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应用技术

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当今汽车工业中的粉末涂料涂装

张孝华

[摘要]粉末涂料的优越性能已被各工业界所接受，是我国重点发展和推广的涂料品种之一。国外粉末涂料在汽车工业上的应用已趋普及，但我国尚处于起步阶段。本文通过材料，制粉和涂装等几个方面来论述粉末涂料在汽车工业上的应用前景，说明汽车工业是今后几年粉末涂料的潜在市场。

[关键词]粉末涂料  汽车工业  固化速度  涂装技术

现今的粉末涂料涂装已能带来高质量的表面处理，不用进行底涂，就能与金属零件形成很强的结合力，同时粉末涂装具有很优良的耐腐，耐热，耐冲击和耐磨性，颜色的选择范围也非常宽，光泽高的，光泽低的，金属色的或是透明的涂层都有。质地从光滑表面到皱折或粗糙的涂层都可以任意选择，涂膜的厚度也可变化以适合不同的要求，这些粉末涂料的性能表现了当今粉末涂料的成熟程度。

1989年美国粉末涂料最终使用市场的分块图中表明汽车工业的粉末消耗量占20%。预测汽车工业的粉末涂料消耗将以每年11%的速度在增长。

汽车工业是使用涂料的“大户”，在很长的时间内汽车组装厂采用的是液体型涂料，在汽车组装厂内采用粉末涂料涂装仍然是一个未解决的问题，虽然过去的几年已有了很大的进步，但仍没有达到大规模使用粉末涂料的程度。

1990年美国的空气净化法规定修正条文确立了美国在本世纪最后十年的环境保护标准，该法规给粉末涂料在汽车工业中的扩大应用带来了新的机遇。

汽车对涂层的要求高，不但要求有好的物理和化学性能，还要求外观平整、光滑、具有高光泽，对于轿车更是要求“光亮如镜”，粉末涂料只有很好的物理和化学性能，但涂层的外观与溶剂型涂料相比，总还存在着差异，所以至今轿车的外壳还没有大量使用粉末涂料涂装。近几年国外为将粉末涂料用于汽车涂装做了大量的努力和研究工作，在树脂的合成粉末的制造和涂装技术上均有了很大的进步。

树脂的合成方面：正在研究在阳光下抗老化和抗退色的新型环氧树脂，以及改进丙烯酸和聚酯树脂系统的涂层表面的光滑程度。

粉末制造方面：完善树脂和固化剂的设计，目前的研究方向集中在降低粉末涂料的成本，低温固化粉末和良好的室外耐用粉末。

涂装方面：国外的喷枪采用三级进风装置，可保持带电针上始终不沾粉末，使粉末颗粒有最佳的带电效果。瑞士金马公司研究出在喷枪内设有“限景”装置，它可使粉末带电和空气电离区域的角度缩小，更有利于控制带电粉末涂料在工件上。

美国BGK公司将太空技术的“高红外”加热技术引用到粉末涂料涂装上来，将“高红外”（0.9-1.2微米波长)的能量来辐射,使金属先发热,然后用金属底板的热量来固化涂装粉末,在9秒钟的时间内固化了喷在1 毫米钢板上涂装的环氧/聚酯粉末，而一般的热风循环或远红外设备需要18分钟才能固化。固化速度提高了120倍。“高红外”加热技术的应用可以使生产效率大大提高，可以减少烘道长度，节约投资，更重要的是涂层表面平整光亮度提高，因为“高红外”的应用、热量是从工件里面固化出来，可以把“气体”赶到表面上，减少“针孔”加强粉末的流平性。使粉末涂层的平整度和光泽可以和液体涂料相比毫不逊色。

目前粉末涂料在汽车工业中的应用，多用于汽车发动机、车底盘，车轮，滤清器、操纵杆、反光镜、雨刮器和喇叭等零部件的涂装，但基本上都是黑色的，只有一部分是透明涂层。在国外透明粉末涂层已应用到轿车车身的罩光涂层和车辆的罩光涂层。

我国的汽车工业正在蓬勃发展，但汽车涂装中粉末涂料的应用还不多，这里面存在着粉末涂料的品种、质量、技术上的一些制约的因素，我国粉末涂料的品种结构不利于汽车的涂装，汽车的涂装对耐候性要求同，而我国的粉末涂料产品结构中占多数的是环氧/聚酯型混合粉末和环氧型粉末，适用于室外的改进型环氧粉末、聚氨酯粉末、TGIC聚酯粉末，丙烯酸粉末的产品并不多，而且在质量上还有不少问题。但在美国适用于室外的粉末产量占产量的一半以上，显然我国的粉末涂料品种结构与发达的西方国家相比存在着较大的差距，另外在喷涂设备和烘烤设备方面也存在着质量和规模上的差距。粉末涂料在汽车工业上的应用比起家电行业来说有很大的差别。

本公司是生产汽车喇叭和雨刮器的专业工厂，我们积极努力把粉末涂料应用在我们的产品上，过去喇叭外表是喷漆，现改为喷涂粉末涂料，大大提高了喇叭的抗腐蚀能力，雨刮器露在车外的部件，对抗腐蚀性能要求高，过去采用不锈钢制造，现在采用了粉末涂料涂层，可以将原来的不锈钢材料改为普通碳钢，而且还使雨刮器的光泽降低，工艺的改革，既降低了成本，又提高了性能。

汽车的零部件已经可以用粉末涂料代替液体涂料，汽车组装厂也在逐步扩大粉末的应用范围，在汽车工业中使用粉末涂料进行涂装，在提高涂层的性能方面的优越性已经得到证实，粉末涂料的富有生命力的应用也已得到确认，新技术的开发和应用工作正在进行，粉末涂料在汽车工业中的应用将会有更大的进步。

国内、外纳米钛白粉（纳米二氧化钛）的应用研究

     纳米钛白粉（纳米二氧化钛）自20世纪80年代问世以来，因其颗粒细小、比表面积大而具有常规材料所不具备的特殊效应，如量子效应、隧道效应、独特的颜色效应，以及光催化作用及紫外屏蔽等功能，在功能性涂料、汽车、化妆品、卫生保健、废水处理、环保等方面显示出广阔的应用前景，应用研究及其活跃。

    当前，将纳米钛白粉作为光催化剂的应用研究很活跃，在光催化处理有机废水、大气中的有机污染物研究中，现已发现纳米二氧化钛作为光催化剂可以处理卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、酚类、硝基芳烃、取代苯胺等以及空气中诸如甲醇、丙酮等有害污染物。日本已在高速公路两侧、隧道内设置了涂复纳米二氧化钛的光催化板，用于除去氮氧化物来防治汽车尾气。纳米钛白粉的光催化作用还能杀菌，如纳米二氧化钛对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等有强杀菌力，可将其用于医院手术台和墙壁、浴缸、瓷砖及卫生间等地方。另外，纳米钛白粉还能使癌细胞失活，为治疗恶性肿瘤提供了一条捷径。

    近年来，纳米钛白粉由于其光稳定性、’无毒而成为光电太阳能转换电最普遍使用的材料，具有量子尺寸CdS对多孔多晶纳米二氧化钛电极的敏化作用，在单色光照射下，光电转率达6％；经三双吡啶钌敏化的纳米二氧化钛PEC电池，在模拟太阳下，光电转换效率可达12％，光电流密度大于12A／cm2。1997年和1998年，我国已有研究人员完成了导电高聚物与纳米二氧化钛的复合，材料能卓越。   

    此外，纳米钛白粉具有的优异紫从线屏蔽作用、透明性以及无毒等特点，使其成为防晒霜类护肤产品的理想添加材料；在色母粒中具有良好的分散性，因而采用纳米钛白粉制备的塑料包装材料透明性很高；因其具有的防紫外线性能及无毒性，可用作天然和人造纤维的良好紫外线屏蔽剂。同时，纳米钛白粉还可用作树脂油墨着色剂、硅橡胶补强剂、固体润滑剂的添加剂、高效光敏催化剂、吸附剂等。在国外，纳米钛白粉在防晒化妆品、高级轿车金属面漆、电子工业、复印机行业、高压绝缘材料、集成电路基板、荧光管等方面已有广泛应用。

    目前，纳米钛白粉的制备方法大致可分为两类，即气相法和液相法。其中气相法包括气相氧化法和气相水解法。气相氧化法是将高纯度的四氯化钛高温下氧化，生成非常光亮的纳米二氧化钛，它适合大规模生产，但副产物的腐蚀性强，投资大，设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，研究开发难度大；气相水解法是将高纯度的四氯化钛在氢焰中进行高温水解而制得纳米二氧化钛，它具有产品纯度高，工艺复杂和投资大的特点。

    液相法包括均匀沉淀法、萃取法、溶胶一凝胶法等。均匀沉淀法以硫酸法制备钛白粉工艺的中间产物一一钛液为原料，外加金红石型二氧化钛晶种为促进剂，以十二烷基磺酸钠为表面活性剂，尿素为沉淀剂，制备出纳米金红石型二氧化钛粒子；萃取法也以硫酸法钛白生产过程的中间产品一一钛液为原料，采用萃取法将二氧化钛转为有机物溶胶，再将

此溶胶蒸馏制成纳米钛白粉体；溶胶一凝胶法一般以钛醇盐及无水乙醇为原料，加入少量水及不同的酸或有机聚合添加剂，经搅拌、陈化制成稳定的涂膜溶胶，再利用溶胶将二氧化钛附着在各种载体上。总的来讲，液相法较易控制纳米钛白的粒径，但生产周期长，产量低。

    由于纳米二氧化钛粉末的强极性，在极性介质中易于凝聚，从而影响其优异性能的发挥。因此，在实际应用中，必须对纳米二氧化钛粉末进行表面处理，这也是纳米钛白粉工业化生产中必不可少的关键步骤，并直接影响产品的应用范围。目前的处理措施是在其表面包覆一层无机物或有机物膜以避免粉末粒子的团聚，今后的研究重点在于选择合适的修饰剂，在通常条件下表面包覆的实现以及化学原理的理论研究等方面。

    不断揭示新的特性。纳米技术是未来全球科技发展能九大关键技术之一，与其他纳米材料一样，纳米钛白粉由于其单个粒子的尺寸极小，比表面能大，粒子极易团聚．因此纳米钛白粉的分散性问题依然是未来相当一段时间内急待解决的技术核心，这也是纳米钛白粉研究的关键技术之一。另外纳米钛白粉在环保、塑料、涂料等相关领域中的应用技术的开发同样具有重大意义。相信随着人们对纳米钛白粉特殊性能及应用领域的不断展示，它必将显示出越来越广泛的发展前景。

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