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汽车内饰塑胶变色漆该如何选用树脂呢?
发布时间: 2019年02月14日 【字体:

汽车内饰塑胶漆该如何选用树脂呢

随着汽车工业的发展,汽车轻量化趋势使得汽车对塑料零部件的需求越来越大。然而,单纯的塑料零部件并不能达到汽车对耐候性、装饰性等的严格要求。因此塑料涂装也就自然的成为塑料件应用过程中的重要一环。塑料漆不仅改善了塑料件自身的缺陷,增长了使用寿命,而且赋予它丰富的色彩和亮丽的外观。


汽车内饰用塑料


 

目前,汽车制造商在汽车内饰方面追求的是进一步提高车内部空间的舒适性、安全性和装饰性,并向高级化方向发展。这种高级化体现在采用多种性能各异的材料,使车内所有表面软饰化(纤维织物、真皮革、植毛)并力求美化(花纹深粗、木纹、颜色匹配)。


表1 汽车用塑料

 

聚丙烯由于价格低而迅速在美国汽车上得到广泛应用。

当然,由于ABS强度高、刚性好、耐高温、易于将装饰材料和软质表面粘结在一起,因而仍是主要的内饰材料之一。

 

汽车内饰使用的塑料类型主要有以下几类:

 

(1) 塑料仪表板:PPO制造的仪表面板具有低成本、较好的振动阻尼和易于再生利用的优点,使PPO成为未来汽车仪表面板的首选材料。

 

(2)车内顶棚:目前轿车顶棚一般为玻璃纤维+发泡聚氨酯+表面装饰织物等多种材料复合加工而成,货车一般采用表面附有人造革或纤维织物的泡沫片材粘贴型顶棚。

 

(3)门立柱装饰板:常用材料PP和PPO。

 

(4)其他

 

对于不同的塑料选择涂料应遵循以下基本原则:

 

(1)根据被涂塑料的性质来选择涂料:良好的附着力、涂料的溶蚀性;

 

(2)根据塑料制品对涂膜性能要求来选择涂料:内用、外用;

 

(3)参考施工工艺要求选择涂料

 

表2列出了常见塑料件涂装用涂料:

 


表2 塑料涂料的分类

塑料涂料的附着力是我们在设计配方时的一个关键点,这是由于塑料表面自由能低、极性小。其表面自由能低于10-5J/cm2,表面很难附着。

那么在了解如何在提高我们样品的附着力之前,先来了解一下涂料在塑料底材上的附着原理吧。

 

塑料表面粘附理论

 

就涂料在塑料底材上的附着曾提出多种理论:扩散理论、溶解度参数理论、静电理论、化学键合理论、吸附和机械咬合理论等。

 

其中扩散理论已经得到广泛的认可,该理论认为涂层附着力的大小与涂料扩散到塑料底材内部能力的大小密切相关。


其实这些理论之间并不矛盾,涂料一旦渗透到塑料底材中,渗透物与塑料底材间存在的静电和机械咬合现象会明显增强二者之间的附着力。要想涂料渗透到塑料底材当中,首先要使它能很好地润湿底材,可以通过调配涂料中各组分的比例,使之在底材上铺展开来。此时涂层和塑料底材之间通过化学作用力而结合到一起。

 

如果成膜树脂与塑料基材的溶解度参数选择适当,就能使漆膜与塑料表面形成一个互混层,这时涂料与塑料之间的静电和机械咬合力就会起作用。互混层虽有助于附着,但是要靠涂料中的溶剂对塑料的轻微溶解来实现,如果把握不当使涂料过分溶蚀塑料底材表面,将会使塑料底材表面凹凸不平,漆膜起皱,流平性不好,影响外观。因此所用溶剂的溶解度参数要尽量与塑料的溶解度相差远一些。

 

由于塑料和涂料均是较为复杂的体系,存在着物理、化学等方面的不均一性,因此存在着内应力,如收缩应力、热应力和变形应力等,这些应力均会对涂料的附着力造成不利影响,因而需要添加合适的助剂及选择适当的涂料体系来加以消除。不同的塑料底材也要根据结构相似、极性相近原理选择合适的涂料体系。

 

那了解完原理,谈涂君就来给大家说说究竟哪些因素会影响涂料的附着力。

 

影响涂料附着性能的因素


影响塑料涂料附着性能的主要是:附着力,涂料的溶解性和混容性以及涂料的极性。


01

附着力

 

高分子物质之间的凝聚和粘附主要依靠三种力量即分子间力、氢键力和化学键力。这三种键力以化学键力最大,氢键次之,分子间力最小。在一般的附着作用中,分子间力起主要作用,氢键力在一定的涂料品种中存在,而涂料与基材之间以化学键粘附的情况最少。

 

塑料涂料与金属涂料不同,研究塑料涂料的附着力,首先就得清楚涂料与塑料之间的附着力。因此要考虑塑料本身的结构特点,包括塑料的极性,塑料的可溶性(溶剂敏感性),塑料集团的排列规整性(结构对称性:包括旋转对称、螺旋对称、中心对称、镜面对称,影响塑料的结晶性,包括微小结晶程度)等方面的因素。

 

这些因素是影响涂层在塑料表面附着的关键。其次,就是涂层与涂层之间的附着力。决定涂层之间配套性的结构因素可以归结为表面张力从下往上的递减传递。

 

涂层与涂层或涂层与基材之间的附着形式归结起来有两种:静电作用和缠绕锚固。

 

(1)静电作用

 

影响静电作用的因素主要是涂层中分子的极性、分子与基材之间的相互作用力形式(包括:离子力、共价键、范德华力、氢键力),涂层中基料的极性越大,内聚力就越大,表面张力就越大,涂层越难于附着;同时交联密度越大、极性越高、内聚力也越大,导致涂层附着难道加大。然而分子极性过低,,分子之间的作用力也过低,不利于涂层的附着。通过添加附着力促进剂(一般都是偶联剂或羧酸、不饱和聚酯类),可以增加分子之间的化学键作用,增强相互吸引程度。

 

(2)缠绕锚固

 

缠绕锚固与结构的规整性有关,结果越规整,结晶度越高,溶剂的溶解和溶胀越困难,越不利于涂层中聚合物分子向塑料中渗透,越难于形成分子缠绕,也就越不利于涂层的附着,如聚甲醛、HDPE、等规 PP、尼龙等。分子的缠绕需要借助于溶剂的溶解和溶胀来完成,溶解和溶胀的直接结果是塑料表面粗化甚至塑料聚合物的分子扩散,HDPE、等规 PP 可以借助于甲苯、二甲苯进行粗化,促进氯化聚烯烃向塑料表面渗透扩散。影响结晶性的主要因素初结果的规整性外,往往含有均匀分布的强极性基团如氨基甲酸酯基、腈基以及主链上的酯基、酰胺基等,大部分塑料的结晶度较低,选择丙烯酸酯作为成膜基料时可以使丙烯酸酯与塑料之间在静电力、分子扩散缠绕等方面均具有较好的作用吻合。

 

涂料的溶解性和混容性

02

 

用有机溶剂配成的涂料,与塑料接触可能产生溶解和溶涨,也可能使塑料出现应力开裂或表面拉丝,对含有增塑剂的塑料易萃取出增塑剂。因此,涂料溶剂的选择不仅影响涂料的性能,也取决于塑料基材对它的特定要求。

 

衡量溶解性能的常用方法是根据它们的溶解度参数δ,对塑料表面涂料的δ有如下三个要求:

 

(1)在一般情况下,涂料用树脂的δ值要相近于塑料的δ值,使涂料有较好附着力。对于附着力不好的塑料,如聚四氟乙烯、聚乙烯等必须进行表面处理,并使用适宜于这类塑料的涂料。

 

(2)涂料用溶剂的δ值要远小于或大于塑料的δ值,以保证塑料表面不被溶解或剥离。

 

(3)涂料用树脂的δ值要远小于或大于增塑剂的δ值,也可使用与增塑剂不发生作用树脂来配制涂料,以解决增塑剂的渗析问题。

 

03

涂料的极性

 

极性涂料对极性基材,部分非极性涂料对非极性都有较好的附着作用。


表3 汽车内饰用塑料性质

 

汽车内饰涂料树脂选用

 

树脂对于一个配方来说是就好比是“血液”,不能缺少更不能选错。那如何才能选择一只合适的汽车内饰涂料用树脂呢?

 

目前塑料的种类主要有聚烯烃、PS、ABS、PC、PMMA、聚酰胺和聚醚塑料等。其中,聚烯烃、PS塑料和ABS的应用最为广泛。由于不同塑料底材的结构、极性有很大差别,因此不同的塑料底材要选用不同的涂料体系。

 

聚烯烃类塑料主要有聚丙烯塑料(PP)、聚乙烯塑料(PE)。聚烯烃类塑料基材的结晶度高,耐溶剂性强,表面极性和表面能低,除应选择适当的涂料体系外,还需进行适当的表面处理。与该塑料基材有相似的分子结构和溶解度参数的氯化聚烯烃类涂料、氟碳树脂涂料等可提供良好的附着力,是该类塑料用涂料的首选,也可使用环氧、聚氨酯、双组分丙烯酸类涂料。

 

由于成型性能好、外观漂亮、综合力学性能优良等特点,PS与由它改性而来的ABS二者主宰了电器塑料外壳市场。但单纯的PS因其脆性大、易碎裂、耐热性差等缺点,应用受到了限制。适宜的体系有环氧涂料、热塑性丙烯酸酯树脂涂料、热固性丙烯酸酯-聚氨酯树脂涂料、丙烯酸改性醇酸树脂涂料、醇酸树脂改性聚苯乙烯涂料、改性纤维素类涂料等。

 

ABS是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯(Styvene)3种单体共聚而成的聚合物。改变3种组分的比例和采用不同的组合方式,以及聚合物相对分子质量不同,可以制造出性能范围广泛的不同规格、型号的ABS树脂,目前单体含量的范围为:A占20%~30%;B占6%~30%;S占45%~70%。可以看出:ABS与PS具有同宗性。但由于它刚性强、硬度大、韧性好、表面性好、成型性好等优点,其应用范围远远超过PS。

 

由于ABS含苯乙烯单体,适合PS类塑料涂装的涂料也适合ABS的涂装。又由于ABS含有极性单体丙烯腈,具有较高的表面张力,较其它的塑料制品更容易涂装。其可选择的涂料范围比较宽,可选择挥发性涂料,如丙烯酸酯涂料、环氧醇酸硝基涂料、氨酯油涂料,也可选双组分转化型涂料,如丙烯酸聚氨酯涂料。

 

另外,出于对环保和资源的要求,在近年来无论是终端市场的需求,还是政府出台政策限制源头,都促进了涂料工业向以水性涂料、高固体分涂料、光固化涂料和粉末涂料等为代表的低毒、环保涂料方向发展,其中最重要的是水性涂料。

 

环保和配套性都能满足后,就需要关注汽车内饰涂料究竟还要满足哪些性能呢?


表4 汽车内饰涂料要求


表5 GMW-14445规范测试方法

 

为了响应新的环境要求和对未来汽车OEM塑料涂料需求增长的预期,来自荷兰的树脂企业帝斯曼推出了一款水性脂肪族聚氨酯分散体NeoRez R-4000,不仅可以满足优秀的化学和物理耐性,并且在多种汽车内饰塑料基材(例如PC、ABS以及PC-ABS合金)上表现出优秀的结合力。

 


表6 水性脂肪族聚氨酯分散体NeoRez R-4000产品数据


表7 NeoRez R-4000测试结果


通过测试结果(表7所示),我们发现NeoRez R-4000可应用于单涂层的清漆或色漆系统,可以根据终端应用的需求做成单组份配方或配合异氰酸酯固化剂做成双组份配方。目前使用NeoRez R-4000的汽车内饰涂料可通过通用汽车、大众汽车的性能测试。

 

除了NeoRez R-4000,还有帝斯曼推出了一系列能够满足各类汽车内饰涂料用的树脂,如表8所示:

 

表8 DSM推出可用于汽车内饰涂料的系列树脂

 

除了提供能够满足汽车内饰涂料的系列树脂,针对家用电器,尤其是电视机与HI-FI设备,帝斯曼还推出了一支降低了相对于传统属性塑料涂料所需溶剂用量的50%的丙烯酸乳液NeoCry A-668。不仅能够符合日益严格的VOC限量标准,还可用于高光黑色涂料和银色漆,避免发白起雾的现象。


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