不同類型車身涂層的耐候性及循環(huán)腐蝕測(cè)試結(jié)果比較

毛章卓，顧 宏，袁 楊，吳滿健，樓杭鋒，沈佳俊，劉維民

（1.上海優(yōu)礪新材料科技有限公司，上海 201814；2.上海大眾汽車有限公司，上海 201805）

不同類型車身涂層的耐候性及循環(huán)腐蝕測(cè)試結(jié)果比較

毛章卓1，顧 宏2，袁 楊2，吳滿健2，樓杭鋒2，沈佳俊1，劉維民1

（1.上海優(yōu)礪新材料科技有限公司，上海 201814；2.上海大眾汽車有限公司，上海 201805）

選取目前普遍使用的兩種車身涂層體系（傳統(tǒng)溶劑型涂層和水性免中涂涂層體系）作為研究對(duì)象，進(jìn)行耐候性測(cè)試和循環(huán)腐蝕測(cè)試，通過比較涂層表面評(píng)價(jià)、色差、光澤變化、劃線腐蝕和起泡、涂層破壞后的老化測(cè)試等來比較兩種車身涂層的測(cè)試結(jié)果并分析其原因。

車身涂層；耐候性測(cè)試；循環(huán)腐蝕測(cè)試；劃線腐蝕；鋅層腐蝕；起泡

0 引言

目前，隨著人們對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的日益重視，國(guó)家相關(guān)部門對(duì)涂料的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放指標(biāo)也提出了新的要求，從2015年開始對(duì)VOC含量不達(dá)標(biāo)的涂料進(jìn)行征稅，這一舉措進(jìn)一步推動(dòng)了汽車涂料向綠色、環(huán)保等方向發(fā)展。目前，除了傳統(tǒng)的溶劑型體系外，免中涂的水性體系也日趨成為主要的車身涂層體系［1-3］。汽車涂層在保護(hù)車身金屬的過程中起著非常重要的作用，涂層的優(yōu)劣直接影響到汽車的使用壽命。汽車在日常使用過程中會(huì)遇到很多引起涂層老化及涂層下金屬腐蝕的因素，如光、熱、水、鹽霧、酸雨、冷熱交替及微生物等等，特別是當(dāng)涂層被破壞后，這些因素可以直接作用到車身金屬以及金屬與涂層的界面層，引起比較明顯的破壞作用，如涂層脫落、起泡及金屬腐蝕等［4-6］。為了更加客觀、快速地評(píng)價(jià)汽車涂層的使用性能，實(shí)驗(yàn)室有很多測(cè)試方法來模擬戶外的自然條件，耐候老化和循環(huán)腐蝕測(cè)試就是比較有代表性的測(cè)試方法。它們可以很好地模擬光、熱、水、冷熱交替、鹽霧等破壞因素。

本研究選取目前常用的兩種車身涂層體系，即傳統(tǒng)溶劑型體系和水性免中涂體系作為研究對(duì)象，采用耐候性測(cè)試和循環(huán)腐蝕測(cè)試這兩種測(cè)試方法來比較不同涂層的耐老化性和防腐性能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣板制備

樣板尺寸：耐候性測(cè)試樣板：長(zhǎng)×寬×厚= 68 mm×145 mm×0.8 mm；循環(huán)腐蝕測(cè)試樣板：長(zhǎng)× 寬×厚=150 mm×200 mm×0.8 mm。

溶劑型涂層樣板制備流程：熱鍍鋅鋼板→陰極電泳漆（18～22 μm）→聚氨酯中涂（27～32 μm）→聚氨酯色漆（10～12 μm）→ 單組分聚氨酯清漆（30～35 μm）。

水性涂層樣板制備流程：熱鍍鋅鋼板→陰極電泳漆（18～22 μm）→ 水性聚氨酯色漆（20～22 μm）→雙組分聚氨酯清漆（43～48 μm）。

每種涂層選用深色和淺色兩種顏色；涂層樣板制備好后，于室溫養(yǎng)護(hù)7 d后開始試驗(yàn)。

1.2 測(cè)試設(shè)備

CI4000型氙燈老化儀，Atlas；2500C型色差儀，柯尼卡美能達(dá)；Cat No. 4446 型光澤儀，BYK；SpectraLight III型標(biāo)準(zhǔn)光源箱，X-Rite；SKBWF 1000 A-TR-C型循環(huán)腐蝕鹽霧箱，Liebishch；463型劃痕儀（0.5 mm寬），Erichsen；VDA508型石子沖擊儀，Erichsen；4657型膠帶，Tesa。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 耐候性測(cè)試

測(cè)試前將樣板分成兩組，一組用于評(píng)價(jià)表面、顏色和光澤；另一組按照ISO 9227—2012標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)要求用劃痕儀在樣板表面做一道劃痕，劃至金屬底材，劃痕尺寸0.5 mm×100 mm；將樣板安裝在氙燈老化箱中，進(jìn)行1 000 h的老化測(cè)試，氙燈參數(shù)設(shè)置如下：黑標(biāo)溫度（BST）：65℃；測(cè)試室溫度：40℃；相對(duì)濕度：70%；輻照度：0.5 W/m2（340 nm）；淋雨周期：18 min/102 min；過濾片：S. Boro./ S. Boro.（內(nèi)/外）。

老化測(cè)試結(jié)束后，在D 65°標(biāo)準(zhǔn)光源下進(jìn)行外觀及灰度評(píng)價(jià)（ISO 105-A02—1993）；采用色差儀和光澤儀進(jìn)行顏色及光澤的測(cè)定；劃痕區(qū)域先評(píng)價(jià)是否有鋅層腐蝕或基材腐蝕，然后根據(jù)ISO 4628—2—2003和ISO 4628—8—2003的要求進(jìn)行起泡等級(jí)評(píng)判和單邊涂層剝落寬度的測(cè)量。

1.3.2 循環(huán)腐蝕測(cè)試

測(cè)試前將樣板分成兩組，一組按照ISO 9227—2012標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)要求在樣板表面做一道劃痕，劃痕尺寸0.5 mm×100 mm；另一組按照ISO 20567—1—2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抗石擊試驗(yàn)，采用方法C（沖擊壓力：0.2 MPa；沖擊時(shí)間：10 s；沖擊角度：54°；石子質(zhì)量：500 g；石子尺寸：4～5 mm）。將樣板放入循環(huán)鹽霧試驗(yàn)箱中，進(jìn)行約1 000 h的循環(huán)腐蝕測(cè)試，具體步驟如下：

4 h中性鹽霧測(cè)試，ISO 9227—2006；4 h標(biāo)準(zhǔn)氣候存放，溫度：（23±2）℃，相對(duì)濕度：（50±5）%；16 h冷凝水測(cè)試，溫度：40℃，相對(duì)濕度：約100%，ISO 6270—2—2005，以上為1個(gè)測(cè)試周期，5個(gè)測(cè)試周期后，在標(biāo)準(zhǔn)氣候條件下存放48 h。

測(cè)試結(jié)束后，劃痕區(qū)域的評(píng)價(jià)同“1.3.1”；石擊樣板評(píng)價(jià)外觀和腐蝕情況后，將石擊區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物清理干凈，然后再進(jìn)行一次上述石擊試驗(yàn)，用膠帶去除松動(dòng)涂層后，計(jì)算涂層的脫落面積。

2 結(jié)果及分析

2.1 耐候性測(cè)試結(jié)果比較

經(jīng)過1 000 h的耐候性測(cè)試后，我們統(tǒng)計(jì)了4種涂層測(cè)試前后的光澤變化、色差及灰度等級(jí)等數(shù)據(jù)，結(jié)果見表1。

表1 1 000 h耐候性測(cè)試后涂層的外觀評(píng)價(jià)Table 1 Appearance evaluation of coating after 1 000 h exposure of weathering test

由表1可見：4種涂層的光澤均有一定程度的下降，主要是因?yàn)楣饫匣^程中清漆表面有一定程度的降解，使得涂層表面粗糙度略有增加，導(dǎo)致光澤下降。4種涂層的色差（Δ E）均無太大變化，其中溶劑型涂層的色差比水性涂層的要高，可能的原因是水性體系用的是雙組分清漆，而溶劑型體系用的是單組分清漆，雙組分清漆的分子間是化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，其耐老化性比單組分清漆要好一些；深色漆的色差比淺色漆的要高，因?yàn)樵谕瑯拥沫h(huán)境溫度和輻照強(qiáng)度下，深色漆的表面溫度會(huì)比淺色漆的表面溫度高一些，所以，漆膜老化降解的程度也會(huì)嚴(yán)重一些，色差相應(yīng)會(huì)偏高。從灰度等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果來看，4種涂層之間并無明顯差異，均為4～5級(jí)。

圖1是耐候性測(cè)試后涂層劃線處的圖片，由圖1可見：經(jīng)1 000 h測(cè)試后，4種涂層的劃線區(qū)域均沒有可見的起泡、鋅層腐蝕或基材腐蝕的痕跡。一方面，耐候性測(cè)試過程中，每120 min中只有18 min是噴水階段，噴水時(shí)間較短，加上測(cè)試樣板基本接近垂直角度放置，樣板表面的水很容易流下來，不能長(zhǎng)時(shí)間停留在樣板表面，沒有水的參與，鍍鋅層及基材金屬很難發(fā)生腐蝕現(xiàn)象；另一方面，耐候性測(cè)試過程中噴淋的是去離子水，基本沒有可以加速金屬腐蝕的離子，這也是腐蝕過程變得非常緩慢的原因之一。

圖1 1 000 h耐候性測(cè)試后的涂層劃線處評(píng)價(jià)Figure 1 Scribe line evaluation of coating after 1 000 h exposure of weathering test

2.2 循環(huán)腐蝕測(cè)試結(jié)果比較

2.2.1 劃痕測(cè)試結(jié)果

圖2是循環(huán)腐蝕測(cè)試后劃痕區(qū)域的外觀照片。在5個(gè)周期循環(huán)鹽霧后，4種涂層的劃痕區(qū)域均有少量白銹生成，之后隨著測(cè)試的進(jìn)行，白銹也逐漸堆積增多，這些白銹的主要成分是鋅層的氧化物和氯化物等［7］。

圖2 循環(huán)腐蝕測(cè)試后的涂層劃線處評(píng)價(jià)（30周期）Figure 2 Scribe line evaluation of coating after cyclic corrosion test（30 cycles）

劃痕兩側(cè)的漆膜在循環(huán)鹽霧5個(gè)周期時(shí)出現(xiàn)較小的起泡現(xiàn)象，之后起泡數(shù)量逐漸增加、泡的尺寸也逐漸增大?？梢钥闯觯繉悠鹋莼景殡S著上述白銹的產(chǎn)生而發(fā)生，而且起泡主要發(fā)生在鍍鋅層和電泳層之間，鋅層腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物都是一些疏松結(jié)構(gòu)的化合物，而且吸水能力較強(qiáng)，這使得水汽不斷進(jìn)入鍍鋅層和電泳層之間，產(chǎn)生起泡現(xiàn)象［8-9］。

試驗(yàn)進(jìn)行到第10個(gè)周期左右，劃痕上出現(xiàn)少量的紅銹痕跡，在后續(xù)測(cè)試中，紅銹痕跡越來越明顯。

表2是樣板劃線處單邊涂層脫落的尺寸、單邊涂層最大脫落尺寸和起泡等級(jí)的結(jié)果。由表2可見：涂層兩側(cè)的起泡等級(jí)均為4級(jí)（S5），4種涂層間沒有明顯的差異；4種涂層的單邊脫落尺寸比較接近，大約在2.5 mm左右；單邊涂層最大脫落尺寸均超過5 mm，溶劑型涂層單邊最大脫落尺寸比水性涂層小1.0～1.5 mm，可能是由于溶劑型涂層的漆膜厚度比水性涂層要厚一些，涂層越厚，漆膜起泡越困難，涂層脫落尺寸也會(huì)相應(yīng)變小。

表2 循環(huán)腐蝕測(cè)試后劃線處漆膜脫落及起泡評(píng)價(jià)Table 2 Assessment of degree of delamination and blistering around a scribe of coating after cyclic corrosion test

2.2.2 碎石沖擊測(cè)試結(jié)果

圖3是循環(huán)腐蝕測(cè)試結(jié)束后，石擊樣板的外觀照片。由于循環(huán)腐蝕測(cè)試前涂層受到過一次石子沖擊，部分沖擊點(diǎn)涂層被破壞，甚至打到了金屬基材，所以鹽霧測(cè)試后有明顯的白銹產(chǎn)生，甚至有一些點(diǎn)出現(xiàn)了紅銹；石擊區(qū)域同時(shí)也出現(xiàn)了明顯的起泡現(xiàn)象，其形成原理和劃線處的起泡原理基本一致。

圖3 石擊區(qū)域循環(huán)腐蝕測(cè)試后的外觀評(píng)價(jià)（30周期）Figure 3 The apperance evaluation of coating stone chip area after cyclic corrosion test（30 cycles）

圖4是循環(huán)腐蝕測(cè)試后，樣板同樣區(qū)域再進(jìn)行一次石擊后的外觀照片。由圖4可見：石擊試驗(yàn)區(qū)域涂層脫落比較明顯，4種涂層脫落面積的百分比分別為：1#=29.7%；2#=26.1%；3#=31.6%；4#=28.6%，可以看出，水性體系樣板的涂層脫落面積比溶劑型體系要大一些，可能是由于水性體系中沒有中涂層，降低了體系的抗石擊性能。

圖4 循環(huán)腐蝕測(cè)試后二次石擊區(qū)域的外觀評(píng)價(jià)（30周期）Figure 4 The apperance evaluation of coating second stone chip area after cyclic corrosion test（30 cycles）

3 結(jié)語

（1）在1 000 h的耐候性測(cè)試后，溶劑型涂層和水性涂層外觀沒有明顯的差異，水性體系的色差要小一些，可能是因?yàn)殡p組分清漆的耐老化性能比單組分清漆好一些；

（2）在1 000 h的耐候性測(cè)試后，溶劑型涂層和水性涂層劃痕區(qū)域均沒有發(fā)生擴(kuò)蝕、涂層起泡和剝離的現(xiàn)象，主要原因是水無法長(zhǎng)時(shí)間接觸劃痕區(qū)域，而且測(cè)試環(huán)境中缺少氯離子等可以加速金屬腐蝕的離子；

（3）在約1 000 h循環(huán)鹽霧腐蝕后，溶劑型涂層和水性涂層單邊涂層剝落的寬度基本一致，劃線兩側(cè)的起泡尺寸與涂膜厚度有關(guān)，涂膜越厚，越不易起泡；

（4）在約1 000 h循環(huán)鹽霧腐蝕后，溶劑型體系和水性體系的石子沖擊區(qū)域涂層均有明顯脫落，水性體系涂層脫落面積稍大一些，主要是因?yàn)樗泽w系中沒有中涂層，導(dǎo)致涂層的抗石擊效果略差。

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Comparison of Weathering Resistance and Cyclic Corr osion Test Results of Differ ent Automotive Coating

Mao Zhangzhuo1，Gu Hong2，Yuan Yang2，Wu Manjian2，Lou Hangfeng2，Shen Jiajun1，Liu Weimin1
（1.UP-Standard Technical Service（Shanghai）Co.，Ltd.，Shanghai，201814，China；2.Shanghai Volkswagen Automotive Co.，Ltd.，Shanghai，201805，China）

Two kinds of automotive coating systems（traditional solvent-borne coating and water-borne intercoatfree coating）currently used were used as the research object to carry out the weathering resistance and cyclic corrosion tests，compared and analyzed the results of coating surface evaluation，color difference，gloss change，corrosion around a scribe and blistering，aging test after coating damage，and so on.

automotive coating；weathering resistance test；cyclic corrosion test；corrosion around a scribe；zinc corrosion；blistering

TQ 630.7+2

A

1009-1696（2017）02-0053-04

2016-12-10

毛章卓（1983—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)涂層的測(cè)試技術(shù)。