新型环保聚脲涂料在汽车上的应用研究

 

国家财税《2015-1-16》号文件、《重点区域大气污染防治“十二五”规划》及上海市《汽车制造业(涂装)大气污染物排放标准》的相继出台，促进了汽车涂料必须选择水性涂料或高固体分溶剂型涂料等低VOC含量涂料的步伐，以此来解决目前汽车行业的痛点。目前，水性涂料已是成熟技术，并在国内涂装线上相继应用，但水性涂料带来的一系列负面作用，如设备投资大、运行成本高、能耗高、管理严格等等，使业内人士很困惑 。最近在一份行业参考资料《产业结构调整指导目录（2011版）》中写到： “高固体分涂料”作为一类环境友好、资源节约型涂料，将是依然含有溶剂的“溶剂型涂料”特列，并将成为溶剂型涂料企业未来发展的重点，这与欧美发达国家保持了一致，体现出了兼顾环保和实际需求的政策导向 。因为高固体分溶剂型涂料的应用，即可以满足上述苛刻的环保法规的要求，又解决了水性涂料的负面作用。我们联合国内涂料厂家、树脂厂家，将世界上最先进的第三代聚脲技术进行二次创新，研发成功新型聚脲涂料，就属于溶剂型高固体分涂料范畴，并将其成功应用到汽车涂装生产线。本文是我们研究成果的总结，供同行参考、选用。
 

喷涂聚脲弹性体技术是早在20世纪60～70年代发明的， 它实际上是一种喷涂聚氨酯弹性体（第一代聚脲技术），当时受没有合适的设备技术影响，该技术并没有大规模应用。80年代以后，随着撞击混合式高压喷涂设备的出现，喷涂聚氨酯（脲）弹性体技术开始发展，即行业内称为的第二代聚脲技术。但由于第一、二代聚脲产品反应速度快、瞬间固化，必需采用大型专用喷涂设备施工；另外漆膜外观差，漆膜一次喷涂太厚，层间附着力差，在我国从2002年开始在汽车行业应用，主要应用在卡车和皮卡车的车厢内表面、矿山拉煤车车箱内表面、消防车行李箱内部等。聚天门冬氨酸酯聚脲简称天冬聚脲，是近年来聚氨酯工业领域出现的一种新型脂肪族、慢反应、高性能环保涂料，被称为第三代聚脲涂料。它是一种全新的聚脲涂料，这种涂料在国外开发不足10年，应用不足4~5年。目前在欧美市场主要应用于重防腐、防水、耐磨地坪等高端领域。我们联合国内涂料厂家、树脂厂家，根据汽车零部件涂层的性能要求及特点，经过多次配方改进及试验研究，将第三代聚脲技术进行二次创新，研发成功新型聚脲涂料，其性能达到汽车零部件涂层标准要求，并在汽车生产线得到应用。 

各代聚脲涂料与通用的聚氨酯涂料比较见表1。
 

根据汽车零部件、总成涂装的特点及性能要求，及目前汽车零部件、总成涂装存在的质量问题，主要针对以下汽车涂装领域，开发新型环保聚脲涂料：

针对具有耐候要求的汽车底盘件：如商用车车架等，通常的工艺是采用阴极电泳涂装，原采用通用的环氧电泳漆，工件露天存放三个月左右，涂层就严重失光、粉化，受到了用户的抱怨。目前采取的措施是：a将电泳涂料更换为耐候电泳涂料（环氧丙烯酸型），但效果不理想，即在提高涂层耐候性能的同时，牺牲了耐腐蚀性能，因为二者是矛盾的；b 在车架电泳涂层表面或整体底盘件表面喷涂防锈蜡，存在蜡膜使用一段时间后，从涂层上脱落、蜡膜易粘灰、雨淋后蜡膜变白等质量问题。通过对标国外商用车及结合国内生产线的实际生产情况，建议采用以下技术方案：车架采用通用的环氧电泳漆进行电泳涂装，保证涂层的耐腐蚀性能优异；然后在车架电泳涂层表面或汽车底盘件采取整体喷漆，喷涂低温底面合一涂料，以提高涂层的耐候性能。所以，欲开发的底面合一聚脲涂料，低温烘烤（45℃~60℃X20~30min），不影响后续的装配工序；涂层具有一定的耐腐蚀性能、优异的耐候性能；与电泳涂层、粉末涂层及其它底涂层配套性良好，可以满足生产线要求。

   
针对耐腐蚀性能（耐盐雾500h以上）要求较高、且不能高温烘烤（不能高于100℃）的底盘件，如轿车钢制燃油箱等；另外针对电泳涂层表面有磕碰伤、打磨露金属等零部件，需要一种电泳修补漆。目前应用的双组份溶剂型修补漆，是环氧涂料，耐腐蚀性能差、施工固体分低、不环保、成本高。所以，欲开发一种低温烘干、耐腐蚀性能优异的聚脲底漆，同时要求与电泳涂层、面漆配套性良好。

   
针对装饰性要求不高的客车车身，目前应用的低温双组份溶剂型涂料，施工固体分低（40%左右），不环保、成本高。所以，欲开发一种聚脲低温面漆，性能满足客车涂层标准要求，环保、降成本。

针对以上汽车涂装领域的技术要求，开发的新型环保聚脲涂料，主要技术和经济目标为：

1）开发的新型环保聚脲涂料，可以采用通用的喷涂方法和设备进行施工；

2）底面合一聚脲涂料，烘干规范（ 45~60）℃X（20~30）min；聚脲底漆，烘干规范（60~100）℃X30min；聚脲低温面漆，烘干规范（60~80）℃X30min；

3）聚脲涂料的施工固体分≥60%（红色面漆可≥55%）；

4）根据用途不同，漆膜具有优异的耐腐蚀性能和优异的耐候性能 ；

5）漆膜的其它性能满足企业标准要求；

6）经济指标：与目前应用涂料比较，节能(10~20)%，综合成本不提高。 

  
根据汽车不同的零部件及涂层标准要求，设计不同的树脂体系、不同的涂装工艺和漆膜厚度，见表2。

一汽技术中心与国内涂料公司和树脂厂通过多次试验改进配方，联合开发出新型环保聚脲涂料，克服了第一、二代聚脲涂料的缺点，即新型环保聚脲涂料可以控制反应速度、采用普通设备喷涂，漆膜厚度根据性能要求控制。新型环保聚脲涂料的原漆性能及施工性能见表3，涂层性能见表4。