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聚氨酯涂料在汽车保险杠涂装的应用

       汽车保险杠是吸收和减缓外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。在汽车保险杠制成材料中聚烯烃塑料占有非常重要的地位,其不仅具有保护功能,还以塑料本身轻质的特点大大促进了汽车行业的轻量化发展。同时由于聚烯烃本身具有强度、刚性、韧性的良好平衡,汽车发生碰撞事故时能起到非常有效的缓冲作用,保护前后车体。

      但是由于聚烯烃材料本身的非极性,而且具有非常低的表面张力,一般的涂料无法很好地附着于其表面。要达到良好的附着能力,则需要特殊的涂装预处理或者选用特殊的涂料。通常来说,当涂装聚烯烃基材时,聚烯烃基材的预处理、涂料配方设计和原料的选用都非常重要。塑料表面在制成工艺过程中常被脱模剂、油污或脏物污染,涂装前必须进行清洁处理,例如在强力洗涤装置中采用酸性或碱性介质进行清洗。聚烯烃材料(如PP基材)的表面预处理、活化可采用火焰、电晕、等离子或者氟化。*为常见的火焰预处理是使火焰短暂地扫过部件表面,通过短时高温氧化使基材表面生成极性基团,以使后续涂装的涂料容易附着。除此之外,还可以采用基于氯化聚烯烃的底漆或附着力促进剂,这些物质可以确保涂料在非极性的聚丙烯基材上获得良好的附着力。然而有机含卤素化合物的应用已成为人们争议的话题。

       在德国,大部分的涂装工艺是采用双组分聚氨酯底漆结合活化预处理的方式来提高PP保险杠的涂装总体的可靠性。同时,德国保险杠用的涂装工艺紧随汽车OEM涂装的进展,在底漆和色漆层已大部分采用水性涂料涂装。但在中国目前大部分的保险杠涂装工艺还是以传统的溶剂型涂料为主。近年来,随着国内环保法规的日益严格,传统的溶剂型正快速向环保涂料体系转变,尤其转向水性涂料的方向。此外,汽车OEM主机厂也逐渐提出塑料部件水性化的要求,使得汽车塑料用的底漆和色漆向水性化的转变越来越迫切。

       底漆通常有浅灰色和深灰色,也有采用与色漆颜色类似或相同的颜色。底漆的主要功能在于有效覆盖塑料底材缺陷,并能提高基材附着力。对于保险杠底漆来说,还要具备优良的重涂性、耐水性、以及低温耐冲击能力等。保险杠涂料还必须具备一定的外力缓冲作用,从而起到对驾驶员和乘车者的防护。聚氨酯底漆的韧性正能满足这一要求,水性聚氨酯底漆性能尤佳。

       PP材质的保险杠本身具有一定的强度和韧性,选用的涂层体系也需要与基材的韧性相匹配,才能提高整体的涂装性能和*终的保护功能。因此,聚氨酯涂料作为底漆,其韧性能很好地满足保险杠的需求。这一层聚氨酯底漆通常使用聚酯或丙烯酸为主树脂,搭配基于HDI类的多异氰酸酯作为固化剂的2K聚氨酯体系。在火焰预处理后,可直接涂装双组分聚氨酯底漆。这一技术体系在欧洲已经获得成功应用。如果没有火焰预处理,则必须结合一定量的CPO(氯化聚烯烃)或PO(聚烯烃)成分来获得对PP基材足够的附着力,这通常是日系车采用的技术体系。近几年,国内日系车的生产已经开始沿用日本的水性保险杠底漆技术。

      保险杠用色漆的主要功能在于优良的颜色效果、耐水耐候性能(配方中通常会添加紫外线稀释剂)、层间结合力优异、润湿施工性能良好。传统的溶剂型色漆配方中含有大量的有机溶剂,是喷漆体系中VOC排放*大的一层涂料。特别是含有一些特殊效果颜料(铝银粉或珠光粉)的色漆,其有机溶剂含量超过80%。目前,保险杠用水性聚氨酯色漆源于德系车。水性聚氨酯具有良好的物理机械性能,特别是耐高低温冲击性能,具有柔韧(软段)和硬度(硬段)的平衡性能,含有大量的氢键结构,非常适合用于保险杠底色漆的成膜物。由于水性涂料具有较大的收缩性,因此能更好地帮助金属颜料薄片的平行排列,能提供较好的效果颜料外观。

      采用脂肪族异氰酸酯为原料的水性聚氨酯具有优异的耐光耐候性。其中典型的脂肪族二异氰酸酯有HDI、IPDI、H12MDI。保险杠的色漆配方可以采用基于HDI的水性聚氨酯为成膜物来制备,可达到PP保险杠优良的韧性以及耐冲击性能。基于脂肪族异氰酸酯为原料的聚氨酯分散体非常适合用于保险杠底色漆的成膜物。外饰塑料件的色漆配方可以采用PUD作为成膜物,也可以与一定量的丙烯酸乳液混拼以达到平衡成本的目的。

      保险杠清漆需具有优异的外观、耐化学品以及耐候性(配方中一般会添加紫外线吸收剂以保护保险杠不受外界气候、紫外伤害)。目前绝大部分的保险杠清漆都是双组分聚氨酯涂料体系。双组分聚氨酯可以通过原材料的选择搭配,匹配保险杠基材的韧性,并且在80℃的低温烘烤下,依然能满足流平均匀、高光泽、高饱满度、以及耐候耐化学品的要求。另外,优化过的双组分聚氨酯清漆具有明显的自修复功能,即使被刮伤后也能自修复到原有的高光泽外观。*通常使用的双组分聚氨酯涂料就是通过异氰酸酯基团(—NCO)和主树脂中的活性羟基(—OH)反应来交联,从而达到优异的漆膜性能。使用脂肪族多异氰酸酯的聚氨酯体系,具备优异的耐候性;双组分聚氨酯交联后形成的氨酯键能够耐多种化学品;氨酯键之间还能形成氢键,使漆膜硬且柔韧,具有抗石击、耐刮擦甚至自修复等功能;而这些功能都是汽车涂料所要求的。

      保险杠用清漆体系,目前以溶剂型双组分聚氨酯涂料为主。2006年曾有水性高光清漆用于塑料涂装,但是由于施工可操作性的限制,并未得到广泛应用。在VOC法规的推动下,为进一步降低VOC排放,高固清漆成为研究热点。采用低黏度的固化剂可使用较少溶剂即能调节涂料至施工黏度,显著减少溶剂的使用,并达到较高的施工固含。在保险杠清漆体系中,采用低黏度固化剂,不仅能有效降低清漆中有机溶剂的含量,降低VOC排放,而且在性能方面也具有很大的改善,例如保光性、附着力和耐水性能。

       随着汽车产销量的日益增长,对配套的塑料部件的需求也将日益增加,汽车保险杠涂料的需求也将日益扩大。这对于行业链上的各个环节都将带来机遇。在中国日趋严格的环保法规的驱动下,以及人们环保意识的不断增强,汽车主机厂要求配件与车身主体配套,不断推进对底漆与色漆的水性化发展。而且在德国日本等发达国家,保险杠水性底漆和色漆已经成功应用多年,这将加速保险杠涂料在中国的水性化进程。


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