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汽車零部件用粉末塗料概況

塗料工業:
摘要:概述了汽車零部件用粉末塗料技術的發展曆史及應用現狀,根據粉末塗料在汽車部件(包括車身,發動機,輪轂,底盤等)應用的特性要求,指出汽車不同零部 件應選用相對應的粉末塗料體係,並列出不同粉末塗層的具體檢測標準,為汽車粉末塗料的開發提供參考性依據,並展望今後汽車用粉末塗料技術的發展動向和應用前景。
0 引言
近年來,汽車塗料行業在環保政策和清潔生產理念的 指引下,低VOC和環境友好型塗料成為汽車塗料發展的主推動力,以粉末塗料、水性塗料為代表的環保型塗料已 經成為汽車塗料OEM的首選。國家在2017年9月發印發的 《“十三五”揮發性有機物汙染防治工作方案》中指出(如表1),將粉末塗料列為汽車零部件製造領域低VOC排放、汽車 塗裝綠色環保型塗料。受國家政策影響,粉末塗料將在中國 汽車塗料市場取得快速發展。 
表1 汽車零部件製造業塗料VOC含量指標 
注:(1)—即用狀態下VOC含量值,檢測方法參照GB/T 23985—2009與 GB/T 23986—2009。 
1 汽車用粉末塗料的發展概況
20世紀70年代初,粉末塗料初步應用於汽車領域。由於汽車塗料有高耐候、高耐腐蝕、高耐磨,以及耐熱、保光保色等性能要求,技術進展相對緩慢。粉末塗料初期應用僅局限於汽車零部件、汽車底塗等,後來逐步用於汽車底麵合一粉末塗料和粉末罩光清漆,成為真正意義上的汽車用粉末塗料。20世紀80年代,日本的Honda、意大利Fiat開始使用粉末塗料噴塗汽車車身。美國的汽車製造商引入粉末塗料作為汽車麵漆時則保持著更加謹慎的態度。General Motors(通用)於1982年開始在小型載貨卡車係列中使用粉末塗料作為汽車車身的底麵合一塗料,積累了相關經驗後,在20世紀90年代初,開始在其乘用汽車係列中使用粉末塗料技術。2000年時,General Motors(通用)和Daimler-Chrysler(克萊斯勒)這2家公司每天有1萬多輛汽車車身采用底麵合一粉末塗料進行塗裝。目前,歐洲的汽車工業塗料也秉承了粉末塗料這一發展趨勢,取代液體塗料。 
我國粉末塗料在汽車工業中的應用大多在汽車零部件方麵,雖然以其優異的塗層性能和環保性能已經完全可以替代液體塗料,但受產品結構和塗裝技術限製,我國粉末塗料占汽車塗料應用市場不到10%,而歐美國家適用於汽車零部件噴塗的粉末產品已經達到50%以上,我國的粉末塗料品種與西方發達國家相比存在較大差距,另外在噴塗設備和烘烤設備方麵也存在質量與規模上的差距。 
隨著粉末塗料新產品及新技術的開發,粉末塗料在汽車領域的應用不斷擴大,如汽車鋁輪轂、汽車保險杠、刹車片、濾化器、發動機、雨刮、汽車車廂等。汽車用粉末塗料品種有環氧粉末、環氧聚酯粉末、耐候純聚酯粉末、聚氨酯、丙烯酸。目前它們固化溫度相對偏高(180~200℃),能耗較高,並且高溫塗裝對汽車部件機械力學方麵有較大影響,存在一定安全隱患。在汽車輪轂、刹車片、轉動軸等特殊零部件塗裝方麵,現很多汽車公司已提出低溫固化塗裝 要求。 
2 汽車部件用粉末塗料的塗裝要求
2.1 汽車表麵粉末塗裝
汽車塗料對保護性能和裝飾性能均有較高要求。傳統的汽車表麵液體塗裝工藝一般為:中塗、色漆及清漆3道工序,在塗裝過程中有大量VOC排放,各國政府為了減少VOC排放,鼓勵汽車生產企業采用相對環保塗裝工藝。2000年, 歐洲大眾汽車開始推行免中塗工藝,采取“水性底色漆+高固體分罩光清漆”塗裝工藝,這種噴塗工藝每年可以降低70%的VOC排放、降低20%的CO2排放,是迄今為止最環保的汽車塗裝工藝之一。 
相對於水性塗料,粉末塗料在汽車車身上的應用推廣相對較少,但變革已經在慢慢發生,北美三大汽車製造廠商通用、克萊斯勒和福特率先在1996年開展汽車車身中塗粉末噴塗研發,采用粉末塗料作為底粉,代替原有的中塗塗裝,在美國現在已經有11家汽車OEM工廠采用粉末塗裝汽車生產線。
汽車罩光清漆一直是粉末塗料較難進入的領域,但粉末塗料在經濟性和環保性方麵的優勢使得汽車製造商和塗料生產商都在這方麵開展廣泛的研究。BMW是世界上第一家在其標準產品中使用粉末罩光清漆的汽車製造商,BMW德國工廠粉末罩光清漆自2000年商業化投產,共計已生產了50多萬輛汽車。國內市場中,2015年江淮汽車與阿克蘇貝爾公司聯合開發粉末塗裝生產線,在卡車車廂上實現 粉末素色漆噴塗工藝。2016年CIMC東莞中集專用車在東莞投產粉末塗料噴塗的掛車,年產3萬台(套),主要出口北美、歐洲。2018年,蕪湖中集瑞江汽車有限公司各類攪拌罐車、粉罐及其零部件,采用粉末塗料噴塗,選用底粉+麵粉雙塗層和麵粉單塗層的塗裝工藝,實現罐車塗裝線技術的全新突破。據報道阿克蘇諾貝爾生產的Interpon超耐候聚酯粉末色漆在佛羅裏達曝曬60多個月後,保光率大於80%,並已 為TOYOTA、HONDA、AUDI、PSA、FORD等汽車生產公司所采用,具有與傳統水性色漆塗料相類似的外觀,汽車車身粉末塗裝性能要求如表2所示。 
表2 汽車車身塗層的性能要求
圖1 汽車車身粉末噴塗
2.2 汽車發動機粉末塗裝
汽車發動機塗裝主要選用耐高溫、耐熱、耐衝擊以及柔韌性好的環氧粉末塗料。國內江鈴汽車聯合粉末塗料廠商開發了可直接應用在經噴砂除鏽的鑄鐵發動機機體表麵的環氧粉末塗料,固化條件為(15~25)min@140℃。純環氧低溫固化塗層可抵抗發動機連續工作時高溫對其產生的熱衝擊,同樣能滿足汽車發動機在極端條件下(如受高速機械加 工)不出現碎落、卷層或周邊翅片等性能使用要求。發動機用 粉末塗料技術要求如表3所示。
表3 發動機用粉末塗料技術要求
汽車發動機粉末塗裝如圖2所示
圖2 發動機粉末塗裝
2.3 汽車零部件粉末塗裝
粉末塗料在汽車零部件方麵也有一些應用。汽車座椅、門窗和雨刮器主要以聚酯/TGIC或聚氨酯粉末塗料為主,多數以光澤為5~15的無光粉和半光粉進行噴塗,這些粉末塗料通常為低光澤黑色或深灰色產品。以汽車保險杠粉末塗裝為例,其技術要求如表4所示。汽車零部件粉末噴塗如圖3所示。 
表4 汽車保險杠粉末塗裝的技術要求
圖3 汽車零部件粉末噴塗
2.4 汽車鋁輪轂粉末塗裝
汽車輪轂塗裝主要集中在京津冀地區,以戴卡和立中為代表的輪轂廠,輪轂粉末的配套工藝經過近10年的發展已經步入成熟階段,主要的施工噴塗工藝為:(1)鋁輪轂金屬工件前處理→噴塗粉末塗料(環氧/聚酯粉末或聚酯粉末)→噴塗色漆→噴塗透明粉末塗料(GMA丙烯酸罩光粉末或純聚酯透明粉末);(2)鋁輪轂金屬工件前處理→噴塗粉末塗料(環氧/聚酯粉末或聚酯粉末)→噴塗色漆→精車→噴塗透明粉末塗料(GMA丙烯酸罩光粉末或純聚酯透明粉末)。 
在鋁輪轂上噴塗環氧/聚酯底粉,可提高輪轂耐腐蝕性,改善輪轂外觀。輪轂底粉分為高光、平光和亞光。一般高光底粉配套噴塗電鍍銀漆,平光和亞光底粉配套噴塗閃光銀漆。在鋁輪轂表麵噴塗使用的丙烯酸粉末清漆必須滿足耐衝擊、耐酸雨腐蝕、耐溫變、耐紫外線的要求。寶馬汽車最先對丙烯酸粉末清漆做係統評定,最終將丙烯酸粉末清漆作為汽車OEM生產商的噴塗標準。輪轂塗裝對粉末塗料要求比較高,能夠生產底粉與透明粉廠家不多,外資企業有阿克蘇諾貝爾、PPG、老虎等,國內企業有廣州擎天。 
受環保壓力,輪轂製造商提出PVD車輪鍍膜新工藝,此工藝省去中間的噴色漆環節,采用PVD電鍍工藝代替噴漆環節,可解決輪轂塗裝存在的環境汙染和塗料回收問題等。據報道,該鍍膜工藝現在已經成功應用,汽車鋁輪轂塗裝已經逐漸轉向粉末全塗工藝發展。
表5列出了鋁輪轂透明粉末塗料塗裝技術要求。 
表5 鋁輪轂透明粉末塗料技術要求
表6列出了鋁輪轂底粉塗裝的技術要求。 
表6 鋁輪轂底粉技術要求
汽車輪轂粉末塗裝如圖4所示。
圖4 粉末在輪轂上噴塗
2.5 汽車底部粉末塗裝
汽車底部裝飾件一般不直接接觸太陽光,但不同使用條件下對粉末塗料的性能要求也不同。如汽車散熱器用粉末塗料需要具備較好的耐熱性和耐腐蝕性,減震設備用粉末塗料需要具備較好的韌性和抗彎曲性能。汽車底部塗裝主要選用環氧體係和聚氨酯體係。
表7列出了汽車底部粉末塗裝技術要求。
表7 汽車底部粉末塗裝技術要求
3 汽車粉末塗料發展展望
汽車生產廠家對汽車用塗料的塗層外觀、性能要求相對較高。目前汽車用粉末塗料(如中塗和清漆)都隻是單色係列,這是由於粉末塗料不能像液體塗料那樣可以迅速換色;在實際生產中,粉末塗料流平性達不到液體塗料效果且固化溫度較高,這是粉末塗料在汽車塗裝領域推廣應用速度緩慢的主要原因。因此,汽車用粉末塗料技術發展方向是提高塗層流平性;開發低溫固化粉末塗料。隨著粉末塗料技術的日益進步,粉末塗料將逐步擴大其在汽車領域的應用, 如:(1)汽車鋁輪轂金屬粉末塗料可逐步替代金屬漆;(2)汽車底盤、發動機;(3)汽車車身罩光、汽車車廂內飾;(4)新能汽車車身、零部件及電源電池外殼會全部采用噴粉技術。 
4 結語
粉末塗料在汽車零部件領域應用已經經曆一個長期發展過程,近年國家低碳環保法規的日益加強,汽車塗料的更新換代也開始加速,由於粉末塗料零VOC排放,將在汽車塗料行業 發展中處於優先發展地位,隨著粉末塗料原材料、配方技術不斷更新,國外先進塗裝技術引進,粉末塗料在汽車應用將會迎來無限機遇,粉末塗料在汽車塗料中地位將愈加重要。