汽車減震器懸掛彈簧用粉末涂料的研制

彭浩民，吳鵬洲，李光，葉永權(quán)

（廣州擎天材料科技有限公司，廣州 510860）

引言

隨著我國生活水平提高，對汽車產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來越高，對汽車配件的質(zhì)量要求也越來越高。其中，汽車減震器（汽車減震器示意圖如圖1所示）中使用了不同規(guī)格的彈簧，為了可以保證它的機(jī)械性能，需要進(jìn)行涂料的涂裝。目前大部分涂裝是使用溶劑型涂料，少部分使用水性涂料和粉末涂料。但是溶劑性涂料在使用過程中溶劑會揮發(fā)，不僅會造成環(huán)境污染，同時對涂裝操作人員的身體健康造成一定的危害。另外由于水性涂料結(jié)構(gòu)的特殊性，在防腐和耐水性能方面不如溶劑性涂料。而粉末涂料使用過程無溶劑揮發(fā)，不會對環(huán)境和人體造成危害，同時使用過程可以回收利用[1]。另外粉末涂料可以通過一道工序就可以達(dá)到所需要的涂膜厚度，在機(jī)械性能和耐腐蝕性也可以達(dá)到要求，所以粉末涂料是涂裝汽車零配件的最理想的涂料品種[2]。

本研究通過對比不同反應(yīng)體系和對樹脂及促進(jìn)劑的篩選，確定了合適的配方，研制出一種減震器懸掛彈簧用粉末涂料，其機(jī)械性能和耐腐蝕性滿足減震器懸掛彈簧涂裝噴涂要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

羧基聚酯樹脂(A、B、C、D、E)：市售；雙酚A型環(huán)氧樹脂（a、b、c）：市售；酚類固化劑（1、2）：市售；粉末涂料通用助劑（流平劑、安息香、蠟粉、促進(jìn)劑、光亮劑）：工業(yè)級，進(jìn)口。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

Φ30型雙螺桿擠出機(jī)：SLJ-30，東輝；DFY-500萬能中藥粉碎機(jī)：溫嶺市林大機(jī)械；ACM-02型磨粉系統(tǒng)：煙臺東源化工設(shè)備有限公司；SURE COAT小型靜電噴涂設(shè)備、諾信靜電噴槍、GPH-30高溫烘箱：愛斯佩克環(huán)境儀器（上海）有限公司；DSC差示掃描量熱儀：上海和晟儀器科技有限公司。

1.3 粉末涂料及涂層制備

按預(yù)設(shè)配方稱取各原料，用萬能中藥粉碎機(jī)預(yù)混合后使用雙螺桿擠出機(jī)在設(shè)定溫度范圍內(nèi)熔融擠出，擠出片料經(jīng)過冷卻粉碎、過篩、靜電噴涂、熱固化成膜，最后測試涂膜性能。

1.4 性能測試

按GB/T 1732-1993測定涂膜的沖擊性，將1 kg重物從50 cm高度落下，涂膜無破壞，視為通過；用目測方法判定涂膜的外觀；按GB/T 1771-2007測定耐中性鹽霧試驗(yàn)；按GB/T 1731-1993測定涂膜柔韌性；按GB/T 9286-1998測定涂膜的附著力；按GMW 14700-B測定涂膜耐碎石沖擊性；按GB/T 9274 -1988測定耐油性、耐堿性和耐酸性。

2 結(jié)果與討論

2.1 成膜體系對機(jī)械性能及耐腐蝕性能的影響

減震器懸掛彈簧用粉末涂料對機(jī)械性能和耐腐蝕性能要求比較高，所以本研究選取了純環(huán)氧型體系和環(huán)氧/聚酯混合型體系進(jìn)行研究。本實(shí)驗(yàn)對比兩種反應(yīng)體系的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，兩種體系的耐腐蝕性能均滿足彈簧粉噴涂所需的要求，但純環(huán)氧體系相對于環(huán)氧/聚酯混合型體系機(jī)械性能較差，故本研究主要選擇聚酯/環(huán)氧混合樹脂基體作為成膜體系，進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.2 混合型樹脂篩選

本研究研制的混合型粉末涂料的成膜體系由聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂組成，聚酯/環(huán)氧質(zhì)量組成比設(shè)定為50/50、60/40和70/30。為獲得滿足彈簧粉噴涂要求的樹脂體系，本研究選擇不同的聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂為樹脂，選用3種混合樹脂與相關(guān)助劑制備的粉末涂料性能結(jié)果見表2。

圖1 汽車減震器示意圖

表1 兩種反應(yīng)體系在不同固化溫度下的性能結(jié)果

可見，聚酯/環(huán)氧質(zhì)量組成比為50/50和60/40制備的粉末涂料外觀良好但是韌性不及70/30型；聚酯/環(huán)氧質(zhì)量組成比為70/30的粉末涂料保證涂層外觀良好的同時，其它性能如耐沖擊性能和耐腐蝕性能均滿足彈簧粉噴涂所需的要求。故本研究選擇聚酯/環(huán)氧質(zhì)量組成比為70/30的混合型樹脂。

對于聚酯/環(huán)氧混合樹脂，不同的聚酯和環(huán)氧制備的涂料呈現(xiàn)不同的性能。從以上研究得出，采用聚酯/環(huán)氧質(zhì)量組成比為70/30，環(huán)氧樹脂a和聚酯樹脂C為混合樹脂，可獲得良好的機(jī)械性能。

根據(jù)減震器懸掛彈簧在固化方式、外觀、機(jī)械性能以及防腐蝕性能等方面的要求，選取國內(nèi)外不同廠家生產(chǎn)環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂進(jìn)一步進(jìn)行對比試驗(yàn)，結(jié)果見表3和表4。圖2為不同環(huán)氧樹脂制備的粉末涂料涂層機(jī)械性能和附著力。

表2 不同混合聚酯樹脂制備的粉末涂料涂層性能

表3 不同環(huán)氧樹脂制備的粉末涂料涂層性能

圖2 不同環(huán)氧樹脂制備的粉末涂料涂層機(jī)械性能和附著力

表4 不同聚酯樹脂制備的粉末涂料涂層性能

從表3和表4試驗(yàn)結(jié)果可以看出環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)

量在700～750 g/eq、軟化點(diǎn)區(qū)間在90～98 ℃、平均分子量分布范圍較窄；而聚酯樹脂黏度范圍在5 500～6 500 MPa·s、Tg在58～60 ℃時，所得到的產(chǎn)品在外觀、物化性能（耐沖擊性能、柔韌性、附著力、耐鹽霧腐蝕）上優(yōu)異，同時具有較好的抗結(jié)團(tuán)性能，從而有利于生產(chǎn)和運(yùn)輸[3]。通過以上系列細(xì)化對比試驗(yàn)研究，選用環(huán)氧樹脂c和聚酯樹脂C來生產(chǎn)彈簧粉，既滿足了彈簧粉在外觀流平及其它性能方面的要求，又可提高產(chǎn)品在貯存運(yùn)輸過程中的抗結(jié)團(tuán)性能。

2.3 促進(jìn)劑種類和用量對彈簧粉性能的影響

為了適應(yīng)目前減震器懸掛彈簧生產(chǎn)工藝，需要在低溫進(jìn)行烘烤，除了使用低溫樹脂之外，需要加入一定量的促進(jìn)劑，從而可以使固化可以充分完全，保證機(jī)械性能和防腐蝕性能可以達(dá)到涂裝噴涂的要求。

以70/30型（聚酯樹脂C/環(huán)氧樹脂c）混合型體系為主體，按照填料含量（35 %）設(shè)計(jì)配方，對不同種類促進(jìn)劑及不同用量進(jìn)行研究，結(jié)果見表5和表6。

由表5可以看出，咪唑類、胺類等促進(jìn)劑會對流平造成影響，并且沖擊強(qiáng)度較差，耐腐蝕性不良；而端羧基聚酯化合物類潛伏性促進(jìn)劑能夠平緩的促進(jìn)固化，在基本不降低流平性能的前提下提高致密度[4]。

由表6可以看出，潛伏性促進(jìn)劑的用量也會影響涂層的外觀和性能。當(dāng)潛伏劑用量過少時，涂層固化程度不夠，耐沖擊性能變差。而潛伏劑用量過多，則會影響涂層的外觀同時粉體的抗結(jié)團(tuán)性變差，所以潛伏劑用量為3 ‰～1 %較為合適。

表5 不同促進(jìn)劑制備粉末涂料涂層的性能

表6 不同添加量潛伏性促進(jìn)劑制備粉末涂料涂層的性能

表7 產(chǎn)品水平與汽車減震器彈簧涂裝技術(shù)要求對比

2.4 技術(shù)要求與目前產(chǎn)品水平

通過對樹脂體系、樹脂種類及促進(jìn)劑進(jìn)行研究，已研制出一種符合汽車減震器懸掛彈簧涂裝噴涂要求的粉末涂料，產(chǎn)品水平與汽車減震器彈簧涂裝技術(shù)要求見表7。

3 結(jié)語

本研究根據(jù)汽車減震器懸掛彈簧涂裝的噴涂要求，對樹脂體系、樹脂種類及促進(jìn)劑進(jìn)行研究，研制出一種適合汽車減震器懸掛彈簧用的粉末涂料并且確定了較優(yōu)的配方：使用環(huán)氧/聚酯混合型體系，質(zhì)量比為30/70；選擇環(huán)氧當(dāng)量在700～750 g/eq、軟化點(diǎn)區(qū)間在90～98 ℃的環(huán)氧樹脂和黏度范圍在5 500～6 500 MPa·s、Tg在58～60 ℃的聚酯樹脂；添加3 ‰～1 %潛伏性促進(jìn)劑。