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汽车塑料零部件涂装工艺及性能评价
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半个多世纪以来，塑料工业取得了突飞猛进的发展，各类工程塑料以其质轻、耐腐蚀、易加工成型等特点而被广泛应用。20世纪60年代，为提高汽车的碰撞安全性，开始使用塑料保险杠；近年来，为了满足汽车轻量化以及汽车零部件材料回收(环境保护要求可循环利用)的需要，汽车零部件塑料化的比例越来越大，目前一辆车的塑料件用量已达到200kg左右，日本汽车则占到了整车质量的30%～40%。外饰塑料件也从保险杠扩大到后视镜壳、门把手、扰流板、侧裙护板、水箱格栅、牌照灯护板、防擦条、轮毂罩等(见图1)。也有报导：在国外一些大汽车公司的新车设计中，发动机罩、行李箱盖、叶子板等部件也有采用塑料件，塑料化趋势很明显。
1-保险杠；2-门玻璃护板、防擦条；3-裙边；4-后视镜罩；5-门把手；6-轮毂盖
汽车外饰使用较多的塑料种类有：PP、ABS、PA、GFP等几种。常见的表面处理方式有：模压上色、喷涂油漆、装饰防护性亮镀(铬)等，而在塑料表面喷涂一层或多层油漆的工艺应用最多。下面将就塑料件油漆的功能要求、涂装工艺、质量评价项目以及常见的失效模式等进行探讨。
1.塑料件涂装的目的
尽管塑料件本身不会生锈，具有耐腐蚀性和一定的装饰性，但在塑料件上喷涂合适的涂料，可以延长使用寿命，提高相关性能，总的来说塑料件涂装的目的主要有以下3方面：(1)装饰作用：达到外观高光泽、与车身同色或异色等高装饰性效果；(2)保护作用：提高塑料件的耐紫外线、耐溶剂、耐化学品、耐光老化等性能；(3)特种功能：通过涂装耐划伤涂料，提高零件表面的抗划伤性能等。
2.典型塑料件涂装工艺
目前，国内的大部分汽车塑料件涂装线采用的都是手工喷涂，涂层结构大多为“底漆+色漆+清漆”三涂层体系，如保险杠等；也有对于ABS等表面能高的材料直接喷涂色漆+清漆的两涂层结构，如后视镜罩等。典型的塑料件涂装工艺流程如下：
前处理(除油、除脱模剂、清洗等)———喷底漆(1K底漆晾干或2K底漆烘干)———喷色漆———喷清漆(2K清漆)———烘干———面漆修饰———交检。
根据不同塑料材料的特性，塑料件涂装存在以下工艺难点：
(1)塑料底材的表面能低，影响漆膜的附着力；
(2)塑料的热变形温度低，涂料干燥固化加热温度受限制；
(3)塑料注塑成型时使用的脱模剂等污染物不易清洗干净，造成缩孔等漆膜弊病，甚至不成膜，影响附着力等；
(4)手工喷涂的不稳定性，膜厚及色差控制存在一定困难。
一般来说，ABS材料的表面能高，涂装附着力比较好，但其耐热性能差，烘干温度较低；而PP材料由于表面能低，相对不易涂装。所以使用何种油漆，需根据基材材料的种类针对性选择。
3.塑料件油漆质量评价
塑料件油漆作为装饰保护材料使用，其本身是半成品，必须适应被涂物塑料的材质性能要求，良好附着于基材，与之结合成为一体，才能发挥作用。
因此，塑料件油漆质量的评价分为以下几个方面。
3.1原材料理化性能
主要评价项目有：黏度、稀释比例、固体分、密度、细度、贮存稳定性、闪点等。其中，固体分、黏度、贮存稳定性指标直接体现油漆材料的施工、成本及贮存性能。
(1)固体分：将少量试样置于干燥及准确称量的器皿内，使试样均匀流布于器皿的底部，在规定的温度下经烘干后，恒质量、称量，计算剩余物质量与试样质量的比值。
(2)黏度：目前比较常用也很方便的一种方法是使用流出杯测定流出时间来表示材料的黏度，具体见GB/T6753.4-1998标准。
(3)贮存稳定性：一般采用在自然条件或人工加速条件下贮存，测定相关性能变化。
3.2施工性能
施工性能是油漆在施工过程中应具备的性能，表现为施工方式、施工条件以及施工过程中的油漆表现等方面情况，其优劣主要反映在施工的难易程度上。施工性能会影响涂装效率及成本，故油漆的施工性能评价越来越重要。目前，油漆的施工性能指标基本都是根据涂装工艺的实际情况而设定。
(1)遮盖力：指色漆遮盖其底色的能力，它直接关系着色漆厚度的控制。一般来说白色、黄色、红色等面漆遮盖力较差，基本上在30μm(黑白格)以上，更有一些在60μm(黑白格)以上。施工中喷涂至其能够遮盖底色时的厚度有时在工艺上不可行，如达不到其遮盖水平，颜色一致性将难保证，故遮盖力的高与低对色差的控制有很大的影响。目前，对色漆遮盖力的测试，基本上使用黑白格纸测定法，以其遮盖住黑白格时的膜厚表示遮盖力，也有在底漆上测定施工情况下的工程遮盖力，应满足工艺质量的要求。
(2)流挂极限、针孔极限：在标准环境条件下产生流挂(针孔)时对应的漆膜厚度，即表示该油漆的流挂(针孔)极限或抗流挂(针孔)性能。该性能控制对塑料件清漆的施工尤为重要。
(3)返修性能：模拟当漆膜表面有不可接受的严重外观缺陷时，进行返修，考察其返修施工的难易程度(如色差控制等)及返工后漆膜的性能保证等。
(4)打磨性：主要考察塑料件底漆表面有脏点、颗粒等漆膜缺陷需要进行打磨的效果。
(5)对环境的敏感性：塑料件底漆、清漆的施工过程中，体现在抗环境影响产生缩孔弊病的性能等方面。
3.3漆膜性能
漆膜性能主要有装饰方面、机械强度方面、抵抗外来介质和抵抗气候老化破坏的各种性能，主要考察项目有以下几点：
(1)漆膜的外观性能：作为装饰性的重要体现，很受用户的关注。一般轿车外饰塑料件漆膜的20°光泽(使用光泽仪测量)应≥85，鲜映性DOI(使用BYK橘皮仪DOI测量)应≥80，与车身的色差应尽可能小，保持协调一致。
(2)机械性能：附着力是漆膜最基本的性能，必须首先保证，如果附着力差，漆膜的其他性能再好也是徒劳。测定漆膜附着力的方法比较多，目前常用且简便的方法是划格测试法。抗高压清洗试验是模拟用高压水枪洗车时漆膜抵抗破坏性能的一个考察项目，一般来说，该项目不合格与漆膜附着力不足有一定关系，该试验更加贴合实际可能发生的情况。漆膜的抗划伤性能与硬度有一定的联系，因此漆膜的硬度也必须达到一定的要求，一般铅笔硬度测试应≥H。
(3)抗石击性能：考察漆膜对高速细小粒子冲击的抵抗能力。按VDA标准，一般漆膜的破损、脱落应≤2级。
(4)耐水性的考察分为浸水试验与耐潮湿试验两种，主要评价漆膜在与水接触及潮湿环境中是否有失光、变色、起泡等现象，以及附着力等机械性能降低的状况。
(5)耐化学介质性：主要考察漆膜对酸、碱、有机溶剂以及其他各类车用化学品(如玻璃清洗液、防冻液等)的抵抗能力，一般有点滴法与浸泡法两种测试方法。
(6)漆膜的耐气候老化性能考察分为室内人工加速老化及户外暴晒两种方法，评价漆膜在阳光辐射、雨淋、温度、湿度等条件作用的过程中发生的各种外观或性能的变化，要求：外观无粉化、无起泡、无裂纹等缺陷，光泽损失、颜色变化及附着力下降等均应在一定的范围内。
4.塑料件涂层常见的失效形式及分析
4.1附着力不良
漆膜的附着机理有两种：机械附着和化学附着，其中化学附着中包括静电力、范德华吸引力、氢键的作用力和化学亲合力等。在汽车外饰塑料件三涂层(底漆+色漆+清漆)结构中，附着力不良分为底漆与底材、色漆与底漆、清漆与色漆间3种形式。底漆与底材间附着力不良———主要是由于底漆与底材不配套或底材表面前处理不好导致；色漆与底漆间附着力不良———主要由于底漆表面污染及其他原因导致底漆表面活性点减少，一般该现象多发生于1K或2K免烘烤底漆喷涂后放置时间过长等情况；清漆与色漆间的附着力不良———大多系色漆与清漆的配套性问题。
4.2耐水试验后起泡
涂层起泡基于半透膜理论的渗透压作用：水分子透过涂膜与涂层或底材上的盐分或吸水性物质等结合在一起，当水分子聚集到足够的量形成溶液，它们会膨胀产生应力，渗透压作用促使泡不断变大。这种起泡在涂层干燥过程中有些可以消失，有些则永久存在。起“泡”的主要原因有：基材表面处理不良，残留油污、可溶性盐等物质；油漆施工过程中溶剂不适当的挥发，成膜后内部残留溶剂；油漆配方中可溶性颜填料的存在。
4.3耐气候老化试验粉化、失光、变色
油漆材料老化是由于受到了内外光热自由基及氧化作用的影响，化学结构发生了改变，从而导致漆膜粉化、失光、变色。影响因素是自然气候中的一些元素[综述图片]，如阳光辐照、温度、湿度、雨雾冰雪等。耐候性能的优劣与油漆配方材料的抗老化性能有着直接的关系。
5.结语
随着汽车塑料化进程的加快，塑料件涂装技术也得到了长足的发展，对油漆质量的要求也越来越高，评价其质量，需根据油漆材料的特点，紧紧围绕其功能要求，对原材料、施工性能、成膜后性能进行综合全面的考察。漆膜的失效也是多种因素综合的结果，涉及材料、工艺过程以及使用环境等，需从各方面进行控制。