聚氨酯(PU)涂料在汽车工业中的应用
日期：2017-10-31 15:55:33 / 人气： / 来源： / 标签：聚氨酯漆
汽车制造中使用的涂料根据使用部位不同可分为三种类型：一类为车体零部件、内外饰件，特别是各种塑料件使用的涂料；另一类为车身表面涂装使用的涂料，即通常所谓汽车漆；此外还有一类用于汽车车身修补的修补漆。聚氨酯(PU)涂料在这三者中均占有重要的地位。
1.车体零部件、内外饰件使用的聚氨酯(PU)涂料
车体零部件、内外饰件种类比较多，对涂料的要求各自不相同。涂料的应用与通用涂料相似，与非汽车领域应用无显著区别。如保险杠使用丙烯酸聚氨酯(PU)涂料；挡泥板、侧护板和保险杠下护板使用的聚氨酯(PU)底漆；车轮罩、扰流板、车门把手采用的聚氨酯(PU)涂料；奥地利vianova resins公司用于汽车内部装饰的双组分聚氨酯(PU)涂料等等。
车体零部件、内外饰件大多为各种塑料，其品种繁多，并且有不断增加的趋势，回顾二十世纪中期总量已经达到了整车质量的20-25%之间，由于塑料品种不同，在基材与涂料的适应性方面要求也不同，需要选择合适的涂料品种进行塑料件涂装。而聚氨酯(PU)涂料有很好的材料适应范围，这也使采用聚氨酯(PU)涂料涂饰的汽车塑料件在材料选择上更为自由，特别是随着汽车塑料用量的增加，聚氨酯(PU)涂料用于汽车零部件、内外饰件的前景十分广阔。
2.汽车车身用聚氨酯(PU)涂料
用于车身表面涂装的涂料具有特殊的应用要求，主要有2点：一是极高的表观要求，整个涂膜必须光洁、丰满、鲜艳；二是很高的防腐蚀要求和防止损伤的要求，以适应长时间的户外使用环境。但耐用、美观、环保是其共同的发展方向，特别是近年来世界各国对环保要求越来越严格，对汽车涂料的VOC提出了更加苛刻的要求，新型聚氨酯(PU)涂料正是符合这一要求的涂料品种。用于车身表面涂装的涂料通常分为底漆、中涂漆、面漆3层，均可使用聚氨酯(PU)涂料或者各种改性聚氨酯(PU)涂料。
2.1聚氨酯(PU)底漆
汽车底漆即直接涂装于车身的第一道涂料。世界各国汽车底漆绝大部分使用阴极电泳漆。用封闭型聚氨酯(PU)、聚酯树脂、环氧树脂等一起，可制备阴极电泳聚氨酯(PU)涂料。如今，在走向水性化的过程中，首先将底色漆水性化，能大大降低VOC的排放。Nissan就在2010最先开始使用水性底色漆的3C1B工艺，并且使用双组分聚氨酯作为清漆满足外观的要求。而Honda则在水性化底色漆的3C1B工艺中，使用溶剂型双组分聚氨酯中涂底漆，以提高体系的抗石击性。据悉，中涂底漆也开始了水性化，丰田(Toyota)和通用(GM)都开始使用水性3C1B工艺。在通用的未来全球工艺规划中，使用双组分聚氨酯清漆的水性3C1B工艺已经成为标准。
聚氨酯(PU)电泳涂料主要包括以下3类：水性聚氨酯(PU)树脂电泳漆、聚氨酯(PU)改性水性树脂电泳漆和水性封闭多异氰酸酯。其中，水性封闭多异氰酸酯作为各种电泳漆的交联剂使用最为普遍。
前些年阴极电泳聚氨酯(PU)涂料在汽车涂装中使用极为成功，发展也是特别迅速。适应了环保节能要求的新型电泳涂料也不断出现。如德国研制的一种低温固化阴极电泳聚氨酯(PU)，需2次烘干，固化条件为：160℃、10min、130℃、30min。国内地区对阴极电泳聚氨酯(PU)涂料的报道也有很多，并且早已经成为研究热点之一。如沈阳、天津灯塔、重庆三峡和湖南造漆厂先后从日本关西涂料公司引进了厚膜化的HB2000型阴极电泳聚氨酯(PU)漆用于汽车底漆，其特点是涂膜厚，表面高度平整，耐碎落，对防锈钢板的适用性很强。要知道，当时关西在中国的汽车涂料布局本意是对应中国主要的汽车生产厂的所在方位，以便能就地供应涂料产品，这样关西的汽车涂料赢得了在中国东北、京津、湖北、广东和重庆等地主要生产厂的不少市场份额。其中，湖南关西汽车涂料有限公司是1995年2月和日本关西涂料株式会社合资成立的，是国内最齐全的汽车原厂漆(OEM)供应商，为国产汽车如一汽奥迪、二汽、天津夏利、上海大众、上汽通用、广州本田、长安汽车、重庆五十铃、重庆福特和东南汽车等国内27大汽车厂商提供服务，拥有汽车底漆，中涂，面漆涂装线55条。
阴极电泳聚氨酯(PU)涂料的防护性能非常优良，根据报道，在不加防腐颜料的情况下仍然有很好的耐烟雾性能，能满足汽车车身10年无穿孔腐蚀的防护要求，且涂膜平整而丰满。此外，在电泳涂层与中涂之间，有时候还有1层抗石击涂层，也属于底漆系统，主要为保护汽车行驶时候容易受到碎石冲击的部位，聚氨酯(PU)涂料抗石击性能最佳，只是价格稍微昂贵一些。
2.2聚氨酯(PU)中涂漆
汽车中涂漆也称“二道浆”、“二道底漆”、“喷涂腻子”，位于底漆与面漆之间，中涂漆必须有以下几方面性能：如良好的填平性机械强度高，其主要作用是改善平整度，为面漆提供良好的基底，其基料一般与底漆和面漆保持一致。尤其是柔韧性和抗冲击性卓越；抗石击性；打磨修复性好；与底、面漆结合力强；闪光漆做面漆时候，应耐紫外线；适宜的烘烤固化温度。中涂漆一定要有良好的柔韧性和弹性以及与底、面漆有良好的结合力，在轿车复合涂层中承担起缓冲石击破坏作用，防腐涂料事实上也起着决定性作用，此时又叫做抗石击中涂。中涂在0.1MPa压力下，用不规则的多棱角的4-5mm粒径铁砂冲击涂层时，用胶带纸剥落涂层后的登记不大于2。这样的中涂漆品种有聚氨酯(PU)。
聚氨酯(PU)中涂漆(包括各种改性聚氨酯中涂漆)品种很多，应用也十分广泛，如国内地区的鄂长颈鹿牌、郑州拓立制漆公司的双组分高填充性聚氨酯(PU)漆，国外公司的Du pont公司1020R双组分聚氨酯(PU)中涂漆，Hoechest公司VIW1240等等。适应环保要求的水性聚氨酯(PU)中涂漆也具有很好的性能，特别是柔韧性和耐冲击性优于溶剂型涂料。抗石击和耐寒性能优良的聚氨酯(PU)中涂漆是汽车中涂漆的发展方向之一。即使在涂料中使用少量聚氨酯(PU)，其抗石击性能也有很大的提高。有人在聚酯-氨基树脂体系中涂漆中加入一定数量的聚氨酯，发现能显著提高漆膜弹性、附着力和抗石击性。
2.3聚氨酯(PU)面漆
面漆包括底色漆与罩光清漆，均可使用涂料。目前使用的面漆主要为溶剂型，但从发展角度看，水性化、高固体份、粉末化是其发展方向。现在有的2种主要水性底色漆就包括水性聚氨酯底色漆，如Baye公司商品名字为Bayhydro的水性聚氨酯分散体等等；罩光漆基本为溶剂型双组分聚氨酯，主要是在多水性涂层的基础上，采用双组分溶剂型聚氨酯罩光漆后，VOC排放已经达到欧洲标准。因此，现有涂装线上使用水性罩光漆的情况比较少，仅仅在新建设的涂装线上使用。当然，使用双组分水性聚氨酯罩光漆也能够获得与溶剂型聚氨酯罩光漆相当的性能。面漆的耐候性是其重要指标之一，很明显，面漆将直接暴露于大气和阳光之中，必须有满足使用要求的耐候能力。聚氨酯面漆的耐候性要优于另外一类广泛使用的面漆品种丙烯酸磁漆。聚氨酯面漆抗UV能力和抗渗水性能均强于丙烯酸磁漆，其综合性能也是强于丙烯酸磁漆。另外，前些年还开发了由双组分水性聚氨酯制成的可直接附着在金属上面，不需要底漆的水性面漆，它可用于室内外车辆上，且防腐蚀性能有重大改进。回顾2008年上半年曾经获悉，拜耳创新聚氨酯涂料技术应用现代概念车中，现代汽车公司(Hyundai)推出了运动感十足的“i-mode”轿车。新车一经问世，就吸引了消费者的关注目标。尤其是创新的车门设计，消除了汽车B柱造成的压迫感，给人更加流线的造型印象。在现代汽车同拜耳材料科技(Bayer MaterialScience)的通力合作下，这款汽车成为了概念车中佼佼者。最值得欣赏的是，自我愈合的双组分聚氨酯汽车底涂-划痕无影踪，对于拜耳材料科技来说，同现代汽车共同致力于概念汽车的研发和设计，是一次非常特殊的挑战过程。作为全球规模最大和发展最快的汽车制造商之一，现代汽车公司对概念车的设计有很多独具创意和引导潮流的设计方案。拜耳材料科技也将诸多在材料领域的最新科技成果和加工工艺应用其中，切合的满足了现代汽车的设计要求。“i-mode”概念车采用金属闪光银的色彩效果，称之为“Topaz Silver”。事实上，这种涂料体系是有拜耳材料科技提供的最新双组分聚氨酯汽车面漆来实现的。创新的聚氨酯涂料具有自我愈合的能力，可以自我修复汽车划痕，并具有极强的耐磨抗性。来自拜耳材料科技的技术人员通过聚氨酯涂料对塑料表面进行保护，并赋予材料表面豪华的外观和细腻的手感。拜耳材料科技的“柔软触感”涂料不仅具有表面柔软和超强的耐划痕性能，同时涂料本身的化学组分符合VOC的排放限制。
2.4.聚氨酯汽车修补漆
近年来，修补漆是汽车漆里面获利最厚的部分，PPG、杜邦、立邦分别在中国设立了修补漆的技术服务和技术研发部，但核心技术和大批量生产几乎都是在海外完成。由于大部分修补漆的销售在4S店，修补漆的一次销售价格和二次销售价格有所不同。这些年国外品牌修补漆的一次销售价格平均在70-85元/公斤左右。颜色的差异会导致价格的差别，素色(黑色、白色)相对便宜，但是红色、黄色，价格相对较高，珠光闪粉的价格最高。国产汽车修补漆有自己的优势，其品质接近进口的产品，售价只有进口1/2～2/3；此外，国产汽车修补漆根据国内汽车市场需求开发，在中国汽车修补漆市场上越来越占主导地位。但是，国产汽车修补漆市场很乱，目前有上百个品牌，大部分是民营企业，个别厂以劣质产品冲击市场。回顾走过的那些年里程里，汽车修补漆最初使用天然树脂漆，后来逐步发展到使用硝基漆、醇酸树脂漆。20世纪70年代，溶剂型双组分聚氨酯涂料进入汽车修补漆市场，并逐步成为汽车修补漆市场的主导产品。90年代，开发了高固含量的双组分聚氨酯修补漆。根据报道，1994年仅仅在西欧就销售出去了13.8万吨的聚氨酯汽车修补漆。到了2006年前后，在西欧，溶剂型双组分聚氨酯涂料占据了86%左右的市场份额。用于汽车修补的水性双组分聚氨酯涂料已经商品化，其VOC很低，可满足任何严格的溶剂排放法规的要求。
汽车原车漆要求漆膜有比较好的光泽、快干、良好的耐水性、耐溶剂性和耐老化性。汽车修补漆除了要达到这些性能外，还必须能够低温固化，而双组分聚氨酯涂料正好能满足这些要求，由丙烯酸酯多元醇和多异氰酸酯组成的双组分聚氨酯涂料，能室温或者低温烘烤固化，可用在汽车的金属、塑料、木材及其他底材上，这类涂料由于使用了比较多挥发性有机化合物作为溶剂，因此对环境造成了严重危害。
随着各国限制挥发性有机化合物标准的出台，对传统的溶剂型聚氨酯涂料提出了挑战，前些年又开发了水性双组分聚氨酯涂料，并获得成功。汽车修补漆用的水性双组分聚氨酯涂料的含羟基组分中通常要加入流平剂、消泡剂、催化剂、光稳定剂、增稠剂和有机共溶剂等助剂，再与多异氰酸酯组分混合后加水调整粘度,用喷涂法施工。而用于汽车修补的水性双组分聚氨酯涂料早已经商品化了，其VOC比溶剂型聚氨酯涂料低很多，可满足任何严格的溶剂排放法规。但是由于其组分中仍然含有乳化剂或有较高的酸值，因此漆膜的耐水性和耐溶剂性等性能仍需继续改进，另外难以制成较厚而不起泡的涂膜。水性双组分聚氨酯涂料正在逐步取代传统的溶剂型涂料，随着环保法规的日益严格，它必将占据更大的市场份额。
结束语
聚氨酯涂料因其优异的性能，在汽车工业中得到了广泛应用，而汽车工业作为中国的支柱产业，其高速发展必将同时带动车用聚氨酯涂料的研究和发展。特别是环境友好型的水性、高固体、粉末化聚氨酯涂料，是聚氨酯涂料未来的发展方向之一。多年前就曾经有报道称，以脂肪族多异氰酸酯为固化剂的新型水性双组分聚氨酯涂料，其VOC含量相当于溶剂型双组分聚氨酯涂料的20%，在国外正逐步取代溶剂型双组分聚氨酯涂料，广泛用作汽车面漆和汽车修补漆。但是中国车用聚氨酯涂料的发展同时也面临一些问题，如低VOC涂料品种少、使用的异氰酸酯品种单一、涂料价格比较高等等。特别是聚氨酯材料价格依然比较高，已经成为前几年应用的瓶颈，这些年里，中国地区也有很多研究者均认为虽然聚氨酯汽车涂料性能优良，但是受到利润制约，汽车工业应用仍然不得不转向寻找价格更为低廉的代替品种上，或者是牺牲部分性能选择改性涂料。总之，使用无铅、环保、低VOC排量的新涂料产品，不但能提前满足国家环保法规的要求，且能与国际同步，提升产品的国际竞争力。
作者：电泳漆-安哥
相关内容 Related
- 没有资料
热门内容 Top Content
- 常见的阴极电泳漆有哪些种类?04-09
- 大客车的电泳涂装技术04-09
- 目前电泳漆可应用的一些行业04-09
- 目前电泳涂装的优点有哪些？04-09
- 当代电泳涂装的原理介绍04-09
- 电泳涂装系统设计基本要求04-09
- 工业部对环保水性涂料、油漆VOC治理方法10-31
- 2018年中山市有机物替代实施方案“油改水”实施10-31