摘要：通過研究汽車鋁輪轂在涂裝烘烤、輪轂冷卻過程、包裝、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中壓痕問題的產(chǎn)生原因，得到了壓痕的產(chǎn)生與過程中的環(huán)境溫度、包材所用PE膜中含的增塑劑、丙烯酸透明粉所用樹脂、流平劑、紫外線吸收劑、受阻胺等材料、以及丙烯酸透明粉的交聯(lián)密度、涂膜Tg因素的關(guān)聯(lián)，同時(shí)又研究了壓痕的測試方法，開發(fā)出了新的丙烯酸透明粉產(chǎn)品，對輪轂的涂裝烘烤條件，輪轂成品的包裝、運(yùn)輸提供了指導(dǎo)，減少了輪轂OEM廠家因壓痕問題帶來的損失。
關(guān)鍵詞：輪轂 丙烯酸透明粉 交聯(lián)密度 壓痕 玻璃化溫度
引言
近年來，政府和社會(huì)對環(huán)境、安全、能源等問題越來越重視，為配合汽車工業(yè)節(jié)能減排，發(fā)展環(huán)保型汽車涂料并倡導(dǎo)汽車涂裝工藝的清潔生產(chǎn)成為汽車涂料生產(chǎn)和涂裝企業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)。
隨著中國成為全球最大的汽車鋁輪轂生產(chǎn)國，丙烯酸透明粉罩光的輪轂的生產(chǎn)量巨大，倉儲(chǔ)基礎(chǔ)量越來越大，運(yùn)輸路程、尤其是海上運(yùn)輸路程非常長，在倉儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中，輪轂的邊緣常常會(huì)有壓痕的產(chǎn)生，這種壓痕可以通過拋光工藝去除，但也給OEM廠家造成一定的損失，延誤了輪轂的交期。
本文主要研究了汽車鋁輪轂在涂裝烘烤、輪轂冷卻過程、包裝、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中壓痕問題的產(chǎn)生原因，發(fā)現(xiàn)壓痕的產(chǎn)生主要是由涂裝固化不足、倉儲(chǔ)運(yùn)輸過程中溫度過高、包材中有析出物沉積到表面、丙烯酸涂膜的Tg不高等因素影響；本研究對輪轂的涂裝烘烤條件、輪轂成品的包裝、運(yùn)輸提供了指導(dǎo)。
同時(shí)我們研究了壓痕的測試方法，開發(fā)了新的丙烯酸透明粉產(chǎn)品，在保持原先丙烯酸產(chǎn)品性能基礎(chǔ)上，有效地減少了壓痕的產(chǎn)生。
1、 試驗(yàn)部分
1.1 原材料
高環(huán)氧當(dāng)量丙烯酸樹脂：工業(yè)級(jí)，Anderson；中環(huán)氧當(dāng)量丙烯酸樹脂：工業(yè)級(jí)，Anderson；低環(huán)氧當(dāng)量丙烯酸樹脂：工業(yè)級(jí)，Anderson；十二烷二酸：工業(yè)級(jí)，CATHAY；十烷基二酸：工業(yè)級(jí)，進(jìn)口；紫外線吸收劑、光穩(wěn)定劑：工業(yè)級(jí)，Basf；抗氧劑：工業(yè)級(jí)，Basf；粉末涂料通用助劑（流平劑、安息香）：工業(yè)級(jí)，進(jìn)口。
1.2 主要設(shè)備
Ф30 型雙螺桿擠出機(jī)：ZSK30 ,Germany；分散機(jī)：PILOT1000 ,Germany; ACM磨粉系統(tǒng): ACM 2 PSR, Hosokawa mikropul; 小型靜電噴涂設(shè)備: GM02，金馬;烘箱; Thermo scientific, Germany等。
1.3 粉末涂料及其涂層制備過程
按設(shè)計(jì)配方（如表1）稱取各組分，粉碎機(jī)充分預(yù)混合完畢后通過雙螺桿擠出機(jī)在設(shè)定溫度下進(jìn)行熔融擠出，擠出片料經(jīng)冷卻、粉碎、過篩、靜電噴涂、熱固化成膜，最后對涂膜進(jìn)行性能測試。
表1 丙烯酸透明粉配方
Table 1 Formulation of acrylic clear powder
1.4 性能測試
粉末涂料性能測試如表2 所示。
表2 粉末涂料性能測試
Table 2 Performance Test of Powder Coatings
2、 結(jié)果與討論
現(xiàn)在汽車使用的鋁輪轂，在涂裝下線后，會(huì)在倉庫中存放，在送至主機(jī)廠的過程中，有卡車運(yùn)輸或者海運(yùn)過程，在炎炎夏季，卡車運(yùn)輸或者海運(yùn)過程的溫度會(huì)超過40℃，甚至有的集裝箱溫度會(huì)達(dá)到70℃，層層疊疊的輪轂疊放層數(shù)一旦超過4層，最下層的輪轂邊緣就容易出現(xiàn)壓痕；而在較低溫度的冬季和春季，不會(huì)出現(xiàn)壓痕問題。
檢查整個(gè)涂裝生產(chǎn)過程，涂膜的固化度過低的情況下，容易出現(xiàn)壓痕；包裝材料的材質(zhì)也會(huì)造成壓痕問題，同時(shí)輪轂出烘烤線后的冷卻過程會(huì)加劇壓痕的產(chǎn)生。
2.1 輪轂出烘烤線后的冷卻程度對壓痕的影響
在夏季中國多數(shù)鋁輪轂OEM制造商所在地區(qū)的氣溫長期處于35℃以上的高溫，輪轂的產(chǎn)量非常巨大，輪轂出烘烤線后，冷卻程度會(huì)對輪轂壓痕產(chǎn)生影響，我們按照輪轂的不同冷卻時(shí)間，在35℃室外溫度下暴曬7天，觀察輪轂產(chǎn)生壓痕的情況，發(fā)現(xiàn)冷卻時(shí)間約長的，壓痕的產(chǎn)生比例越小，如表3。
表3 不同冷卻時(shí)間下的壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果
Table 3 Press Mark results of indentation at different cooling times
2.2 倉儲(chǔ)過程中的條件與壓痕的關(guān)系
在夏季中國多數(shù)鋁輪轂OEM制造商所在地區(qū)的氣溫長期處于35℃以上的高溫，OEM廠家的庫房一般不會(huì)有空調(diào)，在生產(chǎn)過程中輪轂疊放的層數(shù)、暫時(shí)存放的環(huán)境溫度、轉(zhuǎn)運(yùn)中的晃動(dòng)，夏季暫時(shí)存放的溫度會(huì)上升到58℃，運(yùn)輸和海運(yùn)過程中輪轂疊放包裝的層數(shù)、晃動(dòng)，都會(huì)給輪轂的丙烯酸透明粉涂膜造成壓痕的產(chǎn)生。表3是檢查輪轂疊放的層數(shù)，在一定的溫度下產(chǎn)生壓痕的關(guān)系。
表4 輪轂疊放層數(shù)、溫度和壓痕的關(guān)系
Table 4 Relationship between the number of layers、temperature and Press Mark
可見，溫度和施加的壓強(qiáng)（疊放的層數(shù)）與壓痕的產(chǎn)生有絕對關(guān)系，3層輪轂疊放一起，是壓痕發(fā)生的起始層數(shù)，35℃的環(huán)境溫度，是壓痕發(fā)生的起始溫度。轉(zhuǎn)運(yùn)和運(yùn)輸過程的晃動(dòng)，難以用數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行描述，一般被認(rèn)為，這種晃動(dòng)會(huì)加劇壓痕的產(chǎn)生。
2.3 壓痕問題的檢驗(yàn)方法
因壓痕是鋁輪轂在一定溫度、一定疊放層數(shù)下，存放較長時(shí)間才產(chǎn)生的問題，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)替代的、快速的檢測方法可以采用模擬輪轂存放的自然環(huán)境進(jìn)行，如圖1是一種快速測試方案，可以快速的模擬壓痕的產(chǎn)生。
圖1 實(shí)驗(yàn)室模擬壓痕的產(chǎn)生裝置
注：（1）如上圖所示設(shè)置基板。
（2）在60、70或80℃/2kg（或500g）負(fù)荷下保持1hr。
（3）目視檢查去掉包裝材料時(shí)涂層上的壓痕印記狀態(tài)
按照上圖1的測試方法，如果有壓痕產(chǎn)生，就會(huì)出現(xiàn)下圖2 測試樣板左邊的壓痕印記，而右邊的測試樣板就沒有出現(xiàn)壓痕印記。
圖2 壓痕印記
2.4 包裝材質(zhì)對產(chǎn)生壓痕問題的影響
鋁輪轂包裝后，接觸輪轂涂層的包材，其物質(zhì)在高溫下，分子運(yùn)動(dòng)會(huì)加快，表4是包材材質(zhì)對壓痕問題的影響。測試表明，帶增塑劑的PE材料，會(huì)促進(jìn)壓痕的產(chǎn)生。
表5 包材對壓痕的影響
Table 5 Influence of Packaging Materials on Press Mark
2.5 固化度對產(chǎn)生壓痕問題的影響
鋁輪轂產(chǎn)生壓痕問題，除了檢查存儲(chǔ)環(huán)境外，還要檢查涂膜的固化度以及丙烯酸透明粉涂膜的性能。固化度程度實(shí)際上影響的是丙烯酸涂膜的交聯(lián)密度（交聯(lián)密度的測試方法可以使用DMA儀進(jìn)行測定），在標(biāo)準(zhǔn)固化條件內(nèi)，固化時(shí)間越長，涂膜的Tg越高。所以只要測試不同狀態(tài)的丙烯酸透明粉涂膜，就能模擬固化過程對產(chǎn)生壓痕問題的影響。
高光丙烯酸透明粉標(biāo)準(zhǔn)的常溫固化條件是20min@175℃，可以利用改變固化條件模擬OEM工廠的不同固化過程，表5是測試同一型號(hào)丙烯酸透明粉在不同的固化條件下，涂膜壓痕產(chǎn)生的程度。可見，固化程度不足的情況下，會(huì)促進(jìn)丙烯酸涂膜壓痕的產(chǎn)生。
表6 同一型號(hào)丙烯酸透明粉在不同的固化條件涂膜壓痕產(chǎn)生的程度
Table 6 Influence of different curing conditions on Press Mark
2.6 新型抗壓痕丙烯酸透明粉的開發(fā)
2.6.1 丙烯酸透明粉中所用助劑對壓痕性能的影響
（1）流平劑
丙烯酸透明粉中所用的流平劑可以是丙烯酸酯類液體流平劑或酰胺改性類固體流平劑，他們的典型代表是PL-200和POWDERMATE 570FL，我們使用實(shí)驗(yàn)室模擬壓痕產(chǎn)生的的裝置測試流平劑的選用及數(shù)量對壓痕產(chǎn)生的影響如表6所示。
表7 流平劑種類及用量對壓痕產(chǎn)生的影響
Table 7 Effect of type and quantity of leveling agent on Press Mark
從測試可以看出，在存儲(chǔ)環(huán)境低于80℃時(shí)，隨著丙烯酸酯類液體流平劑增多，體系涂膜產(chǎn)生壓痕的幾率增大。而在存儲(chǔ)環(huán)境溫度較高時(shí)（≥80℃），流平劑種類對壓痕的影響相對較小。
（2）紫外線吸收劑、抗氧劑、消泡劑
丙烯酸透明粉所用的紫外線吸收劑多為三嗪類，抗氧劑為醇酯類，消泡劑可用苯偶姻。經(jīng)過測試，他們的使用量不會(huì)促進(jìn)壓痕的產(chǎn)生。我們使用實(shí)驗(yàn)室模擬壓痕產(chǎn)生的的裝置測試這些助劑對壓痕的作用，如表7所示。
表8 一些助劑的使用量對壓痕產(chǎn)生的作用
Table 8 effect of quantity of some agent on Press Mark
2.6.2 丙烯酸透明粉中樹脂和固化劑的選擇對壓痕性能的影響
涂膜Tg越高的丙烯酸透明粉，抗壓痕性能越好，而制取高涂膜Tg的丙烯酸透明粉，可以從樹脂、固化劑的種類進(jìn)行測試。表8是選用不同樹脂、固化劑的測試記錄。
表9 不同樹脂、配比、固化劑種類對抗壓痕能力的作用
Table 9 Effects of different resins、ratios and curing agents on Press Mark resistance
3、 結(jié)語
根據(jù)汽車鋁輪轂出現(xiàn)壓痕問題，考察了鋁輪轂存儲(chǔ)、運(yùn)輸過程中環(huán)境溫度狀況、輪轂疊加層數(shù)，考察了環(huán)境溫度、疊加層數(shù)對壓痕的影響，同時(shí)分析了固化度、涂膜Tg對壓痕的影響，開發(fā)了新的丙烯酸透明粉產(chǎn)品，在保持原先丙烯酸產(chǎn)品性能基礎(chǔ)上，有效的減少了壓痕的產(chǎn)生，提升了國內(nèi)汽車鋁輪轂涂裝行業(yè)綠色涂料制造與涂裝技術(shù)的進(jìn)步，降低了國內(nèi)在汽車零部件制造領(lǐng)域的生產(chǎn)成本。
作者：汪志成，付光明，周慎超 /老虎表面技術(shù)新材料（蘇州）有限公司
來源：中國粉末涂料與涂裝行業(yè)年會(huì)論文集
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