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宋华于泽淼（中国第一汽车股份有限公司技术中心）
摘要：本文介绍了聚脲涂料的发展历史及各代聚脲涂料的性能，根据汽车零部件涂层的性能要求，开发了新型环保聚脲涂料。重点介绍了新型环保聚脲涂料的性能，及在汽车零部件上应用的实例。
关键词：聚脲涂料汽车零部件涂层性能应用
0 引言
国家财税《、1、16》号文件、《重点区域大气污染防治“十二五”规划》及上海市《汽车制造业(涂装)大气污染物排放标准》的相继出台，促进了汽车涂料必须选择水性涂料或高固体分溶剂型涂料等低VOC含量涂料的步伐，以此来解决目前汽车行业的痛点。目前，水性涂料已是成熟技术，并在国内涂装线上相继应用，但水性涂料带来的一系列负面作用，如设备投资大、运行成本高、能耗高、管理严格等等，使业内人士很困惑。最近在一份行业参考资料《产业结构调整指导目录（版）》中写到：“高固体分涂料”作为一类环境友好、资源节约型涂料，将是依然含有溶剂的“溶剂型涂料”特列，并将成为溶剂型涂料企业未来发展的重点，这与欧美发达国家保持了一致，体现出了兼顾环保和实际需求的政策导向。因为高固体分溶剂型涂料的应用，即可以满足上述苛刻的环保法规的要求，又解决了水性涂料的负面作用。我们联合国内涂料厂家、树脂厂家，将世界上最先进的第三代聚脲技术进行二次创新，研发成功新型聚脲涂料，就属于溶剂型高固体分涂料范畴，并将其成功应用到汽车涂装生产线。本文是我们研究成果的总结，供同行参考、选用。
1 聚脲涂料简介
喷涂聚脲弹性体技术是早在20世纪（60～70）年代发明的，它实际上是一种喷涂聚氨酯弹性体（第一代聚脲技术），当时受没有合适的设备技术影响，该技术并没有大规模应用。80年代以后，随着撞击混合式高压喷涂设备的出现，喷涂聚氨酯（脲）弹性体技术开始发展，即行业内称为的第二代聚脲技术。但由于第一、二代聚脲产品反应速度快、瞬间固化，必需采用大型专用喷涂设备施工；另外漆膜外观差，漆膜一次喷涂太厚，层间附着力差，在我国从年开始在汽车行业应用，主要应用在卡车和皮卡车的车厢内表面、矿山拉煤车车箱内表面、消防车行李箱内部等。聚天门冬氨酸酯聚脲简称天冬聚脲，是近年来聚氨酯工业领域出现的一种新型脂肪族、慢反应、高性能环保涂料，被称为第三代聚脲涂料。它是一种全新的聚脲涂料，这种涂料在国外开发不足10年，应用不足4~5年。目前在欧美市场主要应用于重防腐、防水、耐磨地坪等高端领域。我们联合国内涂料厂家、树脂厂家，根据汽车零部件涂层的性能要求及特点，经过多次配方改进及试验研究，将第三代聚脲技术进行二次创新，研发成功新型聚脲涂料，其性能达到汽车零部件涂层标准要求，并在汽车生产线得到应用。
各代聚脲涂料与通用的聚氨酯涂料比较见表1。
表1新型聚脲与聚氨脂和传统聚脲性能的对比
新型聚脲
传统聚氨酯
传统聚脲
结构式缩写及特点
-NCO-NH
有1个活泼氢
-NCO-OH
含有羟基
-NCO-NH2
有2个活泼氢
发展历史
（2~3）年历史
-
第一代：20年历史
第二代：10年历史
环保
性能
施工固含（55~）%；VOC小于g/L，远低于消费征税标准，远远超过国际先进清洁化生产标准
不环保，通常施工固含（30~40）%
环保性能好，施工固含%
固化、反应速度
反应速度可调，在（20~）min内；低温（40~）℃固化
反应速度慢（4~6）h，固化温度（80~）℃，常温固化时间＞24h
反应速度极快，几秒至几十秒，瞬间固化
耐腐蚀和耐候性能
聚脲底漆耐盐雾0h以上，聚脲面漆人工老化h以上
耐腐蚀性能差，人工老化最高为0h
耐腐蚀性能优异，耐候性较差，人工老化＜h
膜厚及外观
一次喷涂，施工膜厚（30~50）μm，可调，外观可满足汽车漆要求
一次喷涂，施工膜厚（30~40）μm，外观可满足汽车漆要求
一次喷涂，施工膜厚
（0.6~2）mm，外观差，不能满足汽车漆要求
施工
方式
多种施工方式，采用通用喷涂设备，可摆脱专用设备限制
多种施工方式，采用通用喷涂设备
必须采用大型专用喷涂设备
应用领域
汽车涂装领域等
汽车涂装领域等
工业重防腐、防水、耐磨地坪等高端领域
2 新型环保聚脲涂料拟应用的汽车涂装领域，达到的技术及经济目标
根据汽车零部件、总成涂装的特点及性能要求，及目前汽车零部件、总成涂装存在的质量问题，主要针对以下汽车涂装领域，开发新型环保聚脲涂料：
2.1 针对具有耐候要求的汽车底盘件：如商用车车架等，通常的工艺是采用阴极电泳涂装，原采用通用的环氧电泳漆，工件露天存放三个月左右，涂层就严重失光、粉化，受到了用户的抱怨。目前采取的措施是：a将电泳涂料更换为耐候电泳涂料（环氧丙烯酸型），但效果不理想，即在提高涂层耐候性能的同时，牺牲了耐腐蚀性能，因为二者是矛盾的；b在车架电泳涂层表面或整体底盘件表面喷涂防锈蜡，存在蜡膜使用一段时间后，从涂层上脱落、蜡膜易粘灰、雨淋后蜡膜变白等质量问题。通过对标国外商用车及结合国内生产线的实际生产情况，建议采用以下技术方案：车架采用通用的环氧电泳漆进行电泳涂装，保证涂层的耐腐蚀性能优异；然后在车架电泳涂层表面或汽车底盘件采取整体喷漆，喷涂低温底面合一涂料，以提高涂层的耐候性能。所以，欲开发的底面合一聚脲涂料，低温烘烤（45℃~60℃X20~30min），不影响后续的装配工序；涂层具有一定的耐腐蚀性能、优异的耐候性能；与电泳涂层、粉末涂层及其它底涂层配套性良好，可以满足生产线要求。
2.2 针对耐腐蚀性能（耐盐雾h以上）要求较高、且不能高温烘烤（不能高于℃）的底盘件，如轿车钢制燃油箱等；另外针对电泳涂层表面有磕碰伤、打磨露金属等零部件，需要一种电泳修补漆。目前应用的双组份溶剂型修补漆，是环氧涂料，耐腐蚀性能差、施工固体分低、不环保、成本高。所以，欲开发一种低温烘干、耐腐蚀性能优异的聚脲底漆，同时要求与电泳涂层、面漆配套性良好。
2.3 针对装饰性要求不高的客车车身，目前应用的低温双组份溶剂型涂料，施工固体分低（40%左右），不环保、成本高。所以，欲开发一种聚脲低温面漆，性能满足客车涂层标准要求，环保、降成本。
针对以上汽车涂装领域的技术要求，开发的新型环保聚脲涂料，主要技术和经济目标为：
1）开发的新型环保聚脲涂料，可以采用通用的喷涂方法和设备进行施工；
2）底面合一聚脲涂料，烘干规范（45~60）℃X（20~30）min；聚脲底漆，烘干规范（60~）℃X30min；聚脲低温面漆，烘干规范（60~80）℃X30min；
3）聚脲涂料的施工固体分≥60%（红色面漆可≥55%）；
4）根据用途不同，漆膜具有优异的耐腐蚀性能和优异的耐候性能；
5）漆膜的其它性能满足企业标准要求；
6）经济指标：与目前应用涂料比较，节能(10~20)%，综合成本不提高。
3 设计的涂层结构及开发的关键技术
根据汽车不同的零部件及涂层标准要求，设计不同的树脂体系、不同的涂装工艺和漆膜厚度，见表2。
表2树脂体系、涂装工艺和漆膜厚度
底盘整体喷漆用聚脲底面合一涂料
商用车车架喷漆用聚脲底面合一涂料
底盘件涂装
或电泳修补用聚脲底漆
底盘件涂装用
高耐腐蚀要求的聚脲底漆
客车用低温聚脲面漆
主体树脂设计
聚脲+丙烯酸+特殊封闭剂
聚脲+丙烯酸
聚脲+环氧
聚脲+环氧
聚脲+丙烯酸
涂层配套体系
电泳、粉末、其它底漆+聚脲
电泳+聚脲
脱脂+聚脲
或电泳+聚脲+面漆
转化膜处理+聚脲
电泳+聚脲
聚脲涂层膜厚（um）
20~30
20~30
40~60
20~30（电泳修补）
40~60
30~40
烘干规范
45℃X20min
60℃X30min
（60~80）℃X30min
（80~）℃X30min
（60~80）℃X30min
主要性能
耐腐蚀：h
耐老化：h
耐腐蚀：h
耐老化：h
耐腐蚀：h
耐腐蚀:h
耐腐蚀：h
耐老化：1h
涂层特点
快速干燥、耐腐蚀、耐候性能良好
低温烘干，耐腐蚀、耐候性能良好
低温烘干，耐腐蚀性能良好
低温烘干，耐腐蚀性能优异
低温烘干，外观装饰性和耐候性能优异
综合成本
高于喷蜡
低于通用的溶剂型涂料
低于通用的溶剂型涂料
低于通用的溶剂型涂料
低于通用的溶剂型涂料
4 新型环保聚脲涂料的性能
一汽技术中心与国内涂料公司和树脂厂通过多次试验改进配方，联合开发出新型环保聚脲涂料，克服了第一、二代聚脲涂料的缺点，即新型环保聚脲涂料可以控制反应速度、采用普通设备喷涂，漆膜厚度根据性能要求控制。新型环保聚脲涂料的原漆性能及施工性能见表3，涂层性能见表4。
表3新型环保聚脲涂料的原漆性能及施工性能
项目
检测结果
检测方法
聚脲底漆
聚脲底面合一涂料
聚脲低温面漆
原漆固体分（%）
主剂：84.8，
固化剂：89
主剂：83.5，
固化剂：87
红色，主剂：60.4，固化剂：75；
白色，主剂：71.2，固化剂：75；
灰色，主剂：59.7，固化剂：75
GB/T
细度（mm）
30
25
红、白色：15；
灰色：30
GB/T
施工固体分（%）
80~81
60.6
红色：57.3
白色：64.3
灰色：60.5
GB/T
施工粘度（s）
24~25（23℃）
22~23（23℃）
19~22（23℃）
GB/T
施工配比
固化剂∶原漆：溶剂=（16~18）：：（10~14）
固化剂∶原漆：溶剂=18：：7
固化剂∶原漆：溶剂=（20~35）：：7
-
烘干规范
（60~）℃X30min
45℃X20min；（60~80）℃X30min
（60~80）℃X30min
-
凝胶时间（h）
1
1
1
-
表4新型环保聚脲涂料的漆膜性能
项目
检测结果
检测方法
聚脲底漆
聚脲底面合一涂料
聚脲低温面漆
颜色与外观
黑色，平整光滑、无漆膜弊病
黑色，平整光滑、无漆膜弊病
红、白、灰色，平整光滑、无漆膜弊病
目视
膜厚（μm）
45～56（23~27）
25~30
33~38（面漆层）
GB/T.2
桔皮
-
-
红色：L/S=7.6/15
白色：L/S=6.4/13
Q/CAM-64.12
冲击强度（N·cm）
GB/T
划格试验（级）
1
1
1
GB/T
光泽（60°）（GU）
30
85
92~93（红、白色）
10（灰色）
GB/T
铅笔硬度
2H
2H
HB
GB/T
柔韧性（mm）
1
1
1
GB/T
杯突（mm）
4.0
4.5
5.5
GB/T
耐酸性（h）
Rac2
Rac1
Rac1
Q/CAM-64.5
耐碱性（h）
Ral1
Ral1
Ral1
Q/CAM-64.6
耐湿性（h）
，漆膜无变化
，漆膜无变化
，漆膜无变化
GB/T
耐盐雾性（h）
（磷化处理）
（无磷化）
（单涂层）
＞8(+电泳)
h后，
划格试验：1级；
抗石击：4，C
GB/T
GB/T
Q/CAM-64.3
续表4
交变腐蚀试验(循环)
30（磷化处理）
20（无磷化）
20（单涂层）
＞30(+电泳)
-
Q/CAM-62.2
耐老化（h）
-
，失光率12.5%
1，失光率：3%（红色）、1.9%（白色）、8.9%（灰色）
GB/T
涂层配套性
与上涂层配套后：划格试验：1级；
抗石击：3，C
与电泳、粉末及其它涂层：
划格试验：1级；
抗石击：3，C
与底涂层配套后：划格试验：1级；
抗石击：4，C
GB/T
Q/CAM-64.3
5 新型环保聚脲涂料在汽车上的应用
5．1 在汽车底盘整体喷漆生产线上的应用
年12月在某公司汽车底盘整体喷漆生产线上应用了新型环保聚脲底面合一涂料，涂装工艺为：遮蔽-打麽-擦拭-喷漆-卸遮蔽-烘干。聚脲底面合一涂料施工参数：施工粘度（20~30）s（25℃，涂-4杯）；施工固体分60.6%；膜厚（25~30）μm；采用集中输调漆供漆方式，并配备精密配比系统，实现涂料主剂、固化剂精密配比，均匀分散。漆膜固化可实现45℃X20min表干，漆膜不粘手，不影响后续装配工序，这也是本生产线采用聚脲涂料的靓点。喷涂聚脲涂料后涂层达到性能：耐盐雾8h；耐老化h。该涂装线是国内第一条实现汽车底盘整体喷漆的生产线，提升了底盘件的防锈质量和耐候质量，提高了产品的竞争力，达到了国际领先水平。
5．2 在某轿车燃油箱总成外壁涂装上的应用
某轿车燃油箱总成底材为单面镀锌钢板（即燃油箱内壁为镀锌钢板、外壁为普通钢板），涂层标准要求耐腐蚀达到h。由于该燃油箱总成已预装橡胶件需和总成一起涂装，所选涂料的烘干温度不能超过℃。因此，不能采用通常的耐腐蚀性能优异的阴极电泳涂装和粉末涂装。选用了新型聚脲底漆，涂装工艺为：燃油箱外壁进行锌盐磷化处理（将油箱孔封住，避免前处理液体进入油箱内壁）→手工喷涂新型聚脲底漆→烘干(℃×30min)。聚脲底漆施工参数：施工粘度（22~24）s（23℃，涂-4杯）；施工固体分81%；聚脲涂料:固化剂:稀释剂=:16:14，膜厚（45~56）μm，涂层耐腐蚀性能及其它性能达到涂层标准要求。
5．3 在某客车车身蒙皮表面做为电泳修补漆应用
某客车车身目前的涂装工艺为：蒙皮（冷轧钢板）电泳、侧围骨架电泳，再与前后围骨架（带玻璃钢）焊接在一起。用砂轮打磨焊点，导致焊点周围的电泳涂层脱落、露出底材（图4），影响涂层防腐性能，因此需要喷涂修补涂料。修补涂料要求低温快干，耐腐蚀性能优异、与电泳漆、腻子和中涂具有良好的配套性。原采用环氧双组份修补涂料，存在漆膜干燥慢、耐腐蚀性能差的质量问题。采用新型聚脲底漆，涂装工艺为：砂轮打磨焊点→手工擦净→手工喷涂聚脲底漆→烘干。聚脲底漆施工参数：施工配比：聚脲底漆∶固化剂：稀释剂=∶18：10；施工固体分：80.5%；施工粘度：23s（23℃，涂-4杯）；烘干规范：80℃×30min。漆膜厚度为（23～30）μm，漆膜外观平整、光滑，无漆膜弊病（图5），与电泳漆、腻子和中涂具有良好配套性。
6 成本分析
采用新型环保聚脲涂料后，与目前应用的溶剂型涂料、防锈蜡比较，成本分析见表5。
表5成本分析
涂料消耗kg/辆
涂料价格（含税）元/kg
辆/元
底盘整体喷漆
防护蜡
-
-
80
聚脲底面合一涂料
2.3
50
材料成本
提高35元/辆
电泳修补
环氧底漆
2.0
76.92
.84
聚脲底漆
1.5
32
48
材料成本
降低.84元/辆
客车车身
极地白溶剂型面漆
0.6
67.69
40.
聚脲面漆
0.5
52
36
材料成本
降低4.元/辆
续表5
燃油箱外壁
溶剂型涂料
5.9元/m2
聚脲底漆
5.7元/m2
综合成本
降低0.2元/m2
7 结语
与国内涂料公司及树脂生产厂联合开发出的新型环保聚脲涂料，克服了第一、二代聚脲涂料存在的不足。新型环保聚脲涂料具有节能（固化温度低）、环保（施工固体分高）、施工工艺简单、漆膜兼并耐腐性能和耐候性能等优点，可以根据汽车零部件涂层性能的要求选择使用不同种类的聚脲涂料。尤其是汽车底盘整体喷漆应用聚脲底面合一涂料，全面提升了整车底盘件的耐候质量和耐腐蚀质量，建议推广应用。在环保政策日趋严格的环境下，高固体分溶剂型涂料的应用具有广阔的市场前景，而新型环保聚脲涂料在汽车上的应用，是一场汽车涂装的绿色革命。
8 下一步应开展的工作
1）针对聚脲涂料的凝胶时间建议提高到2h以上，方便生产线使用，涂料厂家和树脂厂正在调整配方，改进此项性能；
2）针对聚脲底漆耐酸性能稍差，建议改进；
3）针对低温聚脲面漆的自然曝晒性能还在进行，目前已接近一年，检测数据满足标准要求。两年实验结束后，再决定生产线上是否应用。
（详情见《现代涂料与涂装》-9）
现代涂料与涂装
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