涂料最高水平的體現——光固化汽車涂料
時間:2005-08-31
汽車車身的涂料實際是一種藝術品，生產者力求做到令人賞心悅目，美玉無暇。另一方面，汽車年復一年地要經受日曬雨淋和風刀霜劍的侵蝕，還有酸雨、來自溶雪劑的鹽水、石擊等侵蝕。在此情況下，保持美麗外觀和防止銹蝕是對涂料提出的嚴格要求。因此，汽車涂料被認為是涂料最高水平的體現。
光固化涂料有種種優點，要使光固化涂料進入汽車涂料行列，除了涂料本身要達到要求外，還需要有合適的涂裝和固化設備。通常光固化涂料一般用于平面和簡單形狀器物的涂裝，由于汽車部件形狀各不相同，因此要求有符合三維（3D）涂裝和固化的設備，兩者結合才有可能完全進入汽車領域。最近北美光固化會議展出了一輛由多家公司合作研制的示范性輻射固化賽車，該車采用了最先進的各種輻射固化技術，它的殼體由電子束固化的復合材料制備，涂料幾乎全部采用光固化涂料，充分展示了光固化技術的巨大潛力。
汽車殼體大部分為鋼鐵，但塑料也已有廣泛使用，涂料因而也有不同要求。除此之外，汽車的修補漆也是汽車涂料的重要組成部分。
一、光固化汽車涂料主要品種發展情況
(一)光固化修補底漆。汽車的金屬部件特別是車身的金屬底著一般采用陰極電泳漆或其他防銹漆，含有大量顏料和填加劑，光固化涂料難以代替，但是當車身損壞，需予修補時，其底漆不可能使用電泳漆 也難予使用熱固型涂料，室溫固化涂料則需耗費太多時間。現在ICI發明了一種光固化底漆UVSpeedprime，它采用常用于電子器件的樹脂組分，用于低能UV光的引發劑及特殊顏料組成，填加的顏料可滿足抗腐蝕、硬度、消光及填孔等要求，但不影響光固化速度。和一般不透明的底漆不同，該產品是透明的。該涂料易于涂布、容易打磨并且使用安一，彩低能手持紫外光燈可在2分釧內固化，經處理和打磨后即可涂布面漆，整個修補過程快捷易行。
(二)汽車面漆。汽車面漆最重要的作用是裝飾，除了美麗的外觀外，還同時要求抗光氧化、抗水解、抗劃傷、抗酸雨和汽油、抗撞擊、抗雷雨及曝曬等性能。現在在漆一般由兩層涂料組成，下層（第一道）涂料加有各種顏料如彩色顏料，閃光顏料等（二道漿），上層涂料為清漆，它能賦予涂層高的光澤并滿足面漆的各種要求，因此是至關重要的。光固化涂料難以用在面漆的第一道漆但可用于透明清漆。光固化透明清漆具有無溶劑、快速固化、耐刻劃、耐擦傷、高光澤、高硬度等固有的優點，但它的耐侯性不是很好，這是它較長時間難于被接受的原因。光固化清漆不僅械性能應達到或超過二罐裝聚氨酯清漆，而且耐候性也要達到一定的要求。盡管可以通過添加光穩定劑等抗老化劑改善涂膜的耐侯性能，但是光穩定劑的加入會影響光固化速度，這是一個難以解決的問題，是阻礙光固化清漆在汽車上使用的關鍵問題之一。近年來通過選用合適的引發劑及紫外光吸收劑等防老化劑打開了用于汽車面漆的道路。汽車透明清漆一般采用丙烯酸化聚氨酯光固化樹脂，選用的光引發劑一般為BAPO(bisacylphosphinoxide)或 Irgacure118(α-hydroxylketone),同時在配方中加入紫外光吸收劑如HPT(hydroxyphenyl-s-rriazine)及采用受阻胺HALS為自由基除去劑。實驗證明通過合適的組分調節，可以達至滿意的固化速度及優良的耐候性。
(三)汽車塑料部件涂料。汽車的部件很多已采用工程塑料或者聚合物基復合材料，他們不僅需要涂料改善其表面性質，光固化涂料在這方面具有十分突出的優勢。光固化在這一方面的應用已有十余年的歷史。
——車燈燈罩：聚碳酸酯燈罩早已代替了玻璃燈罩，聚碳酸酯具有易加工成型、重量輕和柔性強不易破碎等優點，但它的表面強度不夠，不耐刻劃和刮擦而且耐候性差，易變黃，采用光固化涂料可以改善表面性質，因而得到了應用，不僅大大節約了涂裝時間而且涂層有很好的光學耐擦性能，并可滿足長期耐侯性要求。
——反光鏡：汽車反光鏡也是用塑料制備的但它的表面必須有很高的反光性能。為了達到這一目的，塑料表面須經三次紫外照射處理。首先塑料要紫外照射使表面產生光化學反應增加表面張力，以利于光固化涂料的流平與附著，經過涂布光固化清漆固化后，塑料表面變得平坦而易于金屬化，然后地真空沉積箱中完成金屬沉積。在塑料表面金屬化后還需要再涂布一層光固化涂料，它的作用是保擴金屬反光層。
——玻璃纖維增強復合材料部件：復合材料已大量應用于汽車的各種部件，為了保護表面及美觀，要求使用涂料進行涂裝。例如前述的示范賽車車身部分采用了電子束固化的復合材料，同時采用了光固化涂料予以修飾。在體積很大的部件上使用光固化涂料的一個關鍵問題是設計便于車身整體涂裝的涂裝固化室。
(四)光固化粉末涂料。光固化粉末涂料綜合了粉末涂料及光固化涂料的優點，它不僅可在金屬上使用，也可用于塑料和木制品及其他對熱敏感的部件，大大擴大了粉末涂料的使用范圍，因此，它在汽車上使用潛力很大，受到重視。汽車上的框架、輪輞等都可用粉末涂料來取代原有涂料。汽車上的金屬框架需承受石擊、沾污、水泡等侵害，一般先要用電泳漆處理，但電泳漆顏色選擇受限制而且通常有條紋等漆病，為了提高其裝飾性，可以彩光固化粉末涂料進行彌補。兩者的結合可以取得滿意效果，粉末涂料可賦予極好的裝飾性。由鋁合金制造的車輪輪輞涂料對涂料有極高要求，傳統的輪輞涂層一般由熱固性粉末涂料作底漆，然后是閃光效果的中間層，最后是透明面漆。現在這三層涂料都可以用光固化涂料代替。
二、三維光固化設備與技術
不同形狀和大小、角度、彎曲、邊緣、凹凸情況的三維（3D）部件光固化時，需要有光投射到所有的表面上，且應有可靠和足夠的能量。一般燈具由管燈和反光罩組成，反光罩用于聚集光束定向投射到器物上，反光罩一般為橢圓形或拋物線狀的，使用橢圓形燈罩，燈管置于橢圓的第一焦點上，燈光則在第二焦點上聚焦形成狹窄的高輻照度的光束。但由于光的發散，偏離此點后，輻照度迅速降低。使用拋物線燈罩，在較寬的范圍內均可得到平等紫外光束，但是輻照度低并可在三維物體上增加陰影。
為了得到整個表面的充分固化，需要采取一些措施：一是改善橢圓形成燈罩形狀，變化光的焦點，使它離燈面更遠，使聚焦面更寬，雖然這樣會減少高輻照的峰值，但可以使光的強度比較均勻，在離燈較遠的地方也要以得到足夠的輻射照，同時又保持了聚集和發散光的優點，減少陰影出現；二是優化配方，涂料的光譜吸收要與燈的發射光譜相匹配；三是優化工藝條件，紫外光投射到物體的能量要與加工速度相匹配；涂料光敏 性及涂層的厚度要優化，在較大光強度變范圍內都能使表面涂料徹底固化。
當然，對于3D固化裝置也有特殊要求，要根據物體大小和形狀，物體是垂直的還是水平的，能否通過旋轉使潛在的陰影部位得到照射等實際情況設計生產線。為了達到光固化能量要求與固化速度的調節等目的，將燈原裝在機器人上是一個重要的方法。采用機器人有很多優點，許多固定燈源不能照射到的部分都可得到有效的照射。如前所述，在以玻璃鋼為車身的涂布與光固化需要有大空間的三維涂布與固化裝置，這也是一個挑戰。
三、雙重混雜固化的應用
對于一些部件來說，無論如何設計固化裝置和燈源，總有一些部位燈光不能達到或者光強不能滿足涂裝要求，因此純粹的光固化涂料不能滿足涂裝要求。為了解決這一問題發展了光固化與熱固化方法看來是抵消了光固化的優點，但這是不可逾越問題。盡管如此，混雜固化較純粹熱固化還是有一些優點，一般混雜固化體系固化溫度低、固化時間短。由于物件大部分在光照時已實干，只有少許部位未干，因此可減少物件被沾污的可能性。
