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1、汽车用塑料涂料的研究随着汽车工业的发展，汽车轻量化趋势使得汽车对塑料零部件的需求越来越大，但单纯的塑料件还不能达到汽车对耐候性，装饰性等的严格要求。因此塑料涂装也就自然的成为塑料件应用过程中的重要一环。塑料漆不仅改善了塑料件自身的缺陷，增长了使用寿命，而且赋予它丰富的色彩和亮丽的外观。1. 汽车用塑料1.1汽车用塑料的品种汽车用塑料的品种较多:（1）根据成分来分：简单热塑型塑料、混合热塑型塑料、交联系统(刚质体)(duromer)、与填充料混合的塑料(玻璃纤维、滑石、木材)；（2）根据热稳定性和耐物理性来分：低热稳定性塑料、高热稳定性塑料、强化型、非强化型、复合原料型/高性能复合原料型；（3）
2、根据制作工艺来分：注模法、反应成模、泡沫成模、吹模法等等；（4）根据其他的性质来分：可循环的/不可循环的、可涂装的/不可涂装的、可溶的/不可溶的、易燃的/不易燃的；（5）按成分分类：PVC、PP、PU、ABS、PP/EPDM、PC、PA、PF、UP、PPO、PBT等。因为塑料其本身的的重要性质，如工业材料、相对密度低、能塑造成各种形状、在各种环境下均非常稳定、能塑造成任意强度和弹性的物体，所以这些工程塑料可加工成各种汽车零部件，大到汽车仪表板、小到一个螺丝。目前，在汽车结构中广泛采用的塑料有聚氨基甲酸酯、多聚乙烯氯化物、聚丙烯、ABC共聚物、聚乙烯等 10 余种。聚氨基甲酸酯一般被用来制造座椅
3、头、扶手、转向盘等，它不仅可以减轻汽车质量并提高舒适性，而且在碰撞的情况下可以减少人身伤亡事故；而这种塑料还被用来制造车门、发动机罩、行李箱盖、散热器挡隔板等；今后还将使用它来制造车轮罩、阻流板、车身壁板、内饰件、绝热件、空心零件和防腐零件等。多聚乙烯氯化物主要被用来制造驾驶室中的内饰件，如侧板、顶篷和座椅的蒙皮、地毯、挡风玻璃密封条和窗框等。聚丙烯主要被用来制造大型的汽车零件，如保险杠、金属保险杠的盖板、车门袋、车轮罩、通风系统管道、整流罩转向柱饰面、驾驶室侧柱等；除此之外，聚丙烯还被大量用来制造壳体零件，如风扇、齿轮传动和带轮传动装置的外罩、蓄电池底板等。塑料玻璃(聚酪胶片)主要被用来制造
4、车身板和散热器带窗孔的前板，今后在承重零件的生产中(载重车的悬挂、底盘、车架、钢板弹簧)也将会大量采用塑料玻璃。ABC共聚物是汽车工业中应用最广泛的塑料之一，其优点是外观好、力学性能好，但价格较贵；这种材料被广泛用来制造仪表板及其元件、转向柱外套、扶手、照明设备、测量仪外罩、抗冲击板、车门等。汽车用塑料1.2现代轿车内装塑料制品目前，汽车制造商在汽车内饰方面追求的是进一步提高车内部空间的舒适性、安全性和装饰性，并向高级化方向发展。这种高级化体现在采用多种性能各异的材料，使车内所有表面软饰化（纤维织物、真皮革、植毛）并力求美化（花纹深粗、木纹、颜色匹配）。聚丙烯由于价格低而迅速在美国汽车上得到广
5、泛应用。当然，由于ABS强度高、刚性好、耐高温、易于将装饰材料和软质表面粘结在一起，因而仍是主要的内饰材料之一。 （1） 塑料仪表板：PPO制造的仪表面板具有低成本、较好的振动阻尼和易于再生利用的优点，使PPO成为未来汽车仪表面板的首选材料。 （2）车内顶棚：目前轿车顶棚一般为玻璃纤维+发泡聚氨酯+表面装饰织物等多种材料复合加工而成，货车一般采用表面附有人造革或纤维织物的泡沫片材粘贴型顶棚。 （3）门立柱装饰板：常用材料PP和PPO。 （4）其他汽车用塑料内外装件1.3现代轿车外装塑料制品 对于汽车外装件，常见的塑料制品从材料角度来看大致分为三大类，即热塑性塑料注射成形制品、复合塑料模压制品、
6、聚氨酯反应注射模(RIM)成形制品。 （1）保险杠：保险杠材料多采用耐冲击性、耐候性、涂装性好并可注射成形的三元乙丙橡胶(EPDM)改性PP。当前国内外的轿车保险杠多采用热塑性工程塑料如聚氨酯弹性体材料。 （2）散热器格栅：散热器格栅是表现整车性格的重要装饰件，因此选材时要着重考虑它的成形性和装饰性。一般，前脸、前挡泥板、车门、下翼子板、侧门框装饰等是使用被称作“HPA”，即 ABS树脂/聚碳酸酯的共混物，外加少量的第三种组分。 （3）风挡玻璃：目前，中间夹塑料膜的复合玻璃普遍被用于高级车上。在美国，在风档玻璃的三层安全玻璃的里面又进一步贴附了20mm厚的聚氨酯膜，这是为了保护乘员在车受到冲撞
7、时不至于被玻璃碎片毁面而设计的。此外，美国绝大部分客车均采用了丙烯酸树脂板。 （4）车身：车身塑化的进展还得益于塑料成形加工技术的不断进步。1.4 塑料在功能零部件上的应用 高分子材料的未来除了高性能化外，高功能化也是一个重要的发展方向，今后这方面的开发利用将会十分活跃。 （1）塑料电池：在聚乙炔等导电性聚合物上包覆金属箔层，浸入电解液，引出导线，即可制得二次电池。 （2）光导纤维：光电元件的开发领域很广阔，但在汽车上使用时输送距离不成问题，信息量也不多，因此，对输送损失和输送速度方面的要求并不严格，完全可以选用便宜的塑料光导纤维。在汽车上采用塑料光导纤维能够带来明显的轻量化和成本下降的效果。
8、（3） 塑料磁铁：在汽车上，它主要被用于刮水器电机的磁场带、蓄电池液面传感器上。2. 汽车塑料件涂料2.1汽车塑料用涂料的选择塑料用涂料的选择应遵循以下基本原则如下：（1） 根据被涂塑料的性质来选择涂料：良好的附着力、涂料的溶蚀性；（2） 根据塑料制品对涂膜性能要求来选择涂料：内用、外用；（3） 参考施工工艺要求选择涂料上面表1列出了常见塑料件涂装用涂料，PP与PE塑料件在涂装时，要经过前处理或预涂特定的底漆，再配套其他涂料。有的尼龙在涂装前也要进行磷化处理，然后再进行涂装。2.2汽车塑料用涂料的目的（1）提高塑料件的装饰性，降低制品的制作成本塑料制品的着色过去传统的做法是借助色母粒，色母粒的
9、成本因颜料成本高而普遍较高。在市场竞争如此激烈的今天，毫无疑问，涂料着色从成本上具有优势，而赋予涂层功能化所需的成本亦低于成型加工过程中添加功能性材料所需的成本；与此同时，涂料着色可以掩盖制品在成型加工过程中产生的表面缺陷，从而制品的外装饰性得以提高。（2）提高塑料件的使用寿命塑料制品一般对光及水等较敏感，而通过选择高耐候的涂层可以显著提高塑料制品的使用寿命。2.3塑料表面粘附理论塑料表面自由能低、极性小。其表面自由能低于10-5J/cm2，所以表面难以附着。就涂料在塑料底材上的附着曾提出多种理论：扩散理论、溶解度参数理论、静电理论、化学键合理论、吸附和机械咬合理论等。其中扩散理论已经得到广泛
10、的认可，该理论认为涂层附着力的大小与涂料扩散到塑料底材内部能力的大小密切相关。其实各种理论并不矛盾，涂料一旦渗透到塑料底材中，渗透物与塑料底材间存在的静电和机械咬合现象会明显增强二者之间的附着力。要想涂料渗透到塑料底材当中，首先要使它能很好地润湿底材，可以通过调配涂料中各组分的比例，使之在底材上铺展开来。此时涂层和塑料底材之间通过化学作用力而结合到一起。如果成膜树脂与塑料基材的溶解度参数选择适当，就能使漆膜与塑料表面形成一个互混层，这时涂料与塑料之间的静电和机械咬合力就会起作用。互混层虽有助于附着，但是要靠涂料中的溶剂对塑料的轻微溶解来实现，如果把握不当使涂料过分溶蚀塑料底材表面，将会使塑料底
11、材表面凹凸不平，漆膜起皱，流平性不好，影响外观。因此所用溶剂的溶解度参数要尽量与塑料的溶解度相差远一些。由于塑料和涂料均是较为复杂的体系，存在着物理、化学等方面的不均一性，因此存在着内应力，如收缩应力、热应力和变形应力等，这些应力均会对涂料的附着力造成不利影响，因而需要添加合适的助剂及选择适当的涂料体系来加以消除。不同的塑料底材也要根据结构相似、极性相近原理选择合适的涂料体系。2.4塑料底材用涂料的研究进展目前塑料的种类主要有聚烯烃、PS、ABS、PC、PMMA、聚酰胺和聚醚塑料等。其中，聚烯烃、ABS和PS塑料的应用最为广泛。由于不同塑料底材的结构、极性有很大差别，因此不同的塑料底材要选用不
12、同的涂料体系。2.4.1聚烯烃塑料涂料聚烯烃类塑料主要有聚丙烯塑料（PP）、聚乙烯塑料（PE）。聚烯烃类塑料基材的结晶度高，耐溶剂性强，表面极性和表面能低，除应选择适当的涂料体系外，还需进行适当的表面处理。与该塑料基材有相似的分子结构和溶解度参数的氯化聚烯烃类涂料、氟碳树脂涂料等可提供良好的附着力，是该类塑料用涂料的首选，也可使用环氧、聚氨酯、双组分丙烯酸类涂料。聚烯烃类塑料用涂料包括两类：一类是含氯化聚烯烃类（CPO）的涂料，CPO在聚烯烃中引入了极性基团“氯”，能够与一些涂料用树脂互混，能够润湿塑料表面，提高附着力。以PP塑料表面用涂料为例，周海清等人利用接枝共聚反应合成了在聚丙烯塑料表面
13、具有优异附着力的氯化聚丙烯改性树脂。另一类是不含CPO的涂料，要想提高涂层与底材之间的附着力，需引入一些特殊的官能团结构。HorstH.B，HaraldB则通过加入一种两亲单体，制备出有一定附着力的水性涂料。另外，日本Origin电气公司最近也成功开发出了用于PP塑料基材的新一代聚烯烃系单液型专用涂料，具有良好附着力和耐药品性、耐候性。2.4.2 ABS塑料涂料ABS是由丙烯腈（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styvene）3种单体共聚而成的聚合物。改变3种组分的比例和采用不同的组合方式，以及聚合物相对分子质量不同，可以制造出性能范围广泛的不同规格、型号的
14、ABS树脂，目前单体含量的范围为：A占20%30%；B占6%30%；S占45%70%。可以看出：ABS与PS具有同宗性。但由于它刚性强、硬度大、韧性好、表面性好、成型性好等优点，其应用范围远远超过PS。但相对来讲它的成本要比PS高，这制约了它的发展。由于ABS含苯乙烯单体，适合PS类塑料涂装的涂料也适合ABS的涂装。又由于ABS含有极性单体丙烯腈，具有较高的表面张力，较其它的塑料制品更容易涂装。其可选择的涂料范围比较宽，可选择挥发性涂料，如丙烯酸酯涂料、环氧醇酸硝基涂料、氨酯油涂料，也可选双组分转化型涂料，如丙烯酸聚氨酯涂料。根据需要可以把这些涂料制成有光、半光、各色金属质感以及橡胶软质感的涂
15、料。陈艳丽等人研制出热塑性丙烯酸酯树脂用做ABS塑料用涂料的基料，配成相应的清漆与白漆，各项物理性能良好。日本最近也研制出一种塑料涂装用仿金属水性涂料，该涂料由聚合物水分散体树脂、金属颜料、着色颜料、成膜助剂、水性涂料用助剂和水组成。可用于各种塑料表面的涂装，特别适用于ABS、PS。2.4.3PS塑料涂料 由于成型性能好、外观漂亮、综合力学性能优良等特点，PS与由它改性而来的ABS二者主宰了电器塑料外壳市场。出于成本考虑，PS比ABS更容易被厂家接受。但单纯的PS因其脆性大、易碎裂、耐热性差等缺点，应用受到了限制。用橡胶类聚合物改性聚苯乙烯得到HIPS，即高抗冲击聚苯乙烯，由于解决了上述缺点而
16、在家电外壳得以广泛应用，并越来越多地代替了ABS。HIPS为非结晶、无色透明的塑料，该类塑料分子具有极性，与涂层附着力较好。适宜的体系有环氧涂料、热塑性丙烯酸酯树脂涂料、热固性丙烯酸酯聚氨酯树脂涂料、丙烯酸改性醇酸树脂涂料、醇酸树脂改性聚苯乙烯涂料、改性纤维素类涂料等。由于国内彩电业由低端彩电发展为高端彩电，其涂料也从单层热塑性涂料发展成高光涂料。杨国君等人则在这种情形下研制出一种电视机壳HIPS塑料用高光涂料。该涂料由热塑性丙烯酸底漆和聚氨酯罩光清面漆组成，采取2C2B工艺制备而成。出于环保的要求，水性涂料、UV辐射固化涂料得以进一步开发应用。表1 塑料涂料分类2.5汽车塑料用涂料的实际应用塑料涂料的应用具有广泛的优越性，赋予塑料许多特殊的功能，如光学性能。电磁学
