汽车漆面保护膜的开发与应用

贲晓燕，刘 凡，王晨鑫

(江苏航天山由科技有限公司，江苏 常州 213149)

汽车漆面保护膜是一种高性能新型环保薄膜，行业里也称为隐形车衣，汽车漆面保护膜具有高光泽度、划痕修复、耐污性强、耐黄变等特性，不仅可以提高原有漆面的亮度，省去美容护理的费用，而且对经常碰到的刮擦、金属等硬物刮擦、漆面老化等起到很好的保护作用。在城市拥挤的交通环境下，车漆刮蹭划伤比较常见，后补的非原厂漆会存在色差、易脱落等问题。另外在雾霾、酸雨等环境下，车辆漆面易受到破坏。因此，对汽车漆面的保护显得尤为重要。常规的漆面养护包括打蜡、封釉，高端漆面保养包括镀膜、镀晶等，然而这些只能保持汽车漆面亮度，无法抵挡漆面划伤和破坏等。漆面保护膜作为一款具备有效的漆面保护功能的产品，将会有巨大的市场应用前景。

1 汽车漆面保护膜结构

参照QC/T1171-2022《汽车汽车漆面保护膜》，对汽车车漆及零部件外层漆面有一定程度的保护作用和(或)装饰作用的膜层，汽车漆面保护膜通常含有胶粘层、基膜和表面涂层三层功能层、涂层保护膜和离型膜两层PET膜层。

2 汽车漆面保护膜的制备

2.1 原材料筛选

2.1.1 基材

市面上常见汽车漆面保护膜材质为TPU 材质。TPU(Thermoplastic polyurethanes)名称为热塑性聚氨酯弹性体，它耐磨性高，机械强度高，玻璃态转变温度比较低，在零下35 ℃仍保持良好的弹性、柔顺性，再生利用性好；TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出，耐寒性突出。TPU按其结构可分为聚酯型、聚醚型和聚己内酯型，我们对不同结构的TPU 进行了超级氙灯照射5 000 h测试(相当于室外33年)，测试后试样的拉伸强度对比见图1，发现聚己内酯型的性能综合了聚酯型和聚醚型的优点，综合性能最好；因此，可选择聚己内酯型的TPU基材进行汽车漆面保护膜的开发应用。

图1 聚己内酯、聚酯和聚醚拉伸强度对比图

2.1.2 自修复材料

本产品开发中分别采用A涂层、B固化剂和C涂层、D固化剂进行防污自修复功能的测试实验，不同材料在不同固化工艺条件下自修复材料性能测试结果如表1所示。

表1 涂层+固化剂自修复材料性能测试

由表1可见，A涂层+B固化剂在110 ℃×3 min条件下的自修复功能测试结果最优，在此条件下再对不同的涂层厚度进行实验，来考察合适的涂层厚度，实验结果如表2所示。

表2 不同厚度的测试结果

从表2中可以看出，涂布厚度为6 μm时，自修复时间长且深划痕难修复，涂布厚度为8 μm和10 μm时，自修复时间短且修复效明显，因此，确认涂层的涂布厚度为8 μm。

2.1.3 胶黏剂

本产品开发中分别采用A1和C1胶黏剂和其对应的B1和D1固化剂分别在120 ℃×3 min、120 ℃×5 min条件下进行固化测试，测试结果如表3所示。

表3 固化测试结果

由表3可见，A1胶黏剂和B1固化剂在120 ℃×3 min固化后涂层表观较好。

2.2 生产工艺对产品性能的影响

2.2.1 开机速度对安装胶层的影响

不同的开机速度影响着产品的涂布表观和固化性能，分别在12 m/min，15 m/min速度下进行了上机实验，实验过程及结果如表4所示。

表4 不同开机速度下的影响

从表4中可以看出，在15 m/min的速度下产品有轻微胶纹，而且Voc含量偏高，会造成产品后期表观出现胶层起点、味道重等不良变化，而在12 m/min的情况下Voc达标，产品表观也良好。

2.2.2 张力影响

因TPU材质较软，张力对产品的复合和收卷状态影响较大，在进行涂层涂布时分别对放卷张力和复合、收卷张力等进行了调节，考察不同张力状态下产品的生产和收卷状态。

从表5中可以看出，复合张力和2号放卷张力大小对产品收卷状态影响较大；收卷张力则直接影响产品收卷，在收卷张力较小的情况，会造成产品卷内较松，受外部挤压起皱。1号放卷张力偏大则对产品涂布表观有一定影响。

表5 不同张力下的实验结果

2.2.3 固化温度对在自修复涂层的影响

温度对涂布工艺来讲尤其重要，胶层的固化效果受温度影响。本次试验分别对不同温度下涂层的固化情况进行了试验。

从表6中可以看出，不同的温度对产品的涂层气味和性能影响较大，其中在100～120 ℃的条件下产品的性能最佳。

表6 不同温度下的实验结果

综上所述，汽车漆面保护膜选择张力选编号2、机速为12 m/min和固化温度在100～120 ℃的情况下生产的样品性能最佳。

3 汽车漆面保护膜性能测试

3.1 外观质量

参照QC/T1171-2022《汽车汽车漆面保护膜》，在满足检测条件的良好光线下，通过人眼观察判断整个膜面质量状况，被检查的膜面应处于静止状态。外观质量指标见表7。

表7 外观质量指标

3.2 耐污性(水接触角)

汽车漆面保护膜有优异的抗污能力，这主要是因为自修复涂层技术可分为疏水涂层技术和亲水涂层技术，一般以水接触角90°为界限来区别，亲水涂层可以在外贴膜表面形成水膜，而疏水涂层可以在外贴膜表面形成水滴，普通漆面和汽车漆面保护膜涂层的水接触角分别是77.77°和93.89°，测试结果如图2、图3所示。

图2 普通漆面的接触角

图3 汽车漆面保护膜涂层的接触角

从图2、图3分析，汽车漆面保护膜的水接触角明显增大，属于疏水涂层，自清洁效果明显，吸附在汽车漆面保护膜表层的灰尘、杂质、脏污等会在雨天随雨水被带走，这样汽车漆面保护膜在使用过程中就可大大减少汽车漆面清洗频次，从而持久保护原漆不氧化，不破损。

3.3 自修复性能

自修复涂层性能是衡量汽车漆面保护膜比较重要的性能之一，合格的汽车漆面保护膜需要具备增亮、划痕自修复、抗污防油、耐腐蚀黄变等功能，相关测试结果如表8所示。

表8 产品性能测试汇总表

由表8可知，汽车漆面保护膜确实具备增亮漆面、划痕自修复、抗污防油、耐穿刺、耐腐蚀等功能。

3.4 抗碎石冲击性能

根据QC/T 1171-2022《汽车汽车漆面保护膜》，采用抗碎石试验装置，模拟水洗路面用碎石测试，测试结果见表9。

表9 抗碎石冲击检测结果

由表9可知，汽车漆面保护膜可以在汽车行驶过程中抵抗碎石碰撞摩擦带来的磨损，保护漆面。

3.5 耐湿热老化性能

根据QC/T 1171-2022《汽车汽车漆面保护膜》、GB/T 9754-2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》和GB/T 2790-1995《胶粘剂180°剥离强度试验方法 挠性材料对刚性材料》，采用环境试验箱，在试验过程中可保持温度(80±2) ℃恒定，相对湿度85%±2%恒定。取3块粘贴于镜面钢板上的试样，进行光泽度、剥离强度的测试；然后将另外4块试样放入环境试验箱进行恒温恒湿环境试验，在80 ℃、相对湿度85%的条件下保持168 h；取出4块试样，观察外观变化并记录是否产生气泡、粉化、开裂、变色和失光现象；将上面4块样品中贴于镜面钢板的3块试样进行光泽度、剥离强度的测试，并与试验前的3块试样进行比较；将贴于白色漆板的试样平放后沿与水平45°方向剥离保护膜，观察并记录白色漆板表面的残胶情况，以及白色漆板表面外观变化。检测结果见表10所示。

表10 耐湿热老化检测结果

由表10可知，汽车漆面保护膜能在阴雨天气潮湿环境抵抗雨水湿热带来的腐蚀，耐候性能优异。

3.6 耐氙灯老化性能

根据QC/T 1171-2022《汽车汽车漆面保护膜》，试验装置采用氙灯老化试验箱。光源为符合GB/T 16422.2-2014规定的氙弧灯，试样表面在340 nm的辐照度为0.93 W/m2；黑板温度63 ℃，相对湿度65%RH；实验过程中，试样架始终在旋转并持续置于光照和间歇式喷淋下，每个试验周期包括102 min光照加上18 min的光照加水喷淋，喷水时水温为(20±5)℃。试验前首先按照HG/T3862-2006规定的试验步骤测试黄色指数(YI)；采用C光源和2°的测量条件测量反射光谱并计算试样颜色参数L*、a*、b*；将试样置于氙灯老化试验箱中，试验持续时间为408 h，取出试样恢复到室温，目视观察试验后外观变化并记录是否产生气泡、粉化、开裂、变色和失光现象；检测结果见图5所示，符合QC/T1171-2022要求。

图5 汽车漆面保护膜耐氙灯老化测试结果

由图5可知，样品前后对比色差值ΔE*ab、黄蓝变化值Δb*、黄色指数变化值ΔYI均低于0.3，450 h氙灯照射下变化很小，数据表明汽车漆面保护膜具耐黄变功能。

4 结 论

经过原材料的筛选和工艺条件的研究，使用聚己内酯型TPU原材、自修复涂层和胶黏剂在指定生产工艺条件下生产的汽车漆面保护膜，性能均符合QC/T 1171-2022《汽车汽车漆面保护膜》检测要求，具备高光泽度、划痕修复、耐污性强、耐黄变等特性，抗碎石冲击性能良；同时，它具有防腐蚀功能，可节省养护费用，有助于财产保值。

汽车漆面保护膜可实现规模化生产应用，可以广泛应用于汽车漆面保护，也可应用于游艇、钢琴等漆面表层，还可用于电子产品外壳保护，高级家具、运动器械上、医疗航空仪器、仪表表观保护等，具有良好的市场前景。