汽車減震器懸掛彈簧用粉末涂料的研制

彭浩民，吳鵬洲，李光，葉永權

（廣州擎天材料科技有限公司，廣州 510860）

引言

隨著我國生活水平提高，對汽車產品質量要求也越來越高，對汽車配件的質量要求也越來越高。其中，汽車減震器（汽車減震器示意圖如圖1所示）中使用了不同規格的彈簧，為了可以保證它的機械性能，需要進行涂料的涂裝。目前大部分涂裝是使用溶劑型涂料，少部分使用水性涂料和粉末涂料。但是溶劑性涂料在使用過程中溶劑會揮發，不僅會造成環境污染，同時對涂裝操作人員的身體健康造成一定的危害。另外由于水性涂料結構的特殊性，在防腐和耐水性能方面不如溶劑性涂料。而粉末涂料使用過程無溶劑揮發，不會對環境和人體造成危害，同時使用過程可以回收利用[1]。另外粉末涂料可以通過一道工序就可以達到所需要的涂膜厚度，在機械性能和耐腐蝕性也可以達到要求，所以粉末涂料是涂裝汽車零配件的最理想的涂料品種[2]。

本研究通過對比不同反應體系和對樹脂及促進劑的篩選，確定了合適的配方，研制出一種減震器懸掛彈簧用粉末涂料，其機械性能和耐腐蝕性滿足減震器懸掛彈簧涂裝噴涂要求。

1 實驗部分

1.1 原材料

羧基聚酯樹脂(A、B、C、D、E)：市售；雙酚A型環氧樹脂（a、b、c）：市售；酚類固化劑（1、2）：市售；粉末涂料通用助劑（流平劑、安息香、蠟粉、促進劑、光亮劑）：工業級，進口。

1.2 實驗儀器

Φ30型雙螺桿擠出機：SLJ-30，東輝；DFY-500萬能中藥粉碎機：溫嶺市林大機械；ACM-02型磨粉系統：煙臺東源化工設備有限公司；SURE COAT小型靜電噴涂設備、諾信靜電噴槍、GPH-30高溫烘箱：愛斯佩克環境儀器（上海）有限公司；DSC差示掃描量熱儀：上海和晟儀器科技有限公司。

1.3 粉末涂料及涂層制備

按預設配方稱取各原料，用萬能中藥粉碎機預混合后使用雙螺桿擠出機在設定溫度范圍內熔融擠出，擠出片料經過冷卻粉碎、過篩、靜電噴涂、熱固化成膜，最后測試涂膜性能。

1.4 性能測試

按GB/T 1732-1993測定涂膜的沖擊性，將1 kg重物從50 cm高度落下，涂膜無破壞，視為通過；用目測方法判定涂膜的外觀；按GB/T 1771-2007測定耐中性鹽霧試驗；按GB/T 1731-1993測定涂膜柔韌性；按GB/T 9286-1998測定涂膜的附著力；按GMW 14700-B測定涂膜耐碎石沖擊性；按GB/T 9274 -1988測定耐油性、耐堿性和耐酸性。

2 結果與討論

2.1 成膜體系對機械性能及耐腐蝕性能的影響

減震器懸掛彈簧用粉末涂料對機械性能和耐腐蝕性能要求比較高，所以本研究選取了純環氧型體系和環氧/聚酯混合型體系進行研究。本實驗對比兩種反應體系的機械性能和耐腐蝕性能，結果如表1所示。

從表1可以看出，兩種體系的耐腐蝕性能均滿足彈簧粉噴涂所需的要求，但純環氧體系相對于環氧/聚酯混合型體系機械性能較差，故本研究主要選擇聚酯/環氧混合樹脂基體作為成膜體系，進行優化研究。

2.2 混合型樹脂篩選

本研究研制的混合型粉末涂料的成膜體系由聚酯樹脂和環氧樹脂組成，聚酯/環氧質量組成比設定為50/50、60/40和70/30。為獲得滿足彈簧粉噴涂要求的樹脂體系，本研究選擇不同的聚酯樹脂和環氧樹脂為樹脂，選用3種混合樹脂與相關助劑制備的粉末涂料性能結果見表2。

圖1 汽車減震器示意圖

表1 兩種反應體系在不同固化溫度下的性能結果

可見，聚酯/環氧質量組成比為50/50和60/40制備的粉末涂料外觀良好但是韌性不及70/30型；聚酯/環氧質量組成比為70/30的粉末涂料保證涂層外觀良好的同時，其它性能如耐沖擊性能和耐腐蝕性能均滿足彈簧粉噴涂所需的要求。故本研究選擇聚酯/環氧質量組成比為70/30的混合型樹脂。

對于聚酯/環氧混合樹脂，不同的聚酯和環氧制備的涂料呈現不同的性能。從以上研究得出，采用聚酯/環氧質量組成比為70/30，環氧樹脂a和聚酯樹脂C為混合樹脂，可獲得良好的機械性能。

根據減震器懸掛彈簧在固化方式、外觀、機械性能以及防腐蝕性能等方面的要求，選取國內外不同廠家生產環氧樹脂和聚酯樹脂進一步進行對比試驗，結果見表3和表4。圖2為不同環氧樹脂制備的粉末涂料涂層機械性能和附著力。

表2 不同混合聚酯樹脂制備的粉末涂料涂層性能

表3 不同環氧樹脂制備的粉末涂料涂層性能

圖2 不同環氧樹脂制備的粉末涂料涂層機械性能和附著力

表4 不同聚酯樹脂制備的粉末涂料涂層性能

從表3和表4試驗結果可以看出環氧樹脂的環氧當

量在700～750 g/eq、軟化點區間在90～98 ℃、平均分子量分布范圍較窄；而聚酯樹脂黏度范圍在5 500～6 500 MPa·s、Tg在58～60 ℃時，所得到的產品在外觀、物化性能（耐沖擊性能、柔韌性、附著力、耐鹽霧腐蝕）上優異，同時具有較好的抗結團性能，從而有利于生產和運輸[3]。通過以上系列細化對比試驗研究，選用環氧樹脂c和聚酯樹脂C來生產彈簧粉，既滿足了彈簧粉在外觀流平及其它性能方面的要求，又可提高產品在貯存運輸過程中的抗結團性能。

2.3 促進劑種類和用量對彈簧粉性能的影響

為了適應目前減震器懸掛彈簧生產工藝，需要在低溫進行烘烤，除了使用低溫樹脂之外，需要加入一定量的促進劑，從而可以使固化可以充分完全，保證機械性能和防腐蝕性能可以達到涂裝噴涂的要求。

以70/30型（聚酯樹脂C/環氧樹脂c）混合型體系為主體，按照填料含量（35 %）設計配方，對不同種類促進劑及不同用量進行研究，結果見表5和表6。

由表5可以看出，咪唑類、胺類等促進劑會對流平造成影響，并且沖擊強度較差，耐腐蝕性不良；而端羧基聚酯化合物類潛伏性促進劑能夠平緩的促進固化，在基本不降低流平性能的前提下提高致密度[4]。

由表6可以看出，潛伏性促進劑的用量也會影響涂層的外觀和性能。當潛伏劑用量過少時，涂層固化程度不夠，耐沖擊性能變差。而潛伏劑用量過多，則會影響涂層的外觀同時粉體的抗結團性變差，所以潛伏劑用量為3 ‰～1 %較為合適。

表5 不同促進劑制備粉末涂料涂層的性能

表6 不同添加量潛伏性促進劑制備粉末涂料涂層的性能

表7 產品水平與汽車減震器彈簧涂裝技術要求對比

2.4 技術要求與目前產品水平

通過對樹脂體系、樹脂種類及促進劑進行研究，已研制出一種符合汽車減震器懸掛彈簧涂裝噴涂要求的粉末涂料，產品水平與汽車減震器彈簧涂裝技術要求見表7。

3 結語

本研究根據汽車減震器懸掛彈簧涂裝的噴涂要求，對樹脂體系、樹脂種類及促進劑進行研究，研制出一種適合汽車減震器懸掛彈簧用的粉末涂料并且確定了較優的配方：使用環氧/聚酯混合型體系，質量比為30/70；選擇環氧當量在700～750 g/eq、軟化點區間在90～98 ℃的環氧樹脂和黏度范圍在5 500～6 500 MPa·s、Tg在58～60 ℃的聚酯樹脂；添加3 ‰～1 %潛伏性促進劑。