保险杠三涂一烘工艺的底漆配方与涂装

保险杠三涂一烘工艺的底漆配方与涂装

摘要：主要介绍了汽车保险杠改性聚丙烯基材专用底漆的研制，适用于三涂层、湿碰湿工艺。阐述了在不影响涂膜性能的前提下，三涂一烘的工艺更有利于节能和环保。分析了不同CPO组合对底漆与基材附着力的影响，以及涂料施工应用中的控制要点。

关键词：保险杠；三涂一烘工艺；塑料涂装；底漆

0前言

随着高分子材料研究技术的不断发展，高分子聚合物取代部分钢材越来越多地用于汽车工业。这使工程塑料(如汽车保险杠用的改性聚丙烯PP材料)在汽车材料中的地位日趋重要，从而促使塑料涂料的用量不断攀升，也促使塑料涂装工艺的研究开发不断进步。进入21世纪以来，国内汽车零部件加工产业随着全球对VOC排放量限制的日趋严格，正逐步朝着节能、环保、低成本的方向发展。相对于传统的三涂两烘(3C2B)工艺(即底漆需要烘烤后再进行色漆和清漆的涂装)，三涂一烘(3C1B)的工艺可省去底漆烘烤和打磨2个工序，降低了能耗和人工工时成本，同时也对保险杠配套底漆的性能提出了更新的设计要求。

1 底漆配方的选型

就底漆设计来说，涂料对于PP等保险杠底材的附着都比较困难。原因在于，与ABS 的附着主要靠溶剂对底材的溶涨作用完成不同，PP或改性PP等底材主要是靠树脂的氢键力、分子间力、离子键等力，加上溶剂的部分浸润作用来获得附着力。通常这些键力的作用本身非常微弱，所以说底漆在PP等保险杠上的附着相对困难些。保险杠双组分底漆的一般设计烘烤条件为80℃/30min，旨在促使涂料基质中的一些特殊的官能团结构能够充分活化，以增加涂层与基材的结合能力。取消底漆烘烤后，原有的部分官能基团不再发挥作用，涂料与基材的附着性能会明显变差。为了有效地消除取消烘烤后对于附着力的影响，考虑设计含有氯化聚烯烃(CPO)树脂的单组分塑料涂料。CPO树脂本身与PP等聚烯烃基材在结构上有着较大相似性，根据“相似者相溶”的机理，它们之间应有良好的相容性。所以，在底漆无烘烤的条件下，通常会采用改性的CPO树脂作为涂料的附着力促进剂来制备涂料。改性剂中含有羟基、羧基、环氧基、羰基等基团，通过改性接枝在CPO上，从而配制出各种性能良好的保

险杠涂料。

CPO的选择

市场上，氯化聚烯烃(CPO)附着力促进剂种类很多，但常用的主要有3大类：未改性的氯化聚丙烯、丙烯酸树脂改性氯化聚丙烯、马来酸改性氯化聚丙烯(表1)。表1 常用CPO

的性能比较

从表1可以看出：未改性的氯化聚丙烯市场价格低，有着明显的成本优势，但由于相容性、耐化学品性以及与面漆的附着力不良等关键因素影响，很少被考虑使用于汽车零部件涂料。丙烯酸树脂改性氯化聚丙烯，具有一定的耐化学品性和良好的层间附着力，较为广泛地运用在汽车内饰件中。马来酸改性氯化聚丙烯各方面指标均表现优异，是汽车外饰件涂料，如保险杠涂料的首选。但需要注意的是，马来酸改性CPO在低温下贮存稳定性表现平平。需要通过优化涂料制造工艺和原料组合配比来改善液态底漆在低温下的稳定性。三涂一烘保险杠底漆建议选用马来酸酐改性量在%～%(质量分数)的CPO。因为改性量在此区间的CPO容易与异氰酸酯基反应，从而增进与面漆的层间附着力。改性量太少，耐汽油酒精性差，对面漆的附着性差；改性量太多，对PP附着性差、粘度高、易胶凝、难喷涂。

溶剂的选择

配方中使用的树脂的溶解度参数要尽量接近基材的溶解度参数值，以使涂膜有较好的附着力。相反，涂料用溶剂的溶解度参数与PP基材的溶解度参数相差得越大越好，以确保涂装时保险杠表面不被溶解或咬起。同时也要求底漆配方中树脂的溶解度参数与保险杠底材中所使用的增塑剂的溶解度参数值相差得越大越好，以保证增塑剂不渗析。各种溶剂的溶解度参数见表2。不同氯含量的PP的溶解度参数见表3。表3中的数据只是一个参考，因为不同厂家的保险杠制品由于制造工艺、塑料粒子等原材料比例不同，彼此间溶解度参数会有较大差异，需要通过具体的实验来验证。此外，通过增加极性溶剂，如酯类、酮类、THF(四氢

CPO中间体溶液的制备

建议将CPO用甲苯或二甲苯使用60℃左右加温的工艺，溶解成固体分15%～20%的中间体溶液。溶解所用溶剂的含水量应小于300mg/kg，以免水解导致树脂间的相容性变差，从而影响与面漆的层间附着性。作为中间体的溶液在25℃以下贮存，保质期为3个月，5℃以下可保质6个月。表4是某CPO树脂添加20%二甲苯于不同加热温度下搅拌1h后，中间体

在搅拌时间固定为1h的情况下，室温下制得的中间体混合溶液的低温贮存稳定性明显较差，容易出现凝胶。而加热温度过高或者过低也都不利于CPO中间体的低温存放，60℃左右的加热温度最为理想。

23C1B的保险杠涂装

涂装前的表面处理

由于PP的结晶度和内聚力高，表面无极性基团，临界表面张力低，使涂膜很难通过溶解作用增进附着力。如PP的表面张力为×10-4N，而一般涂料需要的可附着张力为×10-4N以上。为提高涂料对PP产品的涂装性能，需要对聚烯烃基材进行表面处理。主要的处理方法有：表面化学处理、表面火焰处理、表面等离子处理、表面辐射处理、表面涂覆处理等。目前国内保险杠厂家正逐步推广使用机器人(也称机械手)火焰处理。其化学机理在于：火焰中含有

大量的离子，具有很强的氧化性，在高温状态下与PP形成一层带电的极性功能团，提高了其表面能，从而增进了对塑料底漆的附着力。同时高温的火焰将能量传递给基材表面的油污和杂质，使其受热蒸发，起到了清洁保险杠表面的作用。

3C1B的底漆涂装工艺

其中，JC50-9070作为一款导电中涂，对PP/EPDM基材有良好的附着力。该底漆应用于不具有导电性的塑料基材表面时，可以用静电喷涂的方法将面漆涂布在这类塑料基材上，即底漆的干膜具有导电的功能。此外，施工应用窗口宽，可以满足静电喷涂和空气喷涂2种施工工艺条件。

2.2.1底漆的施工粘度

底漆的施工粘度在不同施工温度条件下的变化见图2。从图2可以看出：在温度较低时，受配方树脂性能的影响，液态原漆在长时间贮存后容易出现短暂的假稠现象，需要在稀释前充分搅拌。但施工过程中，随着环境温度的变化，尤其在低于20℃时，粘度与温度近似于线性的关系。这就要求在施工时尽可能保证喷涂室温在(23±3)℃，以利于底漆的施工粘度控制。

2.2.2底漆的膜厚

保险杠等外饰零件主要采用的材料是PP+EPDM以及滑石粉的改性产品。基材外观颜色以黑色和深灰色为主。对于涂料供应商，通常将保险杠底漆的颜色调整为灰色，利于保险杠面漆色相的控制，以保障与车身颜色匹配。JC50-9070作为一款深灰色PP中涂，其遮盖性能较好，一般干膜在5μm左右，就可以完成黑白格的遮盖。对于黑色的保险杠基材同样有着优异的遮盖力。但在施工应用中，特别是在某些手工喷涂的保险杠生产线上，因为施工不当容易造成过喷和底漆膜厚不够的现象。如下例，对于某个有“黑点”缺陷的银色保险杠，为了确定缺陷位于哪一层，对缺陷所在位置做了切片，观察其纵剖面。首先观察显微镜的平面图，发现有疑似异物的黑色凸出物(图3a)。使用光学显微镜可以观察到黑色阴影的位置和大小，特别在纵切面的样片上可以清晰地分析出颗粒来源于底漆表面(图3b)。同时，对样

件有缺陷处和无缺陷处进行了膜厚测量(表6)。