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汽车刹车片用低温固化粉末涂料的研究

发表日期:2021-12-16 12:51  作者:admin  浏览:

  针对汽车刹车片的使用环境,研究适合刹车片用的粉末涂料,主要研究了成膜体系树脂、主要颜填料和助剂的选择,然后进行配方优化;

  重点研究了不同环氧树脂、聚酯树脂混合比例对涂层耐中性盐雾性能的影响,以及耐热助剂的添加对涂层短时间耐高温性能提升的作用。

  最终研制出耐湿热、耐中性盐雾、耐短时间高热及散热效果好的汽车刹车片用粉末涂料。

  据中汽协预测,2016年全年汽车销量为2604万辆,增速为6%左右,连续8年蝉联全球第一。汽车产量和保有量决定了刹车片的产量,它与刹车片产销量之间存在很强的正相关关系。

  中国汽车工业的快速发展直接带动了刹车片生产企业的同步发展,全国每年需求刹车片5亿套左右。为了保证刹车片金属外壳的防锈性能达到要求,一般用油漆或粉末涂料予以涂装。

  油漆的优点是涂装方便,可以采用刷涂或喷涂工艺进行施工,缺点是油漆是溶剂型涂料,含有有机挥发物对环境造成污染和给施工人员的健康带来危害,同时也造成大量溶剂的浪费。

  使用粉末涂料的优点是可以一次涂装达到所需要的涂膜厚度,生产效率高,同时可以避免有机溶剂带来的对环境的污染和对操作人员健康的危害,相对环保。但一般的粉末涂料固化条件为180~200℃/10~15min,并不节能。

  由于刹车片工作时会摩擦生热,短时间内刹车片温度剧烈上升,因此要求粉末涂料涂层必须有较好的散热性能和耐湿热性能。

  同时,由于刹车片使用环境的要求,对涂层的耐中性盐雾性能的要求也比较高。刹车片涂层的耐热、耐盐雾性能对刹车片寿命的影响很大,对行车安全至关重要。

  综上所述,研制出适合刹车片用的低温固化粉末涂料,取代传统的油漆,降低一般粉末涂料的固化温度,具有重要的节能环保意义。

  试验设备:混料机、挤出机、粉碎机、静电喷枪、烘箱、盐雾试验箱、光泽仪、测厚仪。

  按配方称量原材料,然后经混料机初步混合均匀,再用双螺杆挤出机熔融混合均匀挤出、压片冷却、破碎后高速粉碎机粉碎,过180目标准筛,获得粒径均匀的粉末涂料。

  采用静电喷涂的方法喷涂于底材上,在150℃/20min的条件下固化成膜,然后取出自然冷却至室温,之后对涂层进行各项性能的测试。

  由于刹车片工作时会摩擦生热,雨天环境下刹车片所处环境相对湿度高,因此要求刹车片金属部件的涂层必须有较好的散热、耐热、耐湿热性能和耐盐雾性能。

  砂纹效果的涂层相较于平滑效果涂层,其表面与空气接触的空间更大,具有更大的比表面积,在刹车片工作产生摩擦热量时,更有利于散发这些热量,刹车片涂层承受的热氧化压力相对较轻。

  同时砂纹效果涂层疏水性更好,同等条件下,其耐湿热和耐中性盐雾效果及耐腐蚀性能更优。因此,刹车片用粉末涂料选用砂纹效果外观的涂层。同时添加一定比例的耐热助剂,提高涂层的耐热性能。

  由于环氧/聚酯混合体系容易形成砂纹效果的涂层,所以选用环氧/聚酯混合体系来作为刹车片用粉末涂料的成膜体系更符合实际的应用需求。

  聚酯一般由多元羧酸、酸酐与多元醇通过缩合聚合反应制得,多为无色或淡黄色透明晶体,其软化点根据缩合聚合的单体之间的比例和聚合物的相对分子质量大小而异。

  通常其软化点分布在95~115℃,酸值分布范围在30~80mgKOH/g之间,玻璃化转变温度(Tg)在48~53℃之间。这类树脂能够与环氧树脂组成混合反应体系作为粉末涂料的成膜物。

  根据聚酯树脂的不同酸值,其与环氧混合的比例常见的有50/50、60/40、70/30。本实验对这3种比例的聚酯/环氧混合体系均做了实验,进行了各项性能对比,其实验结果如表3所示。

  一般来说,由于环氧树脂结构的原因,其耐中性盐雾腐蚀性能比聚酯树脂好。由表3可知,聚酯/环氧混合比例为50/50的聚酯树脂1#的耐盐雾性能比聚酯/环氧混合比例为60/40的聚酯2#及聚酯/环氧混合比例为70/30的聚酯3#优。

  这可能是由于聚酯/环氧50/50 混合体系较聚酯/环氧60/40混合体系及聚酯/环氧70/30混合体系,其环氧树脂占的比重相对较高有关。通过上述实验的对比分析,本实验最终确定的聚酯/环氧的混合比例为50/50。

  以聚酯/环氧混合体系为成膜物涂层中,涂层的耐中性盐雾性能的优劣主要取决于配方中的环氧树脂的优劣及环氧树脂的占比,因此环氧树脂的筛选是最关键的因素。按结构来划分,环氧树脂可分为双酚A型环氧树脂、线型酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、有机硅改性环氧树脂七类;

  按生产工艺来划分,环氧树脂可分为一步法和二步法环氧树脂。常用于制备粉末涂料的环氧树脂主要是双酚A 型环氧树脂和线性酚醛环氧树脂。

  对于聚合物来说往往是结构决定性能。双酚A型(BPA)环氧树脂其结构如图1所示,其主链上的醚键决定了其具有很强的耐腐蚀性能,双酚A型环氧树脂与端羧基聚酯交联固化反应性则由其环氧基端基决定。

  酚醛环氧树脂分子结构中既含有双酚A酚醛的结构成分,又有苯酚酚醛成分,存在多个环氧基团,具有交联密度高、涂层硬度高、耐磨性好等特点。但其酚醛结构的引入使得涂层耐黄变性能变差,因此当其用于粉末涂料时需要考虑涂层的耐黄变因素。

  本实验选用双酚A型环氧树脂进行研究,针对一步法和二步法生产工艺的双酚A型环氧树脂、不同环氧当量的双酚A型环氧树脂分别按50/50与混合型聚酯树脂为主成膜物辅以必要助剂制得涂层,并对涂层进行各项性能分析检验,其结果如表4所示。

  由表4的实验结果可以看出,同等条件下选用生产工艺为二步法的双酚A 型环氧树脂制得的涂层,其耐黄变性能优于选用一步法生产工艺的双酚A环氧树脂所制涂层。同等条件下双酚A型环氧树脂的环氧当量越高,其耐黄变性能越好。

  由于刹车片的使用环境要求涂层需要满足有较好的散热性及耐短时间高温性能。因此,刹车片用粉末涂料配方中的填料成分必须要考虑到其耐候性、耐热性和化学稳定性的因素。

  实验分别考察了云母粉、硫酸钡、碳酸钙、石英粉4种填料对涂层性能的影响,结果如表5所示。

  从实验结果来看,同等条件下,填料选用石英粉的涂层硬度最高,但是硬度过高影响了涂层的冲击性能。短时间高温的热稳定性选用云母粉的涂层效果较好,在短时间高温环境下涂层没有因为热胀冷缩导致与底材之间的附着力发生衰减。

  刹车片工作过程中主要受到摩擦热的影响,摩擦热传导刹车片涂层,影响涂层的使用寿命,从而影响刹车片的使用寿命和安全。

  有机硅聚合物、有机氟聚合物、聚芳砜类、聚对苯撑和其杂环聚合物(包括聚亚酰胺和聚苯并咪唑)这些都是具有代表意义的耐高温材料。

  这些耐高温材料做为粉末涂料的耐高温助剂提高涂层的耐热性能使用时,需要充分考虑其与粉末涂料配方中各组分之间的相容性、润湿因素。

  通过实验表明,在一定的添加比例下,有机硅聚合物和有机氟聚合物与粉末涂料配方中的各组分之间的相容性较好。故选此作为下一步的实验验证添加剂。

  从实验结果来看有机硅聚合物和有机氟聚合复配添加使用对涂层的耐热后的盐雾性能提高更明显。

  2.4 产品性能检测结果通过对成膜体系主体树脂的研究,颜填料的筛选和助剂的研究等配方优化,最终所制得的刹车片用低温固化粉末涂料其性能检测结果如表7所示,各项主要关键性能满足检测标准要求。

  由于刹车片工作时会摩擦生热,短时间内刹车片温度剧烈上升,因此要求涂层必须有较好的散热性能、耐热、耐湿热性能,同时刹车片的使用环境要求涂层的耐中性盐雾性能要求也比较高。

  刹车片涂层的耐热、耐盐雾性能对刹车片的寿命影响很大,对行车安全至关重要。经过上述实验发现:采用50/50 的混合型聚酯树脂与二步法环氧树脂作为主要的成膜体系。

  以耐热较好的云母粉、硫酸钡为填料,辅以耐高温助剂及砂纹剂等助剂,制得满足刹车片使用条件的低温固化粉末涂料,所得涂料具有节能环保的优势。香港马内部免费资料大全