聚氨酯在汽车保险杠涂料中的应用进展

汽车保险杠是一种安全装置，可吸收和减轻外部撞击并保护车身的前后。在汽车保险杠应用领域，聚烯烃塑料占据着非常重要的地位。随着汽车工业的发展以及工程塑料在汽车工业中的广泛应用，聚烯烃塑料已成为保险杠的重要基材。它们不仅具有保护功能，而且以塑料的轻量化促进了汽车行业的轻量化发展。 。由于聚烯烃本身在强度和刚度/韧性之间具有良好的平衡，从安全的角度来看，汽车在发生碰撞时可以起到非常重要的缓冲作用，保护前后车身以及在外观上，涂层聚烯烃塑料可以自然地与车身结合，并具有很好的装饰外观，这是装饰汽车外部的重要组成部分。众所周知，由于聚烯烃材料本身是非极性的并且具有非常低的表面张力，因此普通涂层不能粘附于表面，并且为了获得良好的粘附性，需要特殊的预处理或特殊的涂层。在涂覆聚烯烃基材时，涂料的配方和构造技术必须与基材匹配。

因此，聚烯烃基材的预处理，涂料配方的设计和原料的选择非常重要。 1.保险杠涂装工艺的现状在制造过程中，塑料表面经常被脱模剂，油或灰尘污染。必须在上漆之前将其清洗，例如在功能强大的清洗设备中使用酸性或碱性介质。清洁，如图1所示。图1.塑料表面强力清洗过程示意图。聚烯烃材料（例如PP基材）的表面预处理/活化可以是火焰，电晕，等离子体或氟化。最常见的火焰预处理是暂时将火焰扫过零件的表面，并通过氧化在PP表面形成极性基团，以使随后的涂层易于粘附。上述表面活化方法都需要特定的设备才能完成。除了另外，可以使用基于氯化聚烯烃的底漆或增粘剂，以确保涂层与非极性聚丙烯基材的良好粘合。但是，含有机卤素化合物的应用已成为争议的话题。在德国，大多数涂层工艺使用两组分聚氨酯底漆和活化预处理相结合，以提高PP保险杠的整体可靠性。同时，德国保险杠的涂装工艺随着汽车OEM涂料的发展而发展，大多数底漆和涂料层都涂有水性涂料。工艺流程如图2所示。图2德国保险杠涂漆工艺示意图在日本，保险杠采用涂覆工艺。大多数底漆使用氯化聚烯烃（CPO）或无氯聚烯烃（PO）来提高附着力。该工艺流程如图3所示。图3日本保险杠喷漆工艺示意图随着CPO和PO技术的发展，水性CPO和水性PO的底漆逐渐出现，可以减少VOC排放。工艺流程如图4所示。图4日本保险杠的水性CPO涂层工艺示意图在中国，当前大多数保险杠涂层工艺均基于传统的溶剂型涂层。工艺流程如图5所示。图5中国保险杠涂漆工艺示意图近年来，随着国内环境保护法规的日益严格和人们对环境保护的普遍认识，传统的溶剂类型正迅速向涂料行业转移。环保涂料体系，特别是水性涂料的发展方向。此外，汽车OEM OEM逐渐提高了对水性塑料零件的要求，从而使汽车塑料底漆和涂料向水性材料过渡。 2保险杠的低VOC涂料体系示例2.1保险杠底漆底漆通常具有浅灰色和深灰色，并且与彩色油漆相似或相似。相同的颜色。底漆的主要功能是有效覆盖塑料基材的缺陷并提高基材的附着力。对于保险杠底漆，它还具有出色的重涂性，耐水性和低温抗冲击性。对于汽车，保险杠还要求具有良好的安全性。因此，保险杠漆还必须具有一定的外力缓冲功能，以保护驾驶员和乘员。聚氨酯底漆的韧性足以满足该要求，而水性聚氨酯底漆则特别好。图6是显示不同涂层对塑料基材的保护作用的实验。图6.高速冲击渗透试验中的塑料涂层照片。 PP材料的保险杠具有一定的强度和韧性。所选的涂层系统还需要匹配基材的韧性，以最终改善整体涂层性能。保护功能。因此，作为底漆，聚氨酯涂料具有良好的韧性，可以满足保险杠的需要。

该聚氨酯底漆层通常使用聚酯或丙烯酸树脂作为主要树脂，以及基于HDI的多异氰酸酯作为固化剂的2K聚氨酯体系。火焰预处理后，可直接使用两组分聚氨酯底漆。该技术系统已在欧洲成功应用。如果不进行火焰预处理，则必须将一定量的CPO（氯化聚烯烃）或PO（聚烯烃）组分混合在一起，以获得对PP基材的足够粘合力，这通常是日系汽车所使用的技术体系。近年来，日本国产汽车的生产已开始使用日本的水性保险杠底漆技术。对于某些具有特殊性能要求的OEM，例如保险杠的整体涂层系统通过了热蒸汽测试（Hotsteamjet），一般的配套底漆将使用两组分系统来满足要求。图7是在火焰预处理的条件下热蒸汽冲刷二组分底漆和一组分底漆的测试结果。结果表明，左侧两种成分的测试结果均优于右侧一种成分的底漆。图7：一组分和二组分引物。该公司开发的水性底漆树脂基于聚烯烃改性的聚氨酯分散体（不含氯），并具有未经任何预处理的PP塑料。优异的附着力和良好的耐水性。与市售产品的比较请参见图8。与市售底漆1相比，科思创水性底漆具有优异的附着力。与市售的水性底漆2相比，在常温自来水中浸泡24小时后，表面不发白，附着力仍可达到5B。为了提高塑料水性涂料的喷涂效率（涂料率）并减少由于过度喷涂而造成的涂料浪费，使用了静电喷涂技术，该方法要求将底漆制成导电底漆，即将导电颜料添加到底漆中。其中最重要或最常见的是导电炭黑。水性导电底漆更关注长期储存后的电导率和稳定性，包括底漆粘度，颜色和电导率的稳定性。在这些方面，新开发的聚烯烃改性聚氨酯分散体已显示出优异的应用可靠性，并已得到下游涂料公司的认可。图8不同保险杠底漆的附着力和耐水性的比较2.2保险杠漆的作用保险杠涂料的主要功能是优异的着色效果，耐水和耐候性，优异的层间附着力和良好的润湿性能。传统的溶剂型涂料配方含有大量的有机溶剂（60％〜70％），是涂料体系中最大的VOC涂料。特别地，包含一些特殊效果颜料（铝银粉或珍珠粉）的彩色涂料的有机溶剂含量大于80％。目前，用于保险杠的水性聚氨酯涂料源自德国汽车。水性聚氨酯具有良好的物理和机械性能，尤其是高低温抗冲击性，柔韧性（软截面）和硬度（硬段）平衡性能好，含有大量氢键结构，非常适合保险杠底漆的成膜。由于水性涂料具有较大的收缩性，因此它可以更好地辅助金属颜料薄片的平行排列，并可以提供更好的颜料外观效果。使用脂族异氰酸酯作为原料的水性聚氨酯具有优异的耐光性和耐候性。典型的脂族二异氰酸酯是HDI，IPDI，H12MDI。保险杠的涂料配方可以通过使用基于HDI的水性聚氨酯作为成膜材料来制备，它可以实现PP保险杠的优异韧性和耐冲击性。基于脂族异氰酸酯的聚氨酯分散体非常适合用于保险杠底漆的成膜剂。外部塑料零件的彩色涂料配方可以采用PUD作为成膜材料，也可以与一定量的丙烯酸乳液混合使用，以达到平衡成本的目的。此外，用于保险杠水性涂料的聚氨酯分散体必须具有良好的低温成膜性，耐水性，层间附着力和适当的干燥速度。

 2.3保险杠清漆保险杠清漆除具有良好的匹配性外，还需要具有优异的外观，耐化学性和耐候性，以保护保险杠免受外部天气，紫外线损坏，化学侵蚀和物理或洗车期间的刮擦。当前大多数的保险杠清漆是两组分聚氨酯涂料体系。两组分聚氨酯可与原材料匹配以匹配保险杠基材的韧性，并且在80°C的低温烘烤下，仍能满足均匀性，高光泽度，高丰满度，耐候性和耐化学性的要求。 。此外，经过优化的二组分聚氨酯清漆具有明显的自修复功能，即使被刮擦，也可以自修复成原始的高光外观。最常用的两组分聚氨酯涂料是通过异氰酸酯基（-NCO）和主树脂中的活性羟基（-OH）反应交联，从而获得优异的膜性能。使用脂族多异氰酸酯的聚氨酯体系具有优异的耐候性；两组分聚氨酯交联形成的氨基甲酸酯键可以抵抗各种化学物质。氨基甲酸酯键之间也可以形成氢键，使薄膜坚硬而柔韧，可抵抗石击，刮擦甚至自愈。这些功能是汽车涂料所必需的。图9是聚氨酯涂膜的自修复过程的示意图。图9聚氨酯涂膜的自修复过程保险杠的清漆系统目前基于溶剂型两组分聚氨酯涂料。 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，并未广泛使用。在VOC法规的推动下，为了进一步减少VOC排放，高固体清漆已成为研究热点。低粘度固化剂可以用更少的溶剂将涂料调节至建筑粘度，从而显着减少溶剂的使用并获得更高的建筑固含量。表1列出了用于保险杠高固体清漆配方的Coxtron固化剂产品。表1保险杠清漆常用固化剂在保险杠清漆体系中，使用低粘度固化剂不仅可以有效降低清漆中有机溶剂的含量，减少VOC排放，而且还大大提高了性能，如光泽性，附着力和耐水性。表2示出了使用相同的含水单组分底漆，含水单组分涂料和清漆的A组分。样本1使用标准的三聚体固化剂，样本2使用低粘度固化剂[m（N3600）：m（N3900）= 1：1混合拼写]。从表2中可以看出，在40℃×10 d的耐水试验后，样品2的保留率为82.3％，高于样品1的76.6％。样本1有稍有下降，附着力在1和2之间，样品2使用低粘度固化剂后，切削刃不会明显脱落，附着力≤1。这是因为由于较低的粘度，低粘度固化剂更可能渗入色漆层或什至底漆层中，从而改善粘合性并获得整个涂层的更好的耐水性。表2不同清漆固化剂对整体涂料性能的影响3保险杠涂料的发展趋势随着汽车产量和销售的增加，对塑料零件的匹配需求也将增加，对汽车保险杠涂料的需求也将增加。扩大。这将为产业链的各个方面带来机遇。在中国日益严格的环保法规和人们的环保意识的推动下，汽车OEM需要配件和车身以不断促进底漆和涂料的水性开发。而且，在德国和日本等发达国家，保险杠水性底漆和涂料已经成功应用了许多年，这将加速中国的保险杠涂料的水性工艺。随着新能源汽车的不断发展，节能减排的不断提升，减轻汽车重量将是行之有效的方法之一，那么未来的汽车可能会使用更多的塑料零件，尤其是为了获得良好的附着力各种塑料基材。可以在低温下固化并且可以集成涂层的聚氨酯技术对控制汽车生产的质量，效率和成本提出了更高的要求。