作者：陈 雄，彭震宇，李 光，高庆福，尹 臣，何达荣，吴鹏洲，曾海燕
( 擎天材料科技有限公司 中国电器科学研究院股份有限公司 )
摘要：为解决轮毂在实际精车加工时出现涂层剥落崩碎现象，以聚酯和环氧聚酯两种体系作为研究对象，主要通过3个方面降低涂层玻璃化温度，探究涂层玻璃化温度、韧性及生产工艺与精车外观的对应关系。
0 引言
轮毂在实际生产加工中需要对带涂层的表面进行精车修饰，在精车面会存在涂层崩落情况，造成锯齿状缺口的出现，严重影响外观。具体外观如图1所示。这种精车涂层出现缺口的现象一般在轮毂返工过程出现。而涂层玻璃化温度对涂层机械性能有直接影响，对后续生产加工过程中是否会出现精车外观问题存在一定关联。本文以粉末涂料玻璃化转变温度为研究对象，探究不同玻璃化温度对轮毂精车加工时候外观不良的影响。
图1 精车外观不良
本文主要以下3个方面控制涂层玻璃化温度，一是选用不同玻璃化转变温度(T g)的树脂来控制粉末涂层的玻璃化温度；二是通过共混低T g的树脂，调节树脂比例来降低粉末 涂层的玻璃化温度；三是通过研究不同环氧当量的固化剂和环氧树脂与聚酯的反应来调节涂层的玻璃化温度。通过不同方式调节粉末涂层的玻璃化温度来研究其与涂层韧性及轮毂精车外观关系。
一般在轮毂领域常用的体系有聚酯体系和环氧聚酯体系，聚酯体系是端羧基聚酯树脂搭配TGIC固化剂，在环氧聚酯体系中有环氧和聚酯两种树脂发生反应，环氧树脂既充当反应树脂又充当固化剂，二者互相反应。本文通过两种轮毂领域不同体系作为研究对象，分别探究其对轮毂精车外观影响。
1 试验部分
1.1 主要原材料
羧基聚酯树脂(A、B、C、D、E)、双酚A型环氧树脂(a、b、c、d、e)：擎天材料科技有限公司；固化剂TGIC、增硬剂、透气剂：市售；安息香、光亮剂、流平剂、促进剂：进口；以上均为工业级产品。
1.2 主要设备
SLJ-30双螺杆挤出机，东辉；DFY-500高速中药粉碎机(摇摆式)：上海新诺仪器集团有限公司；静电喷枪：旭灿纳克机械商贸(上海)有限公司；小型静电喷粉柜；高温烘箱：吴江东吴烘箱设备有限公司；ACM-02型磨粉系统：烟台东源化工设备有限公司；DSC差示扫描量热仪：深圳市勇达仪器设备有限公司。
1.3 粉末涂料制备
SLJ-30双按照标准配方用天平称取原材料，精确到 0.01 g，用DFY-500高速中药粉碎机(摇摆式)进行原料预混合，混合后通过双螺杆挤出机在高温下熔融共混挤出，挤 出机一区温度控制在90~100 ℃，二区温度控制在100~120 ℃。挤出的片料经过冷却后粉碎，选择合适目数的筛网筛出以控制粉末的粒径，在粉碎过程应控制温度避免后续粉末结团，影响涂膜外观细腻度。最后按照标准喷涂不同素材 碳钢板或铝板并按标准烘烤工艺完全固化，对该完全固化的涂层进行涂膜性能测试。
1.4 涂膜性能测试
涂膜性能测试标准及结果见表1所列。
表1 涂膜性能测试标准及结果
2 结果与讨论
2.1 树脂Tg对涂层Tg及精车外观的影响
以聚酯体系为研究对象，选择相同的异氰尿酸三缩水甘油酯固化剂TGIC作为反应物，对比不同T g的树脂与TGIC反应后的涂层T g与精车外观的关系，结果见表2所列。
表2 不同聚酯树脂制备涂层的性能结果
由表2可知，树脂T g越高，涂层T g越高，硬度越大，柔韧性明显下降，精车后外观不良更严重。但树脂T g过低，容易造成粉末储存过程中易结团发黏，影响喷粉后产品外观及流平效果。因此，控制树脂T g在52~54 ℃比较合适。
2.2 共混不同比例低T g树脂对涂层T g及精车外观的影响
以聚酯体系为研究对象，聚酯树脂A作为主体树脂，共混10%~50%比例聚酯树脂D，对比共混树脂体系涂层玻璃化温度及抗精车外观不良效果，结果见表3所列。
表3 共混不同比例低T g树脂的涂层性能结果
由表3可知，共混一定比例低T g树脂能有效降低涂层T g，当共混低T g树脂比例小于20%时对性能改善不明显，共混低 T g树脂比例越大，对涂层柔韧性提高越明显。但过量会造成粉末T g降低，在常温储存下易结团，因此推荐共混比例为30%。
2.3 树脂及不同类型固化剂对涂层T g及精车外观影响
以聚酯体系为研究对象，聚酯树脂B作为反应树脂，选用不同厂家TGIC固化剂为反应物，探究不同氯含量及环氧当量的TGIC固化剂的涂层T g和性能，结果见表4所列。
表4 不同厂家TGIC的涂层性能结果
由表4可知，使用不同环氧当量的TGIC可以有效调节涂层T g。在聚酯体系中，降低TGIC环氧当量，涂层硬度下降，精车外观不良现象有明显改善，但固化剂TGIC中环氧当量过低会导致树脂反应很不完全，严重影响其他力学性能及对基材的保护效果，因此选择TGIC环氧当量为102 g/mol会更合适。目前试验未发现含氯量对轮毂精车外观的影响。
以环氧聚酯体系为研究对象，环氧树脂即作为反应树脂也作固化剂。通过选择不同环氧当量的环氧树脂，探究环氧树脂当量对涂层性能影响，结果见表5所列。
表5 不同环氧当量的环氧树脂对涂层性能影响结果
由表5可知，在环氧聚酯体系中，降低环氧当量会导致粉末易结团，贮存性不好；增大环氧当量会导致涂层发硬发脆，更易崩裂严重。因此控制环氧树脂的环氧当量为1000 g/ mol更合适。
2.4 客户现场工艺对轮毂精车外观的影响
以在客户现场实际应用中，客户的轮型、尺寸大小、毛胚面及精车面的喷涂会影响流平效果，对后续的加工过程精车外观影响不同。此外，喷涂过程中的控制，如静电高低、鼓风量大小、线长及线速都会影响上粉膜厚及外观。因此，探究粉末在客户现场实际应用对涂层性能有积极意义。生产工艺数据见表6所列。
表6 客户现场的工艺数据
通过对一种不同尺寸的星型轮毂进行对比，轮毂尺寸小膜厚偏高，轮毂升温速率快，交联固化过度，导致后续精车加工崩裂严重，外观不良；轮毂尺寸大膜厚偏低，涂层流平不好，易产生橘皮效果，对轮毂外观影响较大。选择合适的轮毂尺寸对外观及后续加工有积极作用。
通过对现场的静电电压、鼓风量、线速线长等实际工艺对比测试，具体工艺与轮毂外观及精车外观关系见表7所列。
表7 不同生产工艺对涂层性能影响结果
通过对比不同膜厚的轮毂精车外观情况，可知静电电压过高容易引起膜厚偏高；静电过低会导致吸附效果不良，造成轮毂上粉不均匀或露底。生产过程中鼓风量越大，线速越慢，实际喷涂过程中轮毂上粉率也会偏高，造成膜厚过厚。在实际生产过程中控制静电电压在70~80 kV之间，建议控制鼓风量和线速控制膜厚在100~120 μm，保证轮毂的外-观和精车性能。
3 结语
轮毂返工过程中出现精车外观不良现象是目前行业内普遍存在的问题，本文以聚酯体系和环氧聚酯体系为研究对象，通过对比聚酯和环氧聚酯体系的不同树脂T g、共混树脂比例、固化剂类型和环氧当量对涂层T g的影响，探究涂层T g与涂层韧性和精车外观的关系，同时对比一系列不同生产工艺条件对涂层膜厚和外观的影响，找到合适的膜厚范围，确定生产电压、线速线长、鼓风量等生产工艺范围，改善涂层因膜厚过高引起的精车外观不良现象。
来源：粉末涂料与涂装 2025 第6期
(0)
