摘要：通過研究汽車鋁輪轂在涂裝烘烤、輪轂冷卻過程、包裝、倉儲、運輸過程中壓痕問題的產生原因，得到了壓痕的產生與過程中的環境溫度、包材所用PE膜中含的增塑劑、丙烯酸透明粉所用樹脂、流平劑、紫外線吸收劑、受阻胺等材料、以及丙烯酸透明粉的交聯密度、涂膜Tg因素的關聯，同時又研究了壓痕的測試方法，開發出了新的丙烯酸透明粉產品，對輪轂的涂裝烘烤條件，輪轂成品的包裝、運輸提供了指導，減少了輪轂OEM廠家因壓痕問題帶來的損失。
關鍵詞：輪轂 丙烯酸透明粉 交聯密度 壓痕 玻璃化溫度
引言
近年來，政府和社會對環境、安全、能源等問題越來越重視，為配合汽車工業節能減排，發展環保型汽車涂料并倡導汽車涂裝工藝的清潔生產成為汽車涂料生產和涂裝企業的關注重點。
隨著中國成為全球最大的汽車鋁輪轂生產國，丙烯酸透明粉罩光的輪轂的生產量巨大，倉儲基礎量越來越大，運輸路程、尤其是海上運輸路程非常長，在倉儲、運輸過程中，輪轂的邊緣常常會有壓痕的產生，這種壓痕可以通過拋光工藝去除，但也給OEM廠家造成一定的損失，延誤了輪轂的交期。
本文主要研究了汽車鋁輪轂在涂裝烘烤、輪轂冷卻過程、包裝、倉儲、運輸過程中壓痕問題的產生原因，發現壓痕的產生主要是由涂裝固化不足、倉儲運輸過程中溫度過高、包材中有析出物沉積到表面、丙烯酸涂膜的Tg不高等因素影響；本研究對輪轂的涂裝烘烤條件、輪轂成品的包裝、運輸提供了指導。
同時我們研究了壓痕的測試方法，開發了新的丙烯酸透明粉產品，在保持原先丙烯酸產品性能基礎上，有效地減少了壓痕的產生。
1、 試驗部分
1.1 原材料
高環氧當量丙烯酸樹脂：工業級，Anderson；中環氧當量丙烯酸樹脂：工業級，Anderson；低環氧當量丙烯酸樹脂：工業級，Anderson；十二烷二酸：工業級，CATHAY；十烷基二酸：工業級，進口；紫外線吸收劑、光穩定劑：工業級，Basf；抗氧劑：工業級，Basf；粉末涂料通用助劑（流平劑、安息香）：工業級，進口。
1.2 主要設備
Ф30 型雙螺桿擠出機：ZSK30 ,Germany；分散機：PILOT1000 ,Germany; ACM磨粉系統: ACM 2 PSR, Hosokawa mikropul; 小型靜電噴涂設備: GM02，金馬;烘箱; Thermo scientific, Germany等。
1.3 粉末涂料及其涂層制備過程
按設計配方（如表1）稱取各組分，粉碎機充分預混合完畢后通過雙螺桿擠出機在設定溫度下進行熔融擠出，擠出片料經冷卻、粉碎、過篩、靜電噴涂、熱固化成膜，最后對涂膜進行性能測試。
表1 丙烯酸透明粉配方
Table 1 Formulation of acrylic clear powder
1.4 性能測試
粉末涂料性能測試如表2 所示。
表2 粉末涂料性能測試
Table 2 Performance Test of Powder Coatings
2、 結果與討論
現在汽車使用的鋁輪轂，在涂裝下線后，會在倉庫中存放，在送至主機廠的過程中，有卡車運輸或者海運過程，在炎炎夏季，卡車運輸或者海運過程的溫度會超過40℃，甚至有的集裝箱溫度會達到70℃，層層疊疊的輪轂疊放層數一旦超過4層，最下層的輪轂邊緣就容易出現壓痕；而在較低溫度的冬季和春季，不會出現壓痕問題。
檢查整個涂裝生產過程，涂膜的固化度過低的情況下，容易出現壓痕；包裝材料的材質也會造成壓痕問題，同時輪轂出烘烤線后的冷卻過程會加劇壓痕的產生。
2.1 輪轂出烘烤線后的冷卻程度對壓痕的影響
在夏季中國多數鋁輪轂OEM制造商所在地區的氣溫長期處于35℃以上的高溫，輪轂的產量非常巨大，輪轂出烘烤線后，冷卻程度會對輪轂壓痕產生影響，我們按照輪轂的不同冷卻時間，在35℃室外溫度下暴曬7天，觀察輪轂產生壓痕的情況，發現冷卻時間約長的，壓痕的產生比例越小，如表3。
表3 不同冷卻時間下的壓痕實驗結果
Table 3 Press Mark results of indentation at different cooling times
2.2 倉儲過程中的條件與壓痕的關系
在夏季中國多數鋁輪轂OEM制造商所在地區的氣溫長期處于35℃以上的高溫，OEM廠家的庫房一般不會有空調，在生產過程中輪轂疊放的層數、暫時存放的環境溫度、轉運中的晃動，夏季暫時存放的溫度會上升到58℃，運輸和海運過程中輪轂疊放包裝的層數、晃動，都會給輪轂的丙烯酸透明粉涂膜造成壓痕的產生。表3是檢查輪轂疊放的層數，在一定的溫度下產生壓痕的關系。
表4 輪轂疊放層數、溫度和壓痕的關系
Table 4 Relationship between the number of layers、temperature and Press Mark
可見，溫度和施加的壓強（疊放的層數）與壓痕的產生有絕對關系，3層輪轂疊放一起，是壓痕發生的起始層數，35℃的環境溫度，是壓痕發生的起始溫度。轉運和運輸過程的晃動，難以用數據的形式進行描述，一般被認為，這種晃動會加劇壓痕的產生。
2.3 壓痕問題的檢驗方法
因壓痕是鋁輪轂在一定溫度、一定疊放層數下，存放較長時間才產生的問題，實驗室內替代的、快速的檢測方法可以采用模擬輪轂存放的自然環境進行，如圖1是一種快速測試方案，可以快速的模擬壓痕的產生。
圖1 實驗室模擬壓痕的產生裝置
注：（1）如上圖所示設置基板。
（2）在60、70或80℃/2kg（或500g）負荷下保持1hr。
（3）目視檢查去掉包裝材料時涂層上的壓痕印記狀態
按照上圖1的測試方法，如果有壓痕產生，就會出現下圖2 測試樣板左邊的壓痕印記，而右邊的測試樣板就沒有出現壓痕印記。
圖2 壓痕印記
2.4 包裝材質對產生壓痕問題的影響
鋁輪轂包裝后，接觸輪轂涂層的包材，其物質在高溫下，分子運動會加快，表4是包材材質對壓痕問題的影響。測試表明，帶增塑劑的PE材料，會促進壓痕的產生。
表5 包材對壓痕的影響
Table 5 Influence of Packaging Materials on Press Mark
2.5 固化度對產生壓痕問題的影響
鋁輪轂產生壓痕問題，除了檢查存儲環境外，還要檢查涂膜的固化度以及丙烯酸透明粉涂膜的性能。固化度程度實際上影響的是丙烯酸涂膜的交聯密度（交聯密度的測試方法可以使用DMA儀進行測定），在標準固化條件內，固化時間越長，涂膜的Tg越高。所以只要測試不同狀態的丙烯酸透明粉涂膜，就能模擬固化過程對產生壓痕問題的影響。
高光丙烯酸透明粉標準的常溫固化條件是20min@175℃，可以利用改變固化條件模擬OEM工廠的不同固化過程，表5是測試同一型號丙烯酸透明粉在不同的固化條件下，涂膜壓痕產生的程度。可見，固化程度不足的情況下，會促進丙烯酸涂膜壓痕的產生。
表6 同一型號丙烯酸透明粉在不同的固化條件涂膜壓痕產生的程度
Table 6 Influence of different curing conditions on Press Mark
2.6 新型抗壓痕丙烯酸透明粉的開發
2.6.1 丙烯酸透明粉中所用助劑對壓痕性能的影響
（1）流平劑
丙烯酸透明粉中所用的流平劑可以是丙烯酸酯類液體流平劑或酰胺改性類固體流平劑，他們的典型代表是PL-200和POWDERMATE 570FL，我們使用實驗室模擬壓痕產生的的裝置測試流平劑的選用及數量對壓痕產生的影響如表6所示。
表7 流平劑種類及用量對壓痕產生的影響
Table 7 Effect of type and quantity of leveling agent on Press Mark
從測試可以看出，在存儲環境低于80℃時，隨著丙烯酸酯類液體流平劑增多，體系涂膜產生壓痕的幾率增大。而在存儲環境溫度較高時（≥80℃），流平劑種類對壓痕的影響相對較小。
（2）紫外線吸收劑、抗氧劑、消泡劑
丙烯酸透明粉所用的紫外線吸收劑多為三嗪類，抗氧劑為醇酯類，消泡劑可用苯偶姻。經過測試，他們的使用量不會促進壓痕的產生。我們使用實驗室模擬壓痕產生的的裝置測試這些助劑對壓痕的作用，如表7所示。
表8 一些助劑的使用量對壓痕產生的作用
Table 8 effect of quantity of some agent on Press Mark
2.6.2 丙烯酸透明粉中樹脂和固化劑的選擇對壓痕性能的影響
涂膜Tg越高的丙烯酸透明粉，抗壓痕性能越好，而制取高涂膜Tg的丙烯酸透明粉，可以從樹脂、固化劑的種類進行測試。表8是選用不同樹脂、固化劑的測試記錄。
表9 不同樹脂、配比、固化劑種類對抗壓痕能力的作用
Table 9 Effects of different resins、ratios and curing agents on Press Mark resistance
3、 結語
根據汽車鋁輪轂出現壓痕問題，考察了鋁輪轂存儲、運輸過程中環境溫度狀況、輪轂疊加層數，考察了環境溫度、疊加層數對壓痕的影響，同時分析了固化度、涂膜Tg對壓痕的影響，開發了新的丙烯酸透明粉產品，在保持原先丙烯酸產品性能基礎上，有效的減少了壓痕的產生，提升了國內汽車鋁輪轂涂裝行業綠色涂料制造與涂裝技術的進步，降低了國內在汽車零部件制造領域的生產成本。
作者：汪志成，付光明，周慎超 /老虎表面技術新材料（蘇州）有限公司
來源：中國粉末涂料與涂裝行業年會論文集
