不可预知的影响，由于缺乏相关联的影响机理，所以会限制根据试验结果来预测的准确性和质量。

开发了一个特殊的试验方法，就是利用加强了的自然阳光作加速老化。采用成排的镜子使光线集中照射样板，整个装置设计成自动化，可以循着太阳的运行轨迹，得到最大化的光线照射，同时有周期性喷水系统来模拟自然条件下的湿度见图11-1。

图11-1 室外曝晒试验

业已观测了大量的相关联的技术数据，来量化和确定阳光加速试验和佛罗里达曝晒试验之间的关系。一般说来，采用1年阳光加速试验相当于5年佛罗里达曝晒的结果。

运用阳光加速光照试验，其关键属性是利用自然光照，现在已被允许快速选择和开发新的材料和技术系统。

4.佛罗里达老性

当然，佛罗里达曝晒试验是真实的，试验数据可以进一步证实新技术粉末涂料的耐久性，同时也能够有效地进行预测。

5.粉末功能性要求

粉末涂料不仅要具有户外耐久性，而且也必须通过许多物理（力学性能）和耐化学性能测试（如酸雨、汽油、制动液等），见表11-8和表11-9.

表11-8 抗破坏性试验——高耐候性粉末涂料

涂层在曝晒前后应当都要正确地评估。每经过12个月佛罗里达曝晒试验要确认涂层的性能情况，最终涂层的性能不会再受进一步的老化影响。见表11-10

6.新技术成果

新的聚合物几年前已开始应用，并经过不断的试验和改进提高。数千块的样板经过系列老化试验，技术一直在提高和发展，所采用的老化试验方法包括5度和45度角佛罗里达曝晒、5度黑箱试验、强化自然光照、碳弧灯和氙灯模拟老化试验。

新的高耐候性粉末涂料能够满足主要汽车OEM加工厂的技术规格指标，包括福特、通用和PSA公司等，粉末产品既有有色的也有透明的（用于合金轮毂）。

7.前景展望

粉末涂料将持续稳定地向前发展，前文所说的高耐候粉末也一样，毕竟在汽车工业里产品之间同样存在竞争，如阳极氧化的高质量和高成本。现在粉末涂料已应用于卡车车厢和小货车车身，当透明粉末涂料能作为轿车的面涂时那将是汽车涂装工业的一次革命。

粉末涂料在汽车零部件上的应用，始于20世纪70年代中期，如用于悬挂物部件、发动机坯体、油滤清器、空气净化器和刹车管等部件，其首选品种是环氧粉末涂料;用于门窗组件、雨刷、行李架、保险杠等外用金属构件的粉末涂料赋予涂层以优良的附着力、力学性能、抗石击性、耐化学品性和耐腐蚀性，这些特性可在填料里添加—多孔粉石英材料后实现（多孔粉石英表面含有一定数量的羟基（-OH）-硅醇。作为极性官能团，用于粉末涂料中有助于提高产品的附着力和粘结性。另一方面，由于羟基的存在，更容易通过偶联剂表面处理，增加其交联、补强的作用，增加产品的物理力学性能又可提高涂膜的拉伸强度。多孔粉石英中含有Zro2，二氧化锆性质稳定，硬度高，加上多孔粉石英的多孔结构使得涂料有较好的硬度表现，和抗冲击的性能。多孔粉石英属于二氧化硅体系一种，使用的安全性被认可，已广泛用于粉末涂料，廉价的多孔粉石英可以降低粉末涂料的成本，同时替代硫酸钡以减少产品中可溶性钡的含量，达到环保要求）。用于机罩下机件的涂装，可满足极端环境下的使用要求。经喷砂除锈的铸铁发动机机体直接用环氧粉末涂装，用短波红外快速固化（160℃，8min），接着对汽缸头表面等关键部位进行机加工，达到微米级溶差度，获得适用于密封垫定位的表面，涂层要求能承受高速机械加工，不出现碎落、卷层或周边翅片等缺陷。世界级汽车制造厂MITUBISHI、KIA、FORD、CHRYSLER、BMW、RENAULT 和VW等均采用上述技术，代表性的粉末涂料的牌号是TERPONAUTOBLOCK。滤油器和刹车管等构件，采用INTERPONAUTOPAN粉末涂料涂装后，插入滤纸再绕滤油器构件底座弯曲来完成装配，主要性能要求是耐油性。聚酯粉末涂料和丙烯酸粉末涂料具有良好的耐候性。几乎所有外用金属构件均可用粉末涂装，车顶围栏、门窗组件是典型的外装饰件，颜色通常为黑平光或深灰色，要求耐紫外线老化性和美观性优异，这部份涂料几乎占汽车用粉末涂料的15%。

外用耐久性可通过仪器测量，如镜面光泽或色泽的下降值，通常结合目视标准，如“灰度色标”。现行外装饰件的技术标准多数要求达到12个月的佛罗里达曝晒。例如，福特汽车公司要求达到AATCC灰度色标等级4（WSKM2P141）。目前，一些汽车制造厂已认识到外装饰件需满足与车身外壳一样高质量的耐候性，典型的例子是，通用汽车（GM）公司规定其涂料性能要达到60个月的佛罗里达曝晒（GM4367M）,这类性能水平称为“高级耐久性”。大多数聚酯粉末涂料能够满足外用金属构件标准耐久性技术规格的性能标准，INTERPONAUTOBODY粉末涂料即是代表性的一例。“高级耐久性”通常是用丙烯酸类粉末涂料来达到。据专家介绍最近已证明牌号为INTERPONAUTOBODY5000的，新一类聚酯粉末涂料在佛罗里达曝晒60个月