汽车减震器悬挂弹簧用粉末涂料的研制

彭浩民，吴鹏洲，李光，叶永权

（广州擎天材料科技有限公司，广州 510860）

引言

随着我国生活水平提高，对汽车产品质量要求也越来越高，对汽车配件的质量要求也越来越高。其中，汽车减震器（汽车减震器示意图如图1所示）中使用了不同规格的弹簧，为了可以保证它的机械性能，需要进行涂料的涂装。目前大部分涂装是使用溶剂型涂料，少部分使用水性涂料和粉末涂料。但是溶剂性涂料在使用过程中溶剂会挥发，不仅会造成环境污染，同时对涂装操作人员的身体健康造成一定的危害。另外由于水性涂料结构的特殊性，在防腐和耐水性能方面不如溶剂性涂料。而粉末涂料使用过程无溶剂挥发，不会对环境和人体造成危害，同时使用过程可以回收利用[1]。另外粉末涂料可以通过一道工序就可以达到所需要的涂膜厚度，在机械性能和耐腐蚀性也可以达到要求，所以粉末涂料是涂装汽车零配件的最理想的涂料品种[2]。

本研究通过对比不同反应体系和对树脂及促进剂的筛选，确定了合适的配方，研制出一种减震器悬挂弹簧用粉末涂料，其机械性能和耐腐蚀性满足减震器悬挂弹簧涂装喷涂要求。

1 实验部分

1.1 原材料

羧基聚酯树脂(A、B、C、D、E)：市售；双酚A型环氧树脂（a、b、c）：市售；酚类固化剂（1、2）：市售；粉末涂料通用助剂（流平剂、安息香、蜡粉、促进剂、光亮剂）：工业级，进口。

1.2 实验仪器

Φ30型双螺杆挤出机：SLJ-30，东辉；DFY-500万能中药粉碎机：温岭市林大机械；ACM-02型磨粉系统：烟台东源化工设备有限公司；SURE COAT小型静电喷涂设备、诺信静电喷枪、GPH-30高温烘箱：爱斯佩克环境仪器（上海）有限公司；DSC差示扫描量热仪：上海和晟仪器科技有限公司。

1.3 粉末涂料及涂层制备

按预设配方称取各原料，用万能中药粉碎机预混合后使用双螺杆挤出机在设定温度范围内熔融挤出，挤出片料经过冷却粉碎、过筛、静电喷涂、热固化成膜，最后测试涂膜性能。

1.4 性能测试

按GB/T 1732-1993测定涂膜的冲击性，将1 kg重物从50 cm高度落下，涂膜无破坏，视为通过；用目测方法判定涂膜的外观；按GB/T 1771-2007测定耐中性盐雾试验；按GB/T 1731-1993测定涂膜柔韧性；按GB/T 9286-1998测定涂膜的附着力；按GMW 14700-B测定涂膜耐碎石冲击性；按GB/T 9274 -1988测定耐油性、耐碱性和耐酸性。

2 结果与讨论

2.1 成膜体系对机械性能及耐腐蚀性能的影响

减震器悬挂弹簧用粉末涂料对机械性能和耐腐蚀性能要求比较高，所以本研究选取了纯环氧型体系和环氧/聚酯混合型体系进行研究。本实验对比两种反应体系的机械性能和耐腐蚀性能，结果如表1所示。

从表1可以看出，两种体系的耐腐蚀性能均满足弹簧粉喷涂所需的要求，但纯环氧体系相对于环氧/聚酯混合型体系机械性能较差，故本研究主要选择聚酯/环氧混合树脂基体作为成膜体系，进行优化研究。

2.2 混合型树脂筛选

本研究研制的混合型粉末涂料的成膜体系由聚酯树脂和环氧树脂组成，聚酯/环氧质量组成比设定为50/50、60/40和70/30。为获得满足弹簧粉喷涂要求的树脂体系，本研究选择不同的聚酯树脂和环氧树脂为树脂，选用3种混合树脂与相关助剂制备的粉末涂料性能结果见表2。

图1 汽车减震器示意图

表1 两种反应体系在不同固化温度下的性能结果

可见，聚酯/环氧质量组成比为50/50和60/40制备的粉末涂料外观良好但是韧性不及70/30型；聚酯/环氧质量组成比为70/30的粉末涂料保证涂层外观良好的同时，其它性能如耐冲击性能和耐腐蚀性能均满足弹簧粉喷涂所需的要求。故本研究选择聚酯/环氧质量组成比为70/30的混合型树脂。

对于聚酯/环氧混合树脂，不同的聚酯和环氧制备的涂料呈现不同的性能。从以上研究得出，采用聚酯/环氧质量组成比为70/30，环氧树脂a和聚酯树脂C为混合树脂，可获得良好的机械性能。

根据减震器悬挂弹簧在固化方式、外观、机械性能以及防腐蚀性能等方面的要求，选取国内外不同厂家生产环氧树脂和聚酯树脂进一步进行对比试验，结果见表3和表4。图2为不同环氧树脂制备的粉末涂料涂层机械性能和附着力。

表2 不同混合聚酯树脂制备的粉末涂料涂层性能

表3 不同环氧树脂制备的粉末涂料涂层性能

图2 不同环氧树脂制备的粉末涂料涂层机械性能和附着力

表4 不同聚酯树脂制备的粉末涂料涂层性能

从表3和表4试验结果可以看出环氧树脂的环氧当

量在700～750 g/eq、软化点区间在90～98 ℃、平均分子量分布范围较窄；而聚酯树脂黏度范围在5 500～6 500 MPa·s、Tg在58～60 ℃时，所得到的产品在外观、物化性能（耐冲击性能、柔韧性、附着力、耐盐雾腐蚀）上优异，同时具有较好的抗结团性能，从而有利于生产和运输[3]。通过以上系列细化对比试验研究，选用环氧树脂c和聚酯树脂C来生产弹簧粉，既满足了弹簧粉在外观流平及其它性能方面的要求，又可提高产品在贮存运输过程中的抗结团性能。

2.3 促进剂种类和用量对弹簧粉性能的影响

为了适应目前减震器悬挂弹簧生产工艺，需要在低温进行烘烤，除了使用低温树脂之外，需要加入一定量的促进剂，从而可以使固化可以充分完全，保证机械性能和防腐蚀性能可以达到涂装喷涂的要求。

以70/30型（聚酯树脂C/环氧树脂c）混合型体系为主体，按照填料含量（35 %）设计配方，对不同种类促进剂及不同用量进行研究，结果见表5和表6。

由表5可以看出，咪唑类、胺类等促进剂会对流平造成影响，并且冲击强度较差，耐腐蚀性不良；而端羧基聚酯化合物类潜伏性促进剂能够平缓的促进固化，在基本不降低流平性能的前提下提高致密度[4]。

由表6可以看出，潜伏性促进剂的用量也会影响涂层的外观和性能。当潜伏剂用量过少时，涂层固化程度不够，耐冲击性能变差。而潜伏剂用量过多，则会影响涂层的外观同时粉体的抗结团性变差，所以潜伏剂用量为3 ‰～1 %较为合适。

表5 不同促进剂制备粉末涂料涂层的性能

表6 不同添加量潜伏性促进剂制备粉末涂料涂层的性能

表7 产品水平与汽车减震器弹簧涂装技术要求对比

2.4 技术要求与目前产品水平

通过对树脂体系、树脂种类及促进剂进行研究，已研制出一种符合汽车减震器悬挂弹簧涂装喷涂要求的粉末涂料，产品水平与汽车减震器弹簧涂装技术要求见表7。

3 结语

本研究根据汽车减震器悬挂弹簧涂装的喷涂要求，对树脂体系、树脂种类及促进剂进行研究，研制出一种适合汽车减震器悬挂弹簧用的粉末涂料并且确定了较优的配方：使用环氧/聚酯混合型体系，质量比为30/70；选择环氧当量在700～750 g/eq、软化点区间在90～98 ℃的环氧树脂和黏度范围在5 500～6 500 MPa·s、Tg在58～60 ℃的聚酯树脂；添加3 ‰～1 %潜伏性促进剂。