光固化和纳米汽车涂料
2007-05-26
摘要：汽车车身的涂料实际是一种艺术品，生产者力求做到令人赏心悦目，美玉无暇。通常光固化涂料一般用于平面和简单形状器物的涂装，由于汽车部件形状各不相同，因此要求有符合三维（3D）涂装和固化的设备，两者结合才有可能完全进入汽车领域。纳米材料具有相同成分的粗晶材料所不具有的优异或奇异性能，利用纳米材料特殊的抗紫外线、抗老化、高强度和韧性、良好的静电屏蔽效应、色泽变换效应及抗菌消臭等功能，可以开发和研制汽车涂料，具有广阔的应用和发展前景。 本文介绍的是光固化和纳米材料在汽车图料中的应用。
关键字： 汽车涂料 光固化 纳米材料 应用
汽车作为户外交通工具，有其特殊的使用条件，随着近年来汽车工业的飞速发展，汽车的生产量越来越大，这就使汽车的涂装工艺完全转向高速率和现代化的流水作业。汽车车身的涂料实际是一种艺术品，生产者力求做到令人赏心悦目，美玉无暇。另一方面，汽车年复一年地要经受日晒雨淋和风刀霜剑的侵蚀，还有酸雨、来自溶雪剂的盐水、石击等侵蚀，在此情况下，保持美丽外观和防止锈蚀是对涂料提出的严格要求。
一、光固化汽车涂料
光固化修补底漆
汽车的金属部件特别是车身的金属底著一般采用阴极电泳漆或其他防锈漆，含有大量颜料和填加剂，光固化涂料难以代替，但是当车身损坏，需予修补时，其底漆不可能使用电泳漆也难予使用热固型涂料，室温固化涂料则需耗费太多时间。现在ICI发明了一种光固化底漆UVSpeedprime，它采用常用于电子器件的树脂组分，用于低能UV光的引发剂及特殊颜料组成，填加的颜料可满足抗腐蚀、硬度、消光及填孔等要求，但不影响光固化速度。和一般不透明的底漆不同，该产品是透明的。该涂料易于涂布、容易打磨并且使用安一，彩低能手持紫外光灯可在2分钏内固化，经处理和打磨后即可涂布面漆，整个修补过程快捷易行。
汽车面漆
汽车面漆最重要的作用是装饰，除了美丽的外观外，还同时要求抗光氧化、抗水解、抗划伤、抗酸雨和汽油、抗撞击、抗雷雨及曝晒等性能。现在在漆一般由两层涂料组成，下层（第一道）涂料加有各种颜料如彩色颜料，闪光颜料等（二道浆），上层涂料为清漆，它能赋予涂层高的光泽并满足面漆的各种要求，因此是至关重要的。光固化涂料难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无溶剂、快速固化、耐刻划、耐擦伤、高光泽、高硬度等固有的优点，但它的耐侯性不是很好，这是它较长时间难于被接受的原因。光固化清漆不仅械性能应达到或超过二罐装聚氨酯清漆，而且耐候性也要达到一定的要求。尽管可以通过添加光稳定剂等抗老化剂改善涂膜的耐侯性能，但是光稳定剂的加入会影响光固化速度，这是一个难以解决的问题，是阻碍光固化清漆在汽车上使用的关键问题之一。近年来通过选用合适的引发剂及紫外光吸收剂等防老化剂打开了用于汽车面漆的道路。
塑料部件涂料
汽车的部件很多已采用工程塑料或者聚合物基复合材料，他们不仅需要涂料改善其表面性质，光固化涂料在这方面具有十分突出的优势。光固化在这一方面的应用已有十余年的历史。
1、车灯灯罩：聚碳酸酯灯罩早已代替了玻璃灯罩，聚碳酸酯具有易加工成型、重量轻和柔性强不易破碎等优点，但它的表面强度不够，不耐刻划和刮擦而且耐候性差，易变黄，采用光固化涂料可以改善表面性质，因而得到了应用，不仅大大节约了涂装时间而且涂层有很好的光学耐擦性能，并可满足长期耐侯性要求。
2、反光镜：汽车反光镜也是用塑料制备的但它的表面必须有很高的反光性能。为了达到这一目的，塑料表面须经三次紫外照射处理。首先塑料要紫外照射使表面产生光化学反应增加表面张力，以利于光固化涂料的流平与附着，经过涂布光固化清漆固化后，塑料表面变得平坦而易于金属化，然后地真空沉积箱中完成金属沉积。在塑料表面金属化后还需要再涂布一层光固化涂料，它的作用是保扩金属反光层。
3、玻璃纤维增强复合材料部件：复合材料已大量应用于汽车的各种部件，为了保护表面及美观，要求使用涂料进行涂装。例如前述的示范赛车车身部分采用了电子束固化的复合材料，同时采用了光固化涂料予以修饰。在体积很大的部件上使用光固化涂料的一个关键问题是设计便于车身整体涂装的涂装固化室。
光固化粉末涂料
光固化粉末涂料综合了粉末涂料及光固化涂料的优点，它不仅可在金属上使用，也可用于塑料和木制品及其他对热敏感的部件，大大扩大了粉末涂料的使用范围，因此，它在汽车上使用潜力很大，受到重视。汽车上的框架、轮辋等都可用粉末涂料来取代原有涂料。汽车上的金属框架需承受石击、沾污、水泡等侵害，一般先要用电泳漆处理，但电泳漆颜色选择受限制而且通常有条纹等漆病，为了提高其装饰性，可以彩光固化粉末涂料进行弥补。两者的结合可以取得满意效果，粉末涂料可赋予极好的装饰性。由铝合金制造的车轮轮辋涂料对涂料有极高要求，传统的轮辋涂层一般由热固性粉末涂料作底漆，然后是闪光效果的中间层，最后是透明面漆。现在这三层涂料都可以用光固化涂料代替。
二、 纳米材料在汽车涂料中的应用
纳米面漆
汽车面漆是对汽车质量的直观评价，它不但决定着汽车的美观与否，而且直接影响着汽车的市场竞争力。所以汽车面漆除要求具有高装饰性外，还要求有优良的耐久性，包括抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀和抗划痕的性能。
纳米涂料可以满足上述要求。纳米颗粒分散在有机聚合物骨架中，作承受负载的填料，与骨架材料相互作用，有助于提高材料的韧性和其它机械性能。研究表明，将％的纳米级 O 2 粒子完全分散于树脂中，可提高其机械性能，尤其可使抗划痕性能大大提高，而且外观好，利于制造汽车面漆涂料；将改性纳米以质量分数3％加入聚氨酯清漆涂料中，可提高清漆涂料的光泽、流平性、柔韧性及涂层硬度等； 纳米氧气是一种抗紫外线辐射材料，加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料时很快形成网络结构，可同时增强涂料的强度、光洁度和抗老化性；以纳米高岭土作填料，制得的聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料不仅透明，而且吸收紫外线，同时也可提高热稳定性，适合于制造汽车面漆涂料。 干燥
另外，纳米材料还具有随角变色的效应，在汽车的装饰喷涂业中，作为后起之秀的随角变色效应颜料是纳米材料应用中最重要和最有发展前途的应用领域之一。例如将纳米 O2添加在汽车、轿车等金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而变幻莫测的色彩效果。纳米粉与闪光铝粉或云母珠光颜料并用于涂料体系时，能在涂层的光照区的侧光区反射蓝色乳光，从而增加金属面漆颜色的丰满度，产生独特的视觉效果。
纳米玻璃涂料
利用纳米粉体材料较强的紫外线反射特性，将纳米 O2粉体按一定比例加入到涂料中，可以有效地遮蔽紫外线，使乘员免受紫外线辐射。将其涂于车窗玻璃表面，在紫外线的作用下，还可以分解沉积在玻璃上
碰撞变色涂料
碰撞变色涂料是为了防止汽车碰撞留下隐患，在碰撞变色涂料内含有微型胶囊，胶囊中装有染料。涂有这种碰撞变色涂料的汽车，一旦外壳受到碰撞等强外力作用时，胶囊就会破裂，释放出染料，使受撞部位颜色立即改变或变成指定颜色，以提醒人们重视。
目前汽车外壳上的油漆，受撞时不会改变颜色，只是外观上略有变化，这样其内部创伤不易发现而会留下后患。使用碰撞变色涂料后，可根据变色情况对撞伤部位进行修复，消除隐患。
抗石击涂料
汽车车体最贴近地面的部分，经常受到各种溅起的碎石、瓦砾冲击，最好采用具有抗石击作用的防护涂料； 在汽车窗导槽等经常摩擦磨损部位，应该使用具有低摩擦系数的涂料。 在汽车涂料中添加纳米 O3、纳米O2等可提高涂层的表面强度，提高耐磨性，减少碎石、瓦砾的冲击损伤。
防静电涂料
由于静电的作用会引起诸多麻烦，因此汽车内饰件涂料及塑料部件用防静电涂料的开发和应用日益广泛。 用纳米材料如 的 O2、的O2和 的2O3与树脂复合可作为静电屏蔽涂层应用到汽车上。另外，利用纳米氧化物3O4、O2、O等也可制成多种颜色的防静电涂料。
除臭涂料
在新车中往往会有异味，它们来源于汽车内装饰材料中的树脂添加剂里所含的挥发性物质。另外，汽车内的香烟味、汗臭味被座椅、壁板等表面吸收后，留存于汽车内也很难清除。 纳米材料具有很强的抗菌消臭功能与吸附能力，因此利用某些纳米微粒作载体，吸附抗菌离子，制成脱臭涂料用于汽车内饰等表面可达到杀菌、抗菌的目的。纳米 O微粒具有优越的抗菌、消毒、除臭功能，因此把它作为功能助剂对天然纤维进行后整理，可以获得性能良好的抗菌纤维，用于汽车内饰纺织品、窗帘用纺织品等，能够吸收异味净化空气。
结束语
汽车涂料被认为是涂料最高水平的体现，光固化涂料有种种优点，要使光固化涂料进入汽车涂料行列，除了涂料本身要达到要求外，还需要有合适的涂装和固化设备。纳米材料具有相同成分的粗晶材料所不具有的优异或奇异性能，利用纳米材料特殊的抗紫外线、抗老化、高强度和韧性、良好的静电屏蔽效应、色泽变换效应及抗菌消臭等功能，可以开发和研制汽车涂料，具有广阔的应用和发展前景。
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