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        車身非金屬件用導(dǎo)靜電涂料的制備

        2018-04-04 05:29:04郭小平劉志偉蒲吉斌董建達(dá)周開河方云輝劉栓
        電鍍與涂飾 2018年6期
        關(guān)鍵詞:鈦白粉白度細(xì)度

        郭小平,劉志偉,蒲吉斌,董建達(dá),周開河,方云輝,劉栓,, *

        (1.蕪湖春風(fēng)新材料有限公司,安徽 蕪湖 241000;2.中國科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江省海洋材料與防護(hù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所,浙江 寧波 315201;3.國家電網(wǎng)國網(wǎng)寧波供電公司,浙江 寧波 315201)

        隨著生活水平提高,人們對汽車顏色多樣化、個性化提出越來越多要求。導(dǎo)靜電涂料作為汽車外飾非金屬底材靜電涂裝過程中的重要一環(huán),主要起著提高底漆噴涂效率和節(jié)能降耗的作用。

        工業(yè)化的導(dǎo)靜電涂料依然以摻雜型為主,導(dǎo)電介質(zhì)有金屬粉、導(dǎo)電碳粉、石墨烯、導(dǎo)電碳管、導(dǎo)電鈦白粉、導(dǎo)電云母粉等。其中導(dǎo)電金屬粉(銅、鎳、銀等)因密度大、價格高、易氧化等原因而使用有限,主要用于電磁屏蔽(EMI)涂料(電阻<1 Ω)中[1-3]。導(dǎo)電碳粉顏色深,著色力高,目前主要用來做黑色和深色的導(dǎo)電涂料[4-5]。石墨烯與導(dǎo)電碳管雖然同屬碳系顏料,但是其較大的長徑比與徑厚比在一定范圍內(nèi)導(dǎo)致著色力降低。筆者所做的大量實(shí)驗(yàn)表明,石墨烯或碳納米管與鈦白粉混合制備的導(dǎo)靜電涂料在靜電噴涂允許的條件(106Ω)下,L值(表示涂層黑白,其越大,白度越高)最高可以達(dá)到76,相比純鈦白粉的L值(如杜邦R-706的L值為92)還有很大差距。國內(nèi)使用的導(dǎo)電云母與導(dǎo)電鈦白粉一般包裹ATO(銻摻雜的二氧化錫),由于生產(chǎn)條件的限制,單獨(dú)使用導(dǎo)電云母或?qū)щ娾伆追蹠rL值僅能做到82以內(nèi)。而因?yàn)檐嚿矸墙饘偌嗖捎煤谏郾?PP)+三元乙丙橡膠(ethylene-propylene-diene monomer,EPDM)材料,受限于白色漆在黑色底材上的遮蓋力,L值差距使得很多鮮艷的透明色涂料(如眾泰朝陽紅等)及淺色涂料(如日產(chǎn)汽車的珍珠白等)無法做到與車身一致。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,為達(dá)到與車身一致的要求,往往需要選擇昂貴的進(jìn)口原材料或增加施工工藝。

        導(dǎo)電云母粉及導(dǎo)電鈦白粉為非碳系原料,是首選的淺色導(dǎo)電材料,目前主要用于地坪與原油貯罐防腐,這些應(yīng)用對產(chǎn)品的細(xì)度、電阻和顏色要求不高,導(dǎo)致國內(nèi)產(chǎn)品在白度、細(xì)度和電阻方面與國際頂級產(chǎn)品差距明顯[6-7]。因技術(shù)壁壘等原因,導(dǎo)電鈦白粉以日本石原公司的FTL-3000性能最為突出,導(dǎo)電云母粉則以德國默克公司的Iriotec 7320最為優(yōu)秀,這2個系列產(chǎn)品在同類產(chǎn)品中占有龍頭地位。而國內(nèi)產(chǎn)品一直在低端下游競爭,無法滿足高端要求。由于汽車涂料的價格相對較高,以往鮮有科研團(tuán)體關(guān)注導(dǎo)電填料這個領(lǐng)域。但在成本與環(huán)保的雙重壓力下,汽車噴涂企業(yè)均要求降低成本,提高油漆噴涂效率和降低施工工人的勞動強(qiáng)度[8-10]。因此,開發(fā)新型導(dǎo)靜電涂料配方體系,替代國外產(chǎn)品,對汽車涂料行業(yè)降低成本,提高競爭力具有重要意義。本文主要探究了2種國內(nèi)導(dǎo)電云母粉和導(dǎo)電鈦白粉與國際同類產(chǎn)品添加到導(dǎo)靜電涂料中的綜合性能差異,為汽車噴涂廠降低成本提供參考。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 原材料與儀器

        導(dǎo)電云母粉:常州ECP-100C,德國Iriotec 7320,上海君江DC-D40。導(dǎo)電鈦白粉:常州ECF-3000C,日本FTL-3000,北京特寶ECP-TF1。丙烯酸樹脂,DIC公司;鈦白粉R-706,杜邦;分散劑BYK-110,BYK公司;膨潤土Bengel 818,海明斯;甲苯(工業(yè)級)、二甲苯(工業(yè)級)、鋯珠,市售。

        Chf100A-1R5G-S2型分散機(jī),深圳INVT electric公司;101-3BS電熱鼓風(fēng)干燥箱,邦西儀器科技(上海)有限公司;W-71空氣噴槍,IWATA公司。

        1.2 涂料及其涂層的制備

        按配方將丙烯酸樹脂與溶劑混合后攪拌均勻,并在攪拌狀態(tài)下加入分散劑、鈦白粉、膨潤土及導(dǎo)電介質(zhì),1 500 r/min分散15 min后緩慢滴加甲苯和二甲苯,檢測細(xì)度。在涂料制備和預(yù)分散過程中,先加入約1/3的溶劑,原因是溶劑少,涂料黏度大,攪拌分散時剪切力大,有利于顏填料在樹脂中的均勻分散。當(dāng)分散一定時間后,把配方中剩余的溶劑滴加完畢,再在混合物中加入相同質(zhì)量份的鋯珠,2 000 r/min下研磨不同時間,檢測細(xì)度。

        采用W-71空氣噴槍,在水簾房中將所制導(dǎo)靜電涂料噴涂在黑色PP平板上,噴涂壓力為1.2 kg/cm2,在60 °C下干燥5 min,測得干膜厚度約50 μm。

        1.3 表征與性能測試

        用標(biāo)格達(dá)BGD241單槽細(xì)度板測試涂料的細(xì)度。用美能達(dá)公司的CM-2500D型色差儀測量涂層的顏色(a和b)以及白度L。用BYK公司的4446型便攜式光澤儀測量涂層的60°光澤。采用SL-030表面電阻測試儀測試涂層的電阻。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 采用不同導(dǎo)電鈦白粉制作的導(dǎo)靜電涂料的性能對比

        按照表1所列配方制備的3種含不同導(dǎo)電鈦白粉的涂料在不同研磨時間下與R706對照涂料的基本性能對比見表2??梢妵a(chǎn)ECF-3000C的綜合性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國內(nèi)常規(guī)產(chǎn)品,完全達(dá)到了FTL-3000的指標(biāo),特別是在白度方面,與純鈦白涂料非常接近(見圖1)。在相同情況下,研磨60 min后,其所制涂層的L、a、b與日本石原FTL-3000的L、a、b基本一致,電阻都為0.5 × 106Ω,研磨60 min后均增大到2.0 × 106Ω,這主要是研磨過程中ATO脫落所致。

        表1 用不同導(dǎo)電鈦白粉制備導(dǎo)靜電涂料的配方Table 1 Formulations of static conductive paints using different types of conductive titania

        表2 研磨時間對不同導(dǎo)電鈦白粉制備的導(dǎo)靜電涂料基本性能的影響Table 2 Effect of grinding time on basic properties of the static conductive paints prepared with different types of conductive titania

        圖1 不同導(dǎo)電鈦白粉制備的導(dǎo)靜電涂料的涂膜照片F(xiàn)igure 1 Photo showing the cured films of static conductive paints prepared with different types of conductive titania

        2.2 采用不同導(dǎo)電云母制作的導(dǎo)靜電涂料的性能對比

        按照表3配方體系制備3種不同的導(dǎo)靜電涂料,其涂層的性能見表4。用ECP-100C所制涂層的細(xì)度和電阻這2項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)與使用默克公司Iriotec 7320所制涂層一樣,白度更是遠(yuǎn)優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品(見圖2)。

        表3 用不同導(dǎo)電云母粉制備導(dǎo)靜電涂料的配方Table 3 Formulations of the static conductive paints using different types of conductive mica powder

        2.3 研磨對性能的影響

        因?yàn)閷?dǎo)電云母粉和導(dǎo)電鈦白粉的結(jié)構(gòu)都是在惰性材料表面包裹一層ATO,但在高速研磨的情況下ATO會脫落,從而喪失導(dǎo)電性,所以制備導(dǎo)靜電涂料時不能長時間研磨。國產(chǎn)原料的細(xì)度大,要砂磨之后才能應(yīng)用,但砂磨對電阻的影響不易控制,這是使用國產(chǎn)原料的一大限制因素。而進(jìn)口原料在細(xì)度方面一般控制得較好,即使不研磨,細(xì)度也在20 μm以下,從而保證了導(dǎo)電性能在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性。

        2.4 實(shí)際應(yīng)用

        上述產(chǎn)品在汽車非金屬表面靜電涂裝的實(shí)際量產(chǎn)中使用的過程中,表干電阻值、施工性、耐水泡等相關(guān)性能完全滿足客戶要求。近純白色為面漆的顏色選擇提供了廣闊的空間,并可以降低中間漆的膜厚,減少能耗與成本,具有很好的市場前景。圖3顯示了采用國產(chǎn)導(dǎo)電填料制備的導(dǎo)電底漆的實(shí)際應(yīng)用情況。

        表4 研磨時間對不同導(dǎo)電云母粉制備的導(dǎo)靜電涂料基本性能的影響Table 4 Effect on grinding time on basic properties of the static conductive paints prepared with different types of conductive mica powder

        圖2 不同導(dǎo)電云母粉制備的涂料的涂膜照片F(xiàn)igure 2 Photo showing the cured films of static conductive paints prepared with different types of conductive mica powder

        圖3 不同國產(chǎn)導(dǎo)電填料制備的涂料在現(xiàn)場涂裝時的照片F(xiàn)igure 3 Photos showing the spraying procedure in production line when using the paints prepared with different domestic conductive fillers

        導(dǎo)電云母的遮蓋力比導(dǎo)電鈦白粉的差,前者白度始終不及后者,但由于結(jié)構(gòu)上的差異(云母粉為片狀,導(dǎo)電鈦白粉為針狀),導(dǎo)電云母的價格更為低廉,通過合理的搭配,可以大大減少針狀導(dǎo)電鈦白粉的使用,從而降低成本。

        3 結(jié)論

        利用丙烯酸樹脂作為主要成膜物質(zhì),通過添加國產(chǎn)導(dǎo)電填料制備了導(dǎo)靜電涂料。所制得的涂料在細(xì)度、電阻等關(guān)鍵指標(biāo)上達(dá)到與國外競品相同的級別,完全滿足車身非金屬件用白色導(dǎo)靜電涂料的性能要求。

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