汽車剎車片用低溫固化粉末涂料之后的效果，一文告訴你
針對汽車剎車片的使用環境研究適合剎車片用的粉末涂料主要研究了成膜體系樹脂主要顏填料和助劑的選擇然后進行配方優化
重點研究了不同環氧樹脂聚酯樹脂混合比例對涂層耐中性鹽霧性能的影響以及耐熱助劑的添加對涂層短時間耐高溫性能提升的作用
最終研制出耐濕熱耐中性鹽霧耐短時間高熱及散熱效果好的汽車剎車片用粉末涂料
引言
據中汽協預測2016年全年汽車銷量為2604萬輛增速為6%左右連續8年蟬聯全球第一汽車產量和保有量決定了剎車片的產量它與剎車片產銷量之間存在很強的正相關關系
中國汽車工業的快速發展直接帶動了剎車片生產企業的同步發展全國每年需求剎車片5億套左右為了保證剎車片金屬外殼的防銹性能達到要求一般用油漆或粉末涂料予以涂裝
油漆的優點是涂裝方便可以采用刷涂或噴涂工藝進行施工缺點是油漆是溶劑型涂料含有有機揮發物對環境造成污染和給施工人員的健康帶來危害同時也造成大量溶劑的浪費
使用粉末涂料的優點是可以一次涂裝達到所需要的涂膜厚度生產效率高同時可以避免有機溶劑帶來的對環境的污染和對操作人員健康的危害相對環保但一般的粉末涂料固化條件為180~200℃/10~15min并不節能
由于剎車片工作時會摩擦生熱短時間內剎車片溫度劇烈上升因此要求粉末涂料涂層必須有較好的散熱性能和耐濕熱性能
同時由于剎車片使用環境的要求對涂層的耐中性鹽霧性能的要求也比較高剎車片涂層的耐熱耐鹽霧性能對剎車片壽命的影響很大對行車安全至關重要
綜上所述研制出適合剎車片用的低溫固化粉末涂料取代傳統的油漆降低一般粉末涂料的固化溫度具有重要的節能環保意義
1 試驗部分
1.1 配方原材料
1.2 試驗設備
試驗設備混料機擠出機粉碎機靜電噴槍烘箱鹽霧試驗箱光澤儀測厚儀
1.3 試驗方法
按配方稱量原材料然后經混料機初步混合均勻再用雙螺桿擠出機熔融混合均勻擠出壓片冷卻破碎后高速粉碎機粉碎過180目標準篩獲得粒徑均勻的粉末涂料
采用靜電噴涂的方法噴涂于底材上在150℃/20min的條件下固化成膜然后取出自然冷卻至室溫之后對涂層進行各項性能的測試
2 結果與討論
由于剎車片工作時會摩擦生熱雨天環境下剎車片所處環境相對濕度高因此要求剎車片金屬部件的涂層必須有較好的散熱耐熱耐濕熱性能和耐鹽霧性能
砂紋效果的涂層相較于平滑效果涂層其表面與空氣接觸的空間更大具有更大的比表面積在剎車片工作產生摩擦熱量時更有利于散發這些熱量剎車片涂層承受的熱氧化壓力相對較輕
同時砂紋效果涂層疏水性更好同等條件下其耐濕熱和耐中性鹽霧效果及耐腐蝕性能更優因此剎車片用粉末涂料選用砂紋效果外觀的涂層同時添加一定比例的耐熱助劑提高涂層的耐熱性能
2.1 樹脂的選擇
2.1.1 聚酯樹脂/環氧樹脂比例的選擇
由于環氧/聚酯混合體系容易形成砂紋效果的涂層所以選用環氧/聚酯混合體系來作為剎車片用粉末涂料的成膜體系更符合實際的應用需求
聚酯一般由多元羧酸酸酐與多元醇通過縮合聚合反應制得多為無色或淡黃色透明晶體其軟化點根據縮合聚合的單體之間的比例和聚合物的相對分子質量大小而異
通常其軟化點分布在95~115℃酸值分布范圍在30~80mgKOH/g之間玻璃化轉變溫度（Tg）在48~53℃之間這類樹脂能夠與環氧樹脂組成混合反應體系作為粉末涂料的成膜物
根據聚酯樹脂的不同酸值其與環氧混合的比例常見的有50/5060/4070/30本實驗對這3種比例的聚酯/環氧混合體系均做了實驗進行了各項性能對比其實驗結果如表3所示
一般來說由于環氧樹脂結構的原因其耐中性鹽霧腐蝕性能比聚酯樹脂好由表3可知聚酯/環氧混合比例為50/50的聚酯樹脂1#的耐鹽霧性能比聚酯/環氧混合比例為60/40的聚酯2#及聚酯/環氧混合比例為70/30的聚酯3#優
這可能是由于聚酯/環氧50/50 混合體系較聚酯/環氧60/40混合體系及聚酯/環氧70/30混合體系其環氧樹脂占的比重相對較高有關通過上述實驗的對比分析本實驗最終確定的聚酯/環氧的混合比例為50/50
2.1.2 環氧樹脂的選擇
以聚酯/環氧混合體系為成膜物涂層中涂層的耐中性鹽霧性能的優劣主要取決于配方中的環氧樹脂的優劣及環氧樹脂的占比因此環氧樹脂的篩選是最關鍵的因素按結構來劃分環氧樹脂可分為雙酚A型環氧樹脂線型酚醛環氧樹脂鄰甲酚醛環氧樹脂雙酚F型環氧樹脂雙酚S型環氧樹脂氫化雙酚A型環氧樹脂有機硅改性環氧樹脂七類
按生產工藝來劃分環氧樹脂可分為一步法和二步法環氧樹脂常用于制備粉末涂料的環氧樹脂主要是雙酚A 型環氧樹脂和線性酚醛環氧樹脂
對于聚合物來說往往是結構決定性能雙酚A型BPA環氧樹脂其結構如圖1所示其主鏈上的醚鍵決定了其具有很強的耐腐蝕性能雙酚A型環氧樹脂與端羧基聚酯交聯固化反應性則由其環氧基端基決定
酚醛環氧樹脂分子結構中既含有雙酚A酚醛的結構成分又有苯酚酚醛成分存在多個環氧基團具有交聯密度高涂層硬度高耐磨性好等特點但其酚醛結構的引入使得涂層耐黃變性能變差因此當其用于粉末涂料時需要考慮涂層的耐黃變因素
本實驗選用雙酚A型環氧樹脂進行研究針對一步法和二步法生產工藝的雙酚A型環氧樹脂不同環氧當量的雙酚A型環氧樹脂分別按50/50與混合型聚酯樹脂為主成膜物輔以必要助劑制得涂層并對涂層進行各項性能分析檢驗其結果如表4所示
由表4的實驗結果可以看出,同等條件下選用生產工藝為二步法的雙酚A 型環氧樹脂制得的涂層其耐黃變性能優于選用一步法生產工藝的雙酚A環氧樹脂所制涂層同等條件下雙酚A型環氧樹脂的環氧當量越高其耐黃變性能越好
2.2 填料的選擇
由于剎車片的使用環境要求涂層需要滿足有較好的散熱性及耐短時間高溫性能因此剎車片用粉末涂料配方中的填料成分必須要考慮到其耐候性耐熱性和化學穩定性的因素
實驗分別考察了云母粉硫酸鋇碳酸鈣石英粉4種填料對涂層性能的影響結果如表5所示
從實驗結果來看同等條件下填料選用石英粉的涂層硬度最高但是硬度過高影響了涂層的沖擊性能短時間高溫的熱穩定性選用云母粉的涂層效果較好在短時間高溫環境下涂層沒有因為熱脹冷縮導致與底材之間的附著力發生衰減
2.3 耐高溫助劑的選擇
剎車片工作過程中主要受到摩擦熱的影響摩擦熱傳導剎車片涂層影響涂層的使用壽命從而影響剎車片的使用壽命和安全
有機硅聚合物有機氟聚合物聚芳砜類聚對苯撐和其雜環聚合物（包括聚亞酰胺和聚苯并咪唑）這些都是具有代表意義的耐高溫材料
這些耐高溫材料做為粉末涂料的耐高溫助劑提高涂層的耐熱性能使用時需要充分考慮其與粉末涂料配方中各組分之間的相容性潤濕因素
通過實驗表明在一定的添加比例下有機硅聚合物和有機氟聚合物與粉末涂料配方中的各組分之間的相容性較好故選此作為下一步的實驗驗證添加劑
從實驗結果來看有機硅聚合物和有機氟聚合復配添加使用對涂層的耐熱后的鹽霧性能提高更明顯
2.4 產品性能檢測結果通過對成膜體系主體樹脂的研究顏填料的篩選和助劑的研究等配方優化最終所制得的剎車片用低溫固化粉末涂料其性能檢測結果如表7所示各項主要關鍵性能滿足檢測標準要求
3 結語
由于剎車片工作時會摩擦生熱短時間內剎車片溫度劇烈上升因此要求涂層必須有較好的散熱性能耐熱耐濕熱性能同時剎車片的使用環境要求涂層的耐中性鹽霧性能要求也比較高
剎車片涂層的耐熱耐鹽霧性能對剎車片的壽命影響很大對行車安全至關重要經過上述實驗發現采用50/50 的混合型聚酯樹脂與二步法環氧樹脂作為主要的成膜體系
以耐熱較好的云母粉硫酸鋇為填料輔以耐高溫助劑及砂紋劑等助劑制得滿足剎車片使用條件的低溫固化粉末涂料所得涂料具有節能環保的優勢
原標題汽車剎車片用低溫固化粉末涂料的研究
