汽车刹车盘用涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 汽车刹车盘用涂料的研制陈洪涛，刘宪文，夏克龙，霍春会，刘军平，王毅超（陕西宝塔山涂料股份有限公司，陕西兴平713100）0 引言自我国加入世界贸易组织后，中国汽车市场大举对外开放，带动了国内汽车产业的迅速发展。国家相继出台了一系列鼓励轿车进入家庭的政策，私人购车成为当今轿车市场消费的主流。2013 年底，我国汽车保有量1 37 亿辆，年增长1 700 万辆，车辆已经成为很多人生活中的一部分 车辆的刹车系统直接影响着人们的安全，而刹车盘作为刹车系统的关键零件决定着刹车效果的好坏，因此，对于刹车盘的防腐保护至关重要。1 实验部分11原料涂料成膜物：E-03 环氧树脂，E-20 环氧树脂羟基丙烯酸树脂，环氧改性羟基丙烯酸树脂，L-75，N3390，线性聚酯改性的TDI预聚体，聚酰胺固化剂。颜填料：二氧化钛，磷酸锌，磷钼酸锌，锌铬黄，绢云母，硫酸钡，滑石粉，炭黑。助剂：AT-203，EFKA4015，TEGO-931，硅烷偶联剂，聚酯类附着力促进剂，环烷酸锌，Dabco33LV，二月桂酸二丁基锡，进口膨润土。溶剂：PMA，环己酮，甲基异丁基酮，二甲苯，丁酯。12 涂料配方汽车刹车盘用涂料配方见表1。13 制备工艺将树脂、助剂计量加入调漆罐中，高速分散5～10min 后加入颜填料、溶剂等再高速分散15 min，研磨至细度合格，过滤、罐装。14 制板及检测在普通马口铁板上喷涂制板，干膜厚度为25 m，检测涂膜的基本性能。在80 mm150 mm1 mm钢板上和刹车盘上制板，干膜厚度为(405) m，检测涂膜的耐盐雾性能。15 涂料性能指标汽车刹车盘用涂料的性能指标见表2。2 结果与讨论21 树脂的选取实验了双组分环氧树脂和丙烯酸树脂2 类树脂成膜物体系的性能，测试结果见表3。由表3 可见，环氧树脂的羟值高于羟基丙烯酸树脂，其固化后的成膜物交联密度会高于羟基丙烯酸树脂。另外，由于环氧树脂结构中存在大量的醚键，其湿附着力也高于丙烯酸树脂，交联密度及对底材的湿附着力不同，对耐盐雾性有不同的影响。选用羟基丙烯酸树脂/N3390 体系，虽然前期附着力优异，但经过盐雾试验，附着力下降很多，而环氧树脂耐盐雾后的附着力并没有下降。选择环氧树脂E-03 体系可满足刹车盘的防腐要求。22 固化剂的选择选择不同的树脂固化剂配漆、制板，检测涂膜在恒温室的实干时间及在75 ℃烘箱的实干时间，检测涂膜的柔韧性及冲击强度，结果见表4。选用N3390 作为固化剂，由于空间位阻原因，反应速度较慢，涂膜也较脆，不宜使用；聚酰胺作为固化剂，涂膜干性较慢，满足不了流水线生产的干性要求条件也不宜使用；常规的TDI固化剂固化E-03 后涂膜较脆，经弯曲易脱落；线性聚酯改性的TDI 预聚体，其涂膜具备良好的柔韧性能，干性和冲击性能优异，最终选择一款改性的TDI 预聚体与E-03 反应，各项性能均能满足使用要求。23 防锈颜填料对盐雾性能的影响试验不同防锈颜填料的耐盐雾性能，以中性盐雾试验后涂膜的附着力作为耐盐雾性能的评判依据，结果如表5所示。涂料中使用的磷酸锌具有2个结晶水，其可与OH和COOH基团反应，并生成凝胶体；当涂料所用的树脂的羟基和羧基与磷酸盐反应将增进内层粘结力；磷酸锌在损伤的涂膜位置上发生初期腐蚀而使钢铁表面产生局部阳极和阴极，这样使溶解的亚铁盐和铁盐发生水解，水解释出的质子就与磷酸锌作用产生磷酸和Zn2+，Zn2+与金属表面Fe2+也形成溶性络合物，作阴极抑制剂用，形成阴极保护。而磷酸则与金属表面作用生成起保护作用的不溶性磷酸铁以达到防锈目的，在配方中加入磷酸锌的量影响涂料对底材的保护程度。磷钼酸锌对抗划痕腐蚀有明显的作用, 在盐雾中良好的防锈性能，选择磷钼酸锌明显提高涂膜盐雾试验后的附着力。片状的填料平行于基材排列时，H2O分子O2分子，以及盐雾实验中的Cl- , Na+，要到达基材界面与钢铁发生作用要绕多几倍的路径，这样防锈性和耐盐雾性等性能会大大提高，故选择在此体系中加入片状填料绢云母，由于其吸油量高，加量过大会导致片状填料的定向不好，涂膜不够致密，反而影响耐盐雾性能。由表5 实验结果得出结论，当加入磷酸锌8%、磷钼酸锌4%、绢云母8%时，涂膜的耐盐雾性能最好。24 选择合适颜基比中性盐雾试验中空气中的H2O分子、O2分子、Cl-和Na+等可穿过涂膜到达基材表面，并且停留在那里促使其发生阴极反应，产生气体、鼓泡、生锈等现象，从而破坏涂层的附着力；合适的颜基比能使涂膜变得致密，具备好的阻氧阻水率，能够有效阻止小分子和离子穿透涂膜。调整涂膜的颜基比分别为32%、38%、44%，测试涂膜耐盐雾之后的附着力。结果如图1 所示。由此可知，当体系颜基比为38%时，耐盐雾性能最好。25 附着力促进剂的选择E-03/改性TDI体系涂膜的交联密度高，固化速度比聚酰胺快，但对金属的附着力低，需要添加附着力促进剂其对其进行改性；硅烷偶联剂可以水解为极性硅羟基，吸附于铁基表面并与之反应，阻止H2O分子到达金属界面并与之结合，这样就降低了O原子与Fe 原子发生阴阳极反应产生气体鼓泡和生锈现象，能够显著提高耐盐雾和防锈性能；聚酯类的附着力促进剂中含有众多羟基、羧基的基团，可对底材进行有效吸附。选用不同的附着力促进剂，添加量为1%，盐雾试验后的附着力测试结果如图2所示。实验表明，带环氧基的硅烷偶联剂可显著提高盐雾试验后的附着力。26 涂料体系干性的调整体系中的重金属含量及微量酸、碱都会影响NCO和OH的反应速度及程度。环烷酸锌对芳香族异氰酸酯催化作用较弱，对脂肪族的催化作用较强；有机锡类的固化促进剂的催化能力比叔胺要强，但是引入体系的重金属盐有可能会阻止磷酸锌与金属底材形成络合物，阻碍保护膜的生成，影响耐盐雾性能。而胺类基团本身具备很好的湿附着力，对芳香族异氰酸酯催化作用较强，还可附着在金属表面，水汽难以在金属表面将其置换，无法与金属表面直接接触，选择胺类的固化促进剂一定程度上提高了耐盐雾性能。不同固化促进剂对耐盐雾性能的影响效果对比见图3。对比图3 涂膜耐盐雾性能测试结果可以看出，Dabco 33LV催化剂耐盐雾应用效果最为突出。3 结语选择E-03环氧树脂作为主体树脂，聚酯改性TDI为固化剂作，Dabco 33LV 作为固化促进剂，添加防锈颜料磷酸锌8%，片状填料绢云母8%，耐盐雾剂磷钼酸锌为4%，再搭配环氧基硅烷偶联剂，调整配方颜基比为38%，制备了一种刹车盘专用防腐涂料，它可以满足流水线上75 ℃烘烤25min的干燥工艺使用要求。