汽車塑料件塗裝前處理的探討

    慧聰表面處理網訊：塑料製品因其價格低、質量輕、柔韌性好等明顯優勢，在汽車中的應用比例逐年上升。汽車外飾塑料件的塗裝在外觀及性能要求上也越來越高。塑料件有著自己的特點，表面極性小，與塗層的附著力差，如何做好塑料塗裝的前處理是整個塑料塗裝的關鍵。

    1.底材的脫脂處理

    1.1脫脂概述

    汽車用塑料件基本上為注塑成型，注塑模具內塗著了一層脫模劑，脫模劑一般為脂肪酸類的油脂，會部分殘留於塑料淺表層。塑料件脫脂即為了清除塑料件底材淺表層脫模劑以及運輸過程中的灰塵、汙物，為塗裝提供良好的表面狀態。

    1.2處理方法

    現有兩種常用脫脂方法:有機溶劑清洗和化學清洗。有機溶劑可採用對環境、人體危害小的異丙醇或酒精等，也有用苯系、酮類溶劑清洗的，施工方法一般採用人工擦洗、浸洗等，因其投資少，施工簡單，常見於一些規模小的塑料件塗裝線。化學溶液清洗採用化學脫脂液處理，優點是無VOC排放，安全性高，缺點為設備投資及運行成本高，常見於產能較大的自動流水線。

    1.3生產線介紹及控制要點

    塗裝一車間塑料件生產線產能為150000套/a汽車保險槓，採用漢高的2595酸性脫脂劑溶液對塑料底材表面進行噴淋清洗。脫脂不良會導致塗料縮孔，主要從以下幾個方面來保證脫脂效果:

    1.3.1保證脫脂時間和機械強度

    即確保噴淋的脫脂液和塑料件充分的接觸時間和壓力，定期檢查噴嘴的噴淋方向，監控噴淋壓力是否正常，必要時對噴淋壓力異常的噴嘴進行拆卸疏通和酸洗（醋酸浸泡）。對於底材上難以清洗徹底的位置，可採用5%～10%的2595溶液或50%酒精溶液人工預擦洗。

    1.3.2保證脫脂溫度和脫脂劑濃度

    2595主要成分為表面活性劑，通過乳化作用將脫模劑分散在水中，適宜的溫度和濃度能夠增加表面活性劑的活性，提高脫脂效果。為了保證槽液濃度的穩定性，本生產線採用計量泵連續補加脫脂劑，並通過化驗槽液的總酸來監控脫脂劑濃度。

    1.3.3保證後清洗效果

    殘留的脫脂劑會影響塗膜性能，存在質量風險。需通過純水的衝洗，保證清洗後的滴水電導率＜20μS/cm。因塑料表面不親水，不利於徹底洗淨塑料表面，本生產線在第一道純水洗中加入0.5%的漢高AID-100塑料表面調整劑進行衝洗，這樣可以顯著改善塑料表面狀態，使水膜能夠均勻分布於基材表面，不但增強了清洗效果，同時也提高了塗膜對塑料表面的潤溼性和附著力。

    1.3.4脫脂後質量檢驗

    (1)觀察接觸角，在處理後的塑料表面滴上水滴，觀察接觸角，越小表明處理結果越好。

    （2）用達因筆檢測表面張力，一般要求在35×10-5N以上為好。

    （3）水浸潤法就是將處理好的塑料件浸入水中取出，觀察水膜的連續性、完整性以及破壞時間進行衡量。圖1為該生產線前處理的流程示意圖。

圖1前處理流程示意圖

    2.改善塑料底材表面狀態

    塑料件底材和金屬底材相比存在兩項弱點:(a)塑料的表面極性低，表面張力小於金屬，塗料對其潤溼性差，特別是結晶度高的PP、PE、PBT等材料，通常表面張力只有30×10-5～34×10-5N（一般達40×10-5N才能獲得很好的附著性），若不進行表面處理，塗料很難附著在上面;(b)塑料件是絕緣體，易帶靜電，容易吸附纖維、粉塵。不同塑料材質因其介電常數不同，易帶不同電荷，比如PP、PE介電常數小，極易帶負電荷，而PET、PA極易帶正電荷。

    2.1提高底材與塗膜之間的附著力

    針對PP、PE、PBT等表面極性低、表面張力小的塑料底材，一般採用以下幾種方法加以改善:

    2.1.1對塑料表層分子進行極性化處理

    如火焰處理、鉻酸溶液氧化處理、等離子處理等，使塑料件表層分子帶上「—CO」、「—COOH」等極性基團，顯著增強塑料表面極性，增加表面張力，從而提高塗料的展布性。

圖2火焰處理的氧化火焰

    (1)火焰處理(見圖2)。是採用高溫富氧火焰對塑料件表面進行高溫處理，通過對表面分子的加氧處理，提高塑料表面分子極性，增大表面張力。同時高溫氧化火焰還可以起到破壞分解表面的脫模劑和油汙的作用。一般採用乙炔氣體作為燃料，火焰中心溫度高達2000～3000℃，目前火焰處理比較常見於一些規模較大的生產線，採用機器人施工。

    (2)鉻酸處理是採用重鉻酸鉀和硫酸的混合溶液對塑料表面進行處理，因六價鉻可以將PP底材表面的甲基氧化為羧基，效果明顯，但PE則不適用於該方法。因六價鉻的局限性很少應用，可以用高錳酸鉀代替重鉻酸鉀進行擦拭或浸泡。

    (3)等離子體處理法也稱為電處理法，該法主要利用輝光放電等方式對塑料表面進行放電處理，利用等離子體所具有的高能量和高反應活性的自由基、離子、紫外線等，引發塑料表面分子發生氧化、降解、聚合等反應，從而引入極性基團來增強塗膜對塑料表面附著力。該法具有處理時間短、效果好的突出特點，但設備投資較大。

    2.1.2塗著底漆處理

    ABS、PC塑料的極性較大，可直接塗著面漆;PS、HIPS等塑料對溶劑敏感，容易被溶劑侵蝕，且耐溫性較差，一般選擇常溫自幹的熱塑性丙烯酸塗料、改性丙烯酸塗料或硝基塗料等，並小心選擇配套稀釋劑;對於非極性的聚烯烴PP、PE，塗料在其表面難以潤溼和附著，且耐溶劑性很強，難度最大，比較實際的辦法是加塗一層薄層底漆（過渡層），一般此類底漆中溶解一部分氯化烯烴（CPO）。因CPO為烯烴類溶劑，因相似相溶，能很好地浸潤PP底材，以增加塗料的附著力。本生產線目前採用的是PPG產品代號為A11-4607103GA的雙組分底漆，為了能夠滿足對底漆缺陷進行打磨的要求，需在75℃的烘乾爐中烘30min。為了降低成本，取消底漆烘乾工序，考慮切換成免烘烤型的，前不久試裝了代號為XL-SPR60624XP單組分聚氨酯底漆，適於PP底材，可以在常溫下10min乾燥成膜，無需烘乾即可打磨，效果較好。目前本生產線生產的塑料件材質主要有PP、PP+EPDM+T20、ABS和ABS+PC幾類，因沒有採用上述表面處理工序，為了解決PP材料的塗料附著力差問題，我們在底漆噴塗前採用底漆稀釋劑擦拭脫脂後的PP工件表面，使底漆溶劑能夠儘量浸潤塑料表層，增強底漆與PP底材的附著力。經附著力試驗檢測，該方法能有效增強底漆的附著力（見試驗部分）。該方法無設備投資和運行費用，施工方便，考慮到對施工人員有一定危害，最好在噴漆室內操作，也可以採用噴槍在塑料件表面噴上一道底漆稀釋劑，施工人員需做好防護。

圖3塑料塗層示意圖

    2.2去靜電處理

    對於消除靜電的方法一般採用吹離子風。離子風主要由高壓離子發生器和壓縮空氣組成，也有用風機的離子風中有正負離子，利用異種電荷相吸的原理中和了塑料件的靜電。

    3.驗證試驗

    3.1酸性脫脂效果驗證試驗

    準備10塊未脫脂的8cm×20cmPP底材試驗板，每組兩塊試驗板，試驗步驟為:

    （1）板1都不作脫脂，直接噴塗PPG2K底漆，進入烘乾室烘乾;（2）板2用脫脂槽液擦洗，並用純水清洗乾淨後噴塗PPG2K底漆，進入烘乾室烘乾;（3）觀察烘乾好的試驗板，並用1mm的劃格器進行劃格試驗，觀察附著力等級。

    分為5組做脫脂效果對比試驗，試驗結果如表1。

表1脫脂效果試驗

    3.2底漆稀釋劑增強PP底材附著力驗證試驗

    同樣準備10塊8cm×20cm的PP底材試驗板，經過脫脂槽液擦洗後吹乾，每組兩塊試驗板，試驗步驟為:

    （1）板1不用底漆稀料擦拭，直接噴塗PPG2K底漆，進入烘乾室烘乾;（2）板2用底漆稀釋劑擦拭，吹乾後噴塗PPG2K底漆，進入烘乾室烘乾;（3）將烘乾的試驗板分別做劃格試驗，觀察附著力等級。分為5組做脫脂效果對比試驗，試驗結果如表2。

表2附著力試驗

    由上面試驗結果可見在底漆噴塗前進行底漆稀釋劑擦拭能夠有效提高底漆和底材之間的附著力。

    4.結語

    作為塗裝生產線的技術人員，對於塑料塗裝的前處理要注意兩點:(1)塑料表面的塗裝關鍵是保證附著力，應嚴格控制塑料製件塗裝前的表面處理及施工環境，保證塗裝質量。(2)在使用新型塑料材料的同時，要關注提高其表面張力和極性，必要時更改前處理工藝和底漆品種。

責任編輯：張雪