高發泡型汽車車底抗石擊涂料應用研究

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    1、前言

    汽車在快速行駛過程中，路面上飛濺的沙石直接對車底板、輪罩、下邊梁等部位進行強烈沖擊，從而使汽車電泳涂層遭到破壞，涂層一旦被破壞，就會產生銹蝕現象。同時高速運行的汽車車底被沙石撞擊發出的噪音直接影響車內的舒適感。為了使汽車具有良好的防銹性、隔音降噪性、密封性，必須在車底板、輪罩、下邊梁等部位進行特殊防護。目前國內外汽車主機廠普遍采用的是在車底噴涂1.5mm~2.0mm厚的PVC抗石擊涂料對車底進行防護，以緩沖砂石沖擊車身底涂產生的噪音。

    2、抗石擊涂料簡介

    PVC抗石擊車底涂料是由聚氯乙烯樹脂、增塑劑、填料、以及附著力促進劑、穩定劑等添加劑混合而成的高固體份、無溶劑型涂料，是一種固體份可達96%以上的粘稠膏狀物質。PVC抗石擊車底涂料的固化需在一定烘烤溫度下，經一定時間熔融塑化（140℃，30min），熔融塑化后的涂層具有柔韌性好、附著力強、耐磨耗、耐沖擊、耐低溫、耐腐蝕性、隔音性好等性能。PVC車底抗石擊涂料在80年代由德國大眾汽車引入中國，并以其優異的性能、操作性、低成本性迅速普及，幾乎占據了國內所有的汽車抗石擊涂料的市場。隨著汽車產業的不斷進步，消費者對整車的乘坐舒適性提出了更高的要求。普通的抗石擊涂料已經無法滿足消費者對汽車NVH性能的需求，因此高發泡型抗石擊涂料便應運而生。

    3、高發泡型抗石擊涂料

    高發泡型抗石擊涂料是在PVC型抗石擊涂料中添加發泡劑，與普通型相比，高發泡型施工完畢烘烤固化后體積會膨脹，其單臺車用量也會大幅度降低，同時固化后干膜密度更低，因此達成降低汽車自重的目的。高發泡型抗石擊涂料固化后的疏松多孔結構更加有利于隔音降噪，一般設計高發泡型抗石擊涂料的發泡倍率在150%到250%之間。高發泡型抗石擊涂料基本配方見表1。

   3.1發泡機理：

    涂料固化過程中，發泡劑受熱發揮作用使涂層變成疏松多孔狀的結構。發泡劑的種類很多,從產生發泡氣體的機理來看,有化學發泡劑和物理發泡劑兩大類,化學發泡劑是指發泡劑在受熱時發生熱分解放出氣體,使基材發泡；而物理發泡劑在受熱時不發生分解,而是靠受熱時本身的蒸氣壓使基材發泡。

    高發泡型抗石擊涂料中的發泡劑一般為物理發泡劑，發泡劑在受熱后中間氣體膨脹使基材形成彈性良好的密閉球體，本文介紹的產品中發泡劑為微球發泡劑，屬于物理發泡，微球發泡劑由熱可塑性殼體和殼體包裹的碳氫化合物組成。發泡劑受熱后產生氣體膨脹，使固化成膜后的涂料具有了一定的膨脹率，從而使涂層膨脹變成微孔疏松膜狀物。

    3.2隔音降噪原理：

    噪音聲波在傳播過程中經常會遇到障礙物，這是聲波將從一個介質（空氣）傳播到另一個介質中去。由于這兩種介質的聲學性質不同，一部分聲波從障礙物表面上反射回去，而另一部分聲波則投射到障礙物里面去。當汽車在行駛過程中那個收到的砂石沖擊波通過彈性均勻多孔的高發泡型抗石擊涂料時，砂石沖擊波在高發泡型抗石擊涂料的微孔中產生摩擦和粘滯阻力，聲波轉化為熱能被吸收，使汽車在行駛過程中的砂石沖擊對駕駛者的影響降到最小。

    4、主要性能研究：

    高發泡型抗石擊涂料應用于汽車車身上，是否可以滿足現場的施工工藝，能否達到應有的作用，需要所有的性能指標滿足汽車廠的標準要求，涂料的主要性能研究如下：

    4.1粘度性能：

    粘度是一個重要的施工參數。目前主要使用的是旋轉粘度計法,是在固定的剪切速率下所測得的粘度,為表觀粘度。雖然它只是涂料的粘度曲線中的某一點的測試結果,并不能完全反映涂料的流變性能,但這種方法測量簡單,可做為現場施工的參考粘度。經過在生產使用中的摸索,我們認為高發泡型抗石擊涂料的粘度控制在40~75Pa.s較為合適。

    4.2隔音降噪性能研究

    高發泡型抗石擊涂料利用高分子之間交聯作用，可以提升其隔音降噪的性能，汽車行駛過程中，當聲波通過高分子涂膜時，聲波在高發泡型抗石擊涂料分子鏈內部產生摩擦和粘滯阻力，聲波轉化為熱能被吸收，使汽車在行駛過程中的噪音對駕駛者的影響降到最小。

    (1)將試樣按照190mm×190mm的尺寸涂抹在的電泳板上，按標準條件硬化。把鋼板放在外尺寸300mm×300mm，內尺寸為200mm×200mm,厚度為20mm的普通鋼板中間，以14.7N.m的力按M8-50L的標準用螺絲、墊片、螺母將鋼板固定。

    (2)將試板以45°角固定后，在上方2m放置鐵錘（2.08g）每次一個依次落下。將收音器放在離地面豎直150mm，中心前水平40mm的位置，結果為8次的平均值。

    (3)高發泡型和普通型底涂車底涂料隔聲量對比結果:經過試驗研究可知，同一類型涂料（高發泡型或普通型），涂膜越厚隔聲量越大，阻抗效果越好。相同涂膜厚度下，發泡倍率越高,隔聲量越大，隔聲效果好。在頻率為500Hz-5000Hz時，非發泡型涂料的隔音量為7.04db-16.52db，150%發泡涂料的隔音為14.32db-25.63db，200%發泡涂料的隔音量為20.11db-31.26db。

    4.3抗石擊性

    將產品均勻噴涂于150mm×70mm×0.8mm的電泳板上，干膜厚度保持在2mm左右，然后在標準狀況下放置24h用于實驗。用多功能石擊儀以吹氣壓力（0.4±0.03）MPa用9mm～15mm的碎石500g沖擊試片五次。取出試片觀察涂膜有無浮起、脫離等現象。然后將試片放入鹽霧實驗機中72h，實驗終了觀察試板出現銹蝕的個數，不好判斷是否銹蝕的地方，用小刀切開涂抹后確認。經過實驗，試板表面銹點數量為0，抗石擊性能良好。

    5、應用研究

    5.1施工工藝：

    高發泡型抗石擊涂料采用了高壓泵噴涂法，高壓泵為進口帶壓盤氣動泵，壓縮比為55：1，空氣壓力控制在0.3~0.6MPa，通過調節高壓泵的進氣壓力來獲得最佳霧化效果，噴槍為高壓無氣噴槍，槍距控制在600~1000mm，涂料在使用前需要用專用攪拌機攪拌30min左右，以保證涂料混合均勻，有較低的粘度，適于噴涂。

    5.2固化過程：

    高發泡型抗石擊涂料的固化過程屬物理變化，在汽車涂裝車間經過中涂漆烤房和面漆烤房加熱后固化，涂料在40-80℃條件下開始產生緩慢的反應（可塑劑浸潤聚氯乙烯樹脂粒子，產生膨潤），在高于80℃后膨潤急速進行，最終可塑劑與聚氯乙烯完全熔融成為一體，同時在高溫烘烤作用下發泡劑會膨脹，完成固化過程。涂層完全固化需要140℃×30min。因此，涂膜需經140℃以上烘烤溫度、歷時30min使之充分塑化，才能使性能達到最佳狀態，固化過程如圖6所示：

    5.3應用位置：

    高發泡型抗石擊車底涂料主要使用于汽車底盤、輪罩等位置，起到防石擊、密封、防腐以及隔音減震等功能。高發泡型抗石擊涂料在包裝、存儲、轉運、施工等方面與普通型沒有差別，主要差異在烘烤前后。普通型烘烤前后濕膜厚度與干膜厚度差別不大，而高發泡型烘烤后根據發泡倍率不同，干膜厚度會有不同程度的增加，因此應用高發泡型抗石擊涂料需要注意對下序按照其它零部件的影響。

    5.4失效分析：

    （1）噴涂不暢：施工過程中會出現噴槍扇面打不開的現象，原因分析如下：第一是抗石擊涂料粘度太大，操作性不良，導致扇面不能打開；第二是泵壓力不夠，導致扇面不能打開。解決措施如下：第一步：排查設備壓力和加熱等參數是否處于穩定狀態，在工藝范圍內調節參數；第二步：調整設備參數不能解決問題可以更換產品批次或通知廠家調低抗石擊涂料粘度。

    （2）溢出：施工過程中，會出現壓盤與桶之間的縫隙涂料溢出的現象，原因分析如下：第一是抗石擊涂料太稀，粘度太��；第二是桶使用時間太長，桶壁不圓造成溢出；第三是壓盤使用時間太長，損耗過多出現直徑不夠和彈性不足問題導致涂料溢。解決措施如下：第一步：首先排查施工現場用抗石擊涂料是否有流淌現象，排除由于抗石擊涂料粘度小而導致問題；第二步：排查桶和壓盤是否合格。

    （3）脫落：施工完之后進行烤房完成固化易出現脫落現象，原因分析如下：第一是抗石擊涂料附著力不符合標準要求導致與鋼板粘結不良；第二是烘烤溫度低，抗石擊涂料不能完全固化。解決措施：第一步：試驗室檢測附著力，作為附著力是否合格的判斷依據，檢查烘烤溫度是否偏低；第二步：如果附著力試驗不合格，烘烤溫度未見異常，需通知廠家調整抗石擊涂料中的粘結劑

    （4）氣泡：施工完之后進行烤房完成固化易出現氣泡現象，原因分析如下：第一是涂料本身混有氣泡；第二是涂料換桶或刷涂過程混入氣泡；第三是高溫高濕的夏季，暴露在空氣中的抗石擊涂料里的碳酸鈣吸收空氣中的水汽發生返潮現象，再進烤房烘烤時水分蒸發，導致抗石擊涂料氣泡問題。解決措施如下：第一步：檢查問題車是否為壓線車，防止涂料在高溫高濕的空氣中長期暴露，同時通知廠家調整配方，使用不易吸潮碳酸鈣或降低其比例等；第二步：更換另一批次產品，確認是否為涂料中混入氣泡。

    6、結語

    高發泡型抗石擊涂料產品擁有良好的綜合性能，目前國外的汽車主機廠例如豐田、本田已經進行應用，國內主機廠如長城汽車、東風柳州也已經陸續使用高發泡型車底抗石擊涂料。隨著消費者對汽車舒適度、NVH性能、輕量化等要求的提高，高發泡型汽車抗石擊涂料應用會越來越廣泛。（來源：全球涂料網）（更多資訊請登錄：全球涂料網 http://www.soutuliao.com/）