汽車剎車盤用塗料的研製

汽車剎車盤用塗料的研製陳洪濤，劉憲文，夏克龍，霍春會，劉軍平，王毅超（陝西寶塔山塗料股份有限公司，陝西興平713100）0 引言自我國加入世界貿易組織後，中國汽車市場大舉對外開放，帶動了國內汽車產業的迅速發展。國家相繼出台了一系列鼓勵轎車進入家庭的政策，私人購車成為當今轎車市場消費的主流。2013 年底，我國汽車保有量1. 37 億輛，年增長1 700 萬輛，車輛已經成為很多人生活中的一部分. 車輛的剎車系統直接影響著人們的安全，而剎車盤作為剎車系統的關鍵零件決定著剎車效果的好壞，因此，對於剎車盤的防腐保護至關重要。1 實驗部分1.1原料塗料成膜物：E-03 環氧樹脂，E-20 環氧樹脂羥基丙烯酸樹脂，環氧改性羥基丙烯酸樹脂，L-75，N3390，線性聚酯改性的TDI預聚體，聚醯胺固化劑。顏填料：二氧化鈦，磷酸鋅，磷鉬酸鋅，鋅鉻黃，絹雲母，硫酸鋇，滑石粉，炭黑。助劑：AT-203，EFKA4015，TEGO-931，硅烷偶聯劑，聚酯類附著力促進劑，環烷酸鋅，Dabco33LV，二月桂酸二丁基錫，進口膨潤土。溶劑：PMA，環己酮，甲基異丁基酮，二甲苯，丁酯。1.2 塗料配方汽車剎車盤用塗料配方見表1。

1.3 製備工藝將樹脂、助劑計量加入調漆罐中，高速分散5～10min 後加入顏填料、溶劑等再高速分散15 min，研磨至細度合格，過濾、罐裝。1.4 制板及檢測在普通馬口鐵板上噴塗制板，干膜厚度為25 μm，檢測塗膜的基本性能。在80 mm×150 mm×1 mm鋼板上和剎車盤上制板，干膜厚度為(40±5) μm，檢測塗膜的耐鹽霧性能。1.5 塗料性能指標汽車剎車盤用塗料的性能指標見表2。

2 結果與討論2.1 樹脂的選取實驗了雙組分環氧樹脂和丙烯酸樹脂2 類樹脂成膜物體系的性能，測試結果見表3。

由表3 可見，環氧樹脂的羥值高於羥基丙烯酸樹脂，其固化後的成膜物交聯密度會高於羥基丙烯酸樹脂。另外，由於環氧樹脂結構中存在大量的醚鍵，其濕附著力也高於丙烯酸樹脂，交聯密度及對底材的濕附著力不同，對耐鹽霧性有不同的影響。選用羥基丙烯酸樹脂/N3390 體系，雖然前期附著力優異，但經過鹽霧試驗，附著力下降很多，而環氧樹脂耐鹽霧後的附著力並沒有下降。選擇環氧樹脂E-03 體系可滿足剎車盤的防腐要求。2.2 固化劑的選擇選擇不同的樹脂固化劑配漆、制板，檢測塗膜在恆溫室的實幹時間及在75 ℃烘箱的實幹時間，檢測塗膜的柔韌性及衝擊強度，結果見表4。

選用N3390 作為固化劑，由於空間位阻原因，反應速度較慢，塗膜也較脆，不宜使用；聚醯胺作為固化劑，塗膜乾性較慢，滿足不了流水線生產的乾性要求條件也不宜使用；常規的TDI固化劑固化E-03 後塗膜較脆，經彎曲易脫落；線性聚酯改性的TDI 預聚體，其塗膜具備良好的柔韌性能，乾性和衝擊性能優異，最終選擇一款改性的TDI 預聚體與E-03 反應，各項性能均能滿足使用要求。2.3 防鏽顏填料對鹽霧性能的影響試驗不同防鏽顏填料的耐鹽霧性能，以中性鹽霧試驗後塗膜的附著力作為耐鹽霧性能的評判依據，結果如表5所示。

塗料中使用的磷酸鋅具有2個結晶水，其可與—OH和—COOH基團反應，並生成凝膠體；當塗料所用的樹脂的羥基和羧基與磷酸鹽反應將增進內層粘結力；磷酸鋅在損傷的塗膜位置上發生初期腐蝕而使鋼鐵表面產生局部陽極和陰極，這樣使溶解的亞鐵鹽和鐵鹽發生水解，水解釋出的質子就與磷酸鋅作用產生磷酸和Zn2+，Zn2+與金屬表面Fe2+也形成溶性絡合物，作陰極抑製劑用，形成陰極保護。而磷酸則與金屬表面作用生成起保護作用的不溶性磷酸鐵以達到防鏽目的，在配方中加入磷酸鋅的量影響塗料對底材的保護程度。磷鉬酸鋅對抗劃痕腐蝕有明顯的作用, 在鹽霧中良好的防鏽性能，選擇磷鉬酸鋅明顯提高塗膜鹽霧試驗後的附著力。片狀的填料平行於基材排列時，H2O分子O2分子，以及鹽霧實驗中的Cl- , Na+，要到達基材界面與鋼鐵發生作用要繞多幾倍的路徑，這樣防鏽性和耐鹽霧性等性能會大大提高，故選擇在此體系中加入片狀填料絹雲母，由於其吸油量高，加量過大會導致片狀填料的定向不好，塗膜不夠緻密，反而影響耐鹽霧性能。由表5 實驗結果得出結論，當加入磷酸鋅8%、磷鉬酸鋅4%、絹雲母8%時，塗膜的耐鹽霧性能最好。2.4 選擇合適顏基比中性鹽霧試驗中空氣中的H2O分子、O2分子、Cl-和Na+等可穿過塗膜到達基材表面，並且停留在那裡促使其發生陰極反應，產生氣體、鼓泡、生鏽等現象，從而破壞塗層的附著力；合適的顏基比能使塗膜變得緻密，具備好的阻氧阻水率，能夠有效阻止小分子和離子穿透塗膜。調整塗膜的顏基比分別為32%、38%、44%，測試塗膜耐鹽霧之後的附著力。結果如圖1 所示。

由此可知，當體系顏基比為38%時，耐鹽霧性能最好。2.5 附著力促進劑的選擇E-03/改性TDI體系塗膜的交聯密度高，固化速度比聚醯胺快，但對金屬的附著力低，需要添加附著力促進劑其對其進行改性；硅烷偶聯劑可以水解為極性硅羥基，吸附於鐵基表面並與之反應，阻止H2O分子到達金屬界面並與之結合，這樣就降低了O原子與Fe 原子發生陰陽極反應產生氣體鼓泡和生鏽現象，能夠顯著提高耐鹽霧和防鏽性能；聚酯類的附著力促進劑中含有眾多羥基、羧基的基團，可對底材進行有效吸附。選用不同的附著力促進劑，添加量為1%，鹽霧試驗後的附著力測試結果如圖2所示。

實驗表明，帶環氧基的硅烷偶聯劑可顯著提高鹽霧試驗後的附著力。2.6 塗料體系乾性的調整體系中的重金屬含量及微量酸、鹼都會影響—NCO和—OH的反應速度及程度。環烷酸鋅對芳香族異氰酸酯催化作用較弱，對脂肪族的催化作用較強；有機錫類的固化促進劑的催化能力比叔胺要強，但是引入體系的重金屬鹽有可能會阻止磷酸鋅與金屬底材形成絡合物，阻礙保護膜的生成，影響耐鹽霧性能。而胺類基團本身具備很好的濕附著力，對芳香族異氰酸酯催化作用較強，還可附著在金屬表面，水汽難以在金屬表面將其置換，無法與金屬表面直接接觸，選擇胺類的固化促進劑一定程度上提高了耐鹽霧性能。不同固化促進劑對耐鹽霧性能的影響效果對比見圖3。

對比圖3 塗膜耐鹽霧性能測試結果可以看出，Dabco 33LV催化劑耐鹽霧應用效果最為突出。3 結語選擇E-03環氧樹脂作為主體樹脂，聚酯改性TDI為固化劑作，Dabco 33LV 作為固化促進劑，添加防鏽顏料磷酸鋅8%，片狀填料絹雲母8%，耐鹽霧劑磷鉬酸鋅為4%，再搭配環氧基硅烷偶聯劑，調整配方顏基比為38%，製備了一種剎車盤專用防腐塗料，它可以滿足流水線上75 ℃烘烤25min的乾燥工藝使用要求。
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