1 引言
伴隨汽車工業的不斷發展，汽車輪轂作為汽車的配套產品，其需求量也日益增加。20世紀90年代國內先后成立了多家汽車(摩托車)輪轂生產廠。迄今為止，國內共有汽車輪轂生產廠約50家。其中，秦皇島戴卡輪轂制造有限公司的年生產能力為150萬套，位居全國輪轂制造行業之首。
汽車輪轂行業對涂料的質量要求非常嚴格。要生產優質的汽車(摩托車)輪轂，優質的鋁材、無塵涂裝、綜合性能優異的涂料三者缺一不可。汽車輪轂用涂料除要求有良好的表面質量和施工性外，根據應用領域的不同，要求也不盡相同。如國外高檔轎車用涂料除要求涂膜具有優異的機械性能外，還要求涂膜應具有優異的耐鹽霧性和耐洗滌劑性等。根據市場要求，開發了聚酯氨基金屬閃光面漆和罩光清漆及配套的稀釋劑。該面漆具有優良的裝飾性、加工性及耐沾污性
2 試驗部分
2.1 金屬漆的研制
2.1.1 原材料
氟樹脂(大連振邦)、聚酯樹脂、L-018氨基樹脂、防流掛聚酯樹脂、R-717氨基樹脂、蠟液、鋁銀漿、醋酸丁酸纖維素、流平劑及溶劑。
2.1.2 制漆工藝
先將氟樹脂、聚酯樹脂與蠟液混合均勻，2000 r/min高速攪拌5～10 min。然后在1000 r/min中速攪拌下加入氨基樹脂(固化劑)和醋酸丁酸纖維素及其他助劑，再分散5～10min，使樹脂混合均勻。將鋁粉在溶劑中(加入少量的潤濕分散劑)浸泡10～15min，攪拌均勻，制成鋁銀漿。在500r/min的低速攪拌下將該鋁粉漿加入到已制好的樹脂中，分散10-20min，使漆液混合均勻
2.1.1 金屬漆的配方設計
金屬漆的配方設計如表l所列。
2.1.4 試板的制備及其性能指標
根據汽車輪轂的涂裝工藝，用手動噴涂進行模擬涂裝。將馬口鐵板進行細打磨、除銹、除油，然后涂覆，干膜厚度為(23±3)μm的金屬漆，在基材溫度為 (140±2)℃的條件下烘干20min。最后進行涂膜的性能檢測，測試結果如表2所列。
2.1.5 鋁粉的質量特性
光線在金屬顏料表面的反射和散射使金屬漆具有金屬閃光效果，這些金屬顏料在涂膜中定向排列。目視效果與反射光和散射光的比率有關。散射光的比率隨顏料面積的增大而增加，色散光的比例隨光線在邊緣散射的增大而增大。
表1 汽車輪轂用金屬閃光漆的配方設計
原材料 規 格 質量分數/％ 產 地
氟樹脂 ZB-2001 35-45 大連振邦
聚酯樹脂 10-15 國產
防流掛聚酯樹脂 5-10 進口
蠟液 BYK-103 5-15 進口
醋酸丁酸纖維素 CAB 381-0.5 10-20 進口
氨基樹脂 L-018 10-15 進口
分散劑 0.1-0.2 進口
鋁粉 2-6 進口
稀釋劑 10-20 自制
表2 金屬閃光面漆性能的檢測結果
檢測項目 測試結果 國外某公司對比樣漆 檢測方法
光澤(60℃) 76 75 GB/T 1743-93
鉛筆硬度 2H H GB/T 1730-93
沖擊強度/cm 50 50 GB/T 1732-93
柔韌性/mm 1 1 GB/T 9754-88
附著力(劃格法)/級 0 0 GB/T 9286-98
注：樣板的烘烤條件為(140±2)℃，20min
顏料顆粒越粗，形狀越圓，反射光線的比例越高，因此就越亮、越白，色強度越強，閃光性增大(閃光性是指在不同角度觀察時白度的變化)。事實上，可以觀察到金屬閃光漆涂膜的立面和水平面白度的不同，或從不同角度觀察涂膜時就可感覺到隨角異色閃光性。鋁粉顏料顆粒越細，粒子結構越不規則，散射光的比例就越高，看上去越均勻，明暗變化越強，遮蓋力越高，鮮映性(DOI)越好。
目前對高白度、高亮度以及隨角異色閃光效果好，且遮蓋力高，DOI好的金屬顏料的需求很大。這些特性和粒徑大小的變化關系如圖1所示。
2.1.6 鋁粉的定向
鋁粉的質量特性—白度、明亮度、色飽和度、遮蓋力、隨角異色閃光性和鮮映度等不僅和鋁粉的粒徑及粒徑分布有關，也和片狀鋁粉顏料在涂膜中的定向有關(見圖2)。
2.1.7 鋁粉定向的影響因素
鋁粉定向的好壞直接影響金屬閃光漆的光澤、閃光指數(FI)、隨角異色效果及顏色的一致性。因此，在金屬閃光漆中選擇合適的助劑幫助鋁粉在成膜過程中進行有序排列是至關重要的。在配方設計中選用醋酸丁酯纖維素(CAB)和蠟助劑進行試驗。
CAB是熱塑性高分子聚合物，成膜后存在于涂膜的表面，在烘烤固化過程中CAB中少量的羥基也參與反應,使漆膜的耐二甲苯浸泡與擦拭性能更好，然而CAB的玻璃化溫度較高，在較低溫度下，漆膜表現得更脆，因此漆膜的柔韌性下降，但對鋁粉有良好的定向及改善光澤的作用。蠟助劑在涂料表干過程中微結晶，對鋁片定向有一定幫助.CAB與氟樹脂的搭配以 CAB381-0.5為最好，其用量對漆膜性能的影響如表3所列。
表 3 CAB 用量對漆膜性能的影響
CAB381-0.5用量/%
項 目 5 10 15 20 空白
光澤/％ 72.3 75.0 78.0 78.5 72.0
柔韌性/mm 1 1 1 2 1
耐二甲苯擦試 50 50 50 50 30
(往返次數)/次
由表3可見；隨著CAB381-0.5用量的增加，漆膜的柔韌性有下降的趨勢，耐二甲苯擦拭性能較空白樣品要好，且光澤也明顯高于空白樣品。因此，CAB381-0.5的用量在15％左右時漆膜的綜合性能較好，又對鋁粉有明顯的定向作用。
2.1.8 高金屬閃光漆的貯存穩定性
金屬閃光漆的貯存穩定性存在以下2個方面的問題：①鋁粉的反應性問題。在酸催化體系中，鋁粉顏料會與酸發生反應而消耗部分酸催化劑，使體系不能完全固化，且使鋁粉顏色發黑。因此選擇部分醚化的氨基樹脂，其反應活性高，不需要酸催化劑，可避免這一問題的發生。②鋁粉的沉降問題。在金屬閃光漆中，選擇合適的防沉劑，直接關系到涂料的防沉性、施工性、流平性乃至成膜后的物化性能。在金屬閃光漆的研制中，選擇了4種助劑：BYK-410、BYK-103蠟液、6900-20X(DISPARLON)和TYS-1蠟液(東方天益生產)。在試驗中發現BYK-410的防沉性良好，但有泛黃傾向；TYS-1的防沉性較差；6900-20X和BYK-103的防沉性均較好，且不易泛黃，但加6900-20X的漆膜流平性和重涂性不如BYK-103。因此選擇BYK-103作為金屬閃光漆的防沉劑.
2.2 罩光清漆的研制
2.2.1 原材料，
氟樹脂(大連振邦)、丙烯酸樹脂、L-018氨基樹脂、丙烯酸防流掛樹脂、R-717氨基樹脂、流平劑、紫外吸收劑和溶劑。
2.2.2 制漆工藝
將氟樹脂、丙烯酸樹脂與丙烯酸防流掛樹脂 91795混合均勻，2000 r/min高速攪拌5-10min。然后在1000r/min中速攪拌下加入氨基樹脂和流平劑及紫外吸收劑，分散10-20min，使漆液混合均勻。
2.2.3 罩光清漆的配方設計
罩光清漆的配方如表4所列。
表4 汽車輪轂用罩光清漆配方設計
原材料 規格 質量分數/％ 產地
氟樹脂 ZB-F-2001 40-55 大連振邦
丙烯酸樹脂 5～15 國產
丙烯酸樹脂 91795 5-10 進口
氨基樹脂 15-20 進口
流平劑 EFKA-3033 0.1 進口
流平劑 EFKA-3777 0.5 進口
CIBAll30 0.5-1.0 進口
CIBA292 0.5-1.0 進口
稀釋劑 18-20 自制
2.2.4 試板的制備及其性能指標
罩光清漆的試板制備與金屬漆相同，涂膜性能的檢測結果如表5所列。
表5 汽車輪轂用罩光清漆性能的檢測結果
檢測項目 測試結果 國外某公司對比樣漆 檢測方法
光澤(60°) 97.5 99 GB/T 1743-89
鉛筆硬度 2H H GB/T 1730-93
沖擊強度/cm 50 50 GB/T 1732-93
柔韌性/mm 1 1 GB/T 9754-88
附著力(劃格法)/級 0 0 GB/T 9286-98
注：樣板烘烤條件為(140±2)℃，20min
2.2.5 罩光清漆抗流掛性的解決
罩光清漆的光澤和豐滿度一方面取決于成膜樹脂本身，另一方面與其噴涂的厚度也有直接關系，為了保證噴涂的厚度并且不產生流掛，選擇了AKZO·NO-BEL的SETALUX91795VX-60抗流掛丙烯酸樹脂和AVECIA的250抗流掛劑來改善罩光清漆的流掛性。試驗結果如表6所列。
表6 抗流掛劑對漆膜性能的影響
91795樹脂的用量/%
項 目 5 10 15 20 250助劑 空白
抗流掛性(濕膜)/μm 40 >40 >50 >50 >50 30
光澤(60°)/％ 97.5 97.5 97.0 97.0 95.0 97.5
注：試驗溫度為12℃。
由表6可見，隨著91795樹脂用量的增加，漆膜的抗流掛性明顯提高，而且對漆膜的光澤幾乎無影響，但是在噴涂時發現，用量大時其噴涂所需壓力也較大，施工性能較差，且稀釋劑用量大，影響漆膜的豐滿度。而AVECIA的250助劑的抗流掛性雖較好，但對光澤的影響較大。因此，選擇91795樹脂為抗流掛劑，用量在 5％—10％之間。
2.2.6 罩光清漆中流平劑的選擇
在罩光清漆的配方設計中，選用EFKA公司的EFKA-3033、EFKA-3777流平劑進行了對比試驗，結果如表7所列。
表7 流平劑用量對漆膜性能的影響
3033 3033 3033/3777 3033/3777 3777
檢測項目 0.1% 0.5% 0.1%/0.5% 0.5%/0.5% 0.5% 空白
流平性 一般 好 好 好 一般 差
重涂性 好 差 好 差 好 好
表7試驗結果表明，EFKA-3033、EFKA-3777流平劑綜合使用的效果最好，且不影響漆膜的重涂性，因此選擇EFKA-3033、EFKA-3777搭配使用。
2.3 稀釋劑的配方設計
在溶劑型涂料中，混合溶劑配方的設計對涂層性能起著舉足輕重的作用。配方的成分與濃度影響著溶劑的溶解力、揮發速率、黏度、相對密度、安全性以及涂料的成本。適宜的溶劑配方不僅會改善涂料性能，同時也能降低成本，提高市場競爭力。
2.3.1 金屬漆稀釋劑的配方設計
在金屬漆稀釋劑的配方設計中，著重考慮以下幾個方面：①溶劑的溶解力；②溶劑的揮發速率；③溶劑的黏度、安全性；④溶劑的成本低、原料易得。根據以上幾個方面的要求，設計配方如表8所列。
表8配方中，真溶劑是醋酸丁酯和乙二醇乙醚醋
酸酯(CAC)，其中CAC可以改善金屬漆的搭接性，正丁醇和二甲苯為稀釋劑和助溶劑，其中正丁醇可防止氨基樹脂脫丁氧基，提高金屬漆的貯存穩定性。
表8 汽車輪轂用金屬閃光漆稀釋劑
原材料名稱 質量分數/％ 產地
醋酸丁酯 40-50 國產
二甲苯 20-30 國產
正丁醇 10-20 國產
乙二醇乙醚醋酸酯 10-20 進口
2.3.2 罩光清漆稀釋劑的配方設計
在罩光清漆稀釋劑的配方設計中，同樣要考慮2.3.1中的4個要點；另外，還要著重考慮罩光清漆稀釋劑對金屬漆的影響，設計配方如表9所列。
表9 罩光清漆稀釋劑配方設計
原材料名稱 質量分數/%
l# 2# 3#
二甲苯 50 45 45
S100 30 30 25
正丁醇 20 20 20
DBE 5 5
乙二醇乙醚醋酸酯 5
表9的3個配方中，1#配方在試驗過程中發現揮發速率較快，且漆膜流平性不好，同時影響了光澤；3#配方中CAC的溶解力很強，沸點較高，因此漆膜的流平性有所改善，但對金屬漆有咬底現象；2#配方由于加入了少量的DBE(高沸點溶劑)，因其具有良好的溶解力且沸點較高、餾程長，極大地改善了漆膜的流平性，減少了表面缺陷；DBE低毒無味，符合環保要求，該配方較為理想。因此，選用2#配方作為罩光清漆用稀釋劑的配方。
3 結語
汽車輪轂用涂料的應用前景十分廣闊。隨著市場對汽車(摩托車)輪轂的要求越來越高，許多輪轂生產廠家對其外觀與機械性能方面的要求也愈加嚴格。目前，國內諸多輪轂生產廠家使用的涂料主要是美國杜邦的產品，國內產品在質量上還存在一定的差距，本公司研制的汽車輪轂用涂料將為輪轂生產廠家多一個選擇余地。
