汽车塑料件涂装前处理的探讨

塑料制品因其价格低、质量轻、柔韧性好等明显优势，在汽车中的应用比例逐年上升。汽车外饰塑料件的涂装在外观及性能要求上也越来越高。塑料件有着自己的特点，表面极性小，与涂层的附着力差，如何做好塑料涂装的前处理是整个塑料涂装的关键。

    1.底材的脱脂处理

    1.1脱脂概述

    汽车用塑料件基本上为注塑成型，注塑模具内涂着了一层脱模剂，脱模剂一般为脂肪酸类的油脂，会部分残留于塑料浅表层。塑料件脱脂即为了清除塑料件底材浅表层脱模剂以及运输过程中的灰尘、污物，为涂装提供良好的表面状态。

    1.2处理方法

    现有两种常用脱脂方法:有机溶剂清洗和化学清洗。有机溶剂可采用对环境、人体危害小的异丙醇或酒精等，也有用苯系、酮类溶剂清洗的，施工方法一般采用人工擦洗、浸洗等，因其投资少，施工简单，常见于一些规模小的塑料件涂装线。化学溶液清洗采用化学脱脂液处理，优点是无VOC排放，安全性高，缺点为设备投资及运行成本高，常见于产能较大的自动流水线。

    1.3生产线介绍及控制要点

    涂装一车间塑料件生产线产能为150000套/a汽车保险杠，采用汉高的2595酸性脱脂剂溶液对塑料底材表面进行喷淋清洗。脱脂不良会导致涂料缩孔，主要从以下几个方面来保证脱脂效果:

    1.3.1保证脱脂时间和机械强度

    即确保喷淋的脱脂液和塑料件充分的接触时间和压力，定期检查喷嘴的喷淋方向，监控喷淋压力是否正常，必要时对喷淋压力异常的喷嘴进行拆卸疏通和酸洗（醋酸浸泡）。对于底材上难以清洗彻底的位置，可采用5%～10%的2595溶液或50%酒精溶液人工预擦洗。

    1.3.2保证脱脂温度和脱脂剂浓度

    2595主要成分为表面活性剂，通过乳化作用将脱模剂分散在水中，适宜的温度和浓度能够增加表面活性剂的活性，提高脱脂效果。为了保证槽液浓度的稳定性，本生产线采用计量泵连续补加脱脂剂，并通过化验槽液的总酸来监控脱脂剂浓度。

    1.3.3保证后清洗效果

    残留的脱脂剂会影响涂膜性能，存在质量风险。需通过纯水的冲洗，保证清洗后的滴水电导率＜20μS/cm。因塑料表面不亲水，不利于彻底洗净塑料表面，本生产线在第一道纯水洗中加入0.5%的汉高AID-100塑料表面调整剂进行冲洗，这样可以显著改善塑料表面状态，使水膜能够均匀分布于基材表面，不但增强了清洗效果，同时也提高了涂膜对塑料表面的润湿性和附着力。

    1.3.4脱脂后质量检验

    (1)观察接触角，在处理后的塑料表面滴上水滴，观察接触角，越小表明处理结果越好。

    （2）用达因笔检测表面张力，一般要求在35×10-5N以上为好。

    （3）水浸润法就是将处理好的塑料件浸入水中取出，观察水膜的连续性、完整性以及破坏时间进行衡量。图1为该生产线前处理的流程示意图。

图1前处理流程示意图

    2.改善塑料底材表面状态

    塑料件底材和金属底材相比存在两项弱点:(a)塑料的表面极性低，表面张力小于金属，涂料对其润湿性差，特别是结晶度高的PP、PE、PBT等材料，通常表面张力只有30×10-5～34×10-5N（一般达40×10-5N才能获得很好的附着性），若不进行表面处理，涂料很难附着在上面;(b)塑料件是绝缘体，易带静电，容易吸附纤维、粉尘。不同塑料材质因其介电常数不同，易带不同电荷，比如PP、PE介电常数小，极易带负电荷，而PET、PA极易带正电荷。

    2.1提高底材与涂膜之间的附着力

    针对PP、PE、PBT等表面极性低、表面张力小的塑料底材，一般采用以下几种方法加以改善:

    2.1.1对塑料表层分子进行极性化处理

    如火焰处理、铬酸溶液氧化处理、等离子处理等，使塑料件表层分子带上“—CO”、“—COOH”等极性基团，显著增强塑料表面极性，增加表面张力，从而提高涂料的展布性。

图2火焰处理的氧化火焰

    (1)火焰处理(见图2)。是采用高温富氧火焰对塑料件表面进行高温处理，通过对表面分子的加氧处理，提高塑料表面分子极性，增大表面张力。同时高温氧化火焰还可以起到破坏分解表面的脱模剂和油污的作用。一般采用乙炔气体作为燃料，火焰中心温度高达2000～3000℃，目前火焰处理比较常见于一些规模较大的生产线，采用机器人施工。

    (2)铬酸处理是采用重铬酸钾和硫酸的混合溶液对塑料表面进行处理，因六价铬可以将PP底材表面的甲基氧化为羧基，效果明显，但PE则不适用于该方法。因六价铬的局限性很少应用，可以用高锰酸钾代替重铬酸钾进行擦拭或浸泡。

    (3)等离子体处理法也称为电处理法，该法主要利用辉光放电等方式对塑料表面进行放电处理，利用等离子体所具有的高能量和高反应活性的自由基、离子、紫外线等，引发塑料表面分子发生氧化、降解、聚合等反应，从而引入极性基团来增强涂膜对塑料表面附着力。该法具有处理时间短、效果好的突出特点，但设备投资较大。

    2.1.2涂着底漆处理

    ABS、PC塑料的极性较大，可直接涂着面漆;PS、HIPS等塑料对溶剂敏感，容易被溶剂侵蚀，且耐温性较差，一般选择常温自干的热塑性丙烯酸涂料、改性丙烯酸涂料或硝基涂料等，并小心选择配套稀释剂;对于非极性的聚烯烃PP、PE，涂料在其表面难以润湿和附着，且耐溶剂性很强，难度最大，比较实际的办法是加涂一层薄层底漆（过渡层），一般此类底漆中溶解一部分氯化烯烃（CPO）。因CPO为烯烃类溶剂，因相似相溶，能很好地浸润PP底材，以增加涂料的附着力。本生产线目前采用的是PPG产品代号为A11-4607103GA的双组分底漆，为了能够满足对底漆缺陷进行打磨的要求，需在75℃的烘干炉中烘30min。为了降低成本，取消底漆烘干工序，考虑切换成免烘烤型的，前不久试装了代号为XL-SPR60624XP单组分聚氨酯底漆，适于PP底材，可以在常温下10min干燥成膜，无需烘干即可打磨，效果较好。目前本生产线生产的塑料件材质主要有PP、PP+EPDM+T20、ABS和ABS+PC几类，因没有采用上述表面处理工序，为了解决PP材料的涂料附着力差问题，我们在底漆喷涂前采用底漆稀释剂擦拭脱脂后的PP工件表面，使底漆溶剂能够尽量浸润塑料表层，增强底漆与PP底材的附着力。经附着力试验检测，该方法能有效增强底漆的附着力（见试验部分）。该方法无设备投资和运行费用，施工方便，考虑到对施工人员有一定危害，最好在喷漆室内操作，也可以采用喷枪在塑料件表面喷上一道底漆稀释剂，施工人员需做好防护。

图3塑料涂层示意图

    2.2去静电处理

    对于消除静电的方法一般采用吹离子风。离子风主要由高压离子发生器和压缩空气组成，也有用风机的离子风中有正负离子，利用异种电荷相吸的原理中和了塑料件的静电。

    3.验证试验

    3.1酸性脱脂效果验证试验

    准备10块未脱脂的8cm×20cmPP底材试验板，每组两块试验板，试验步骤为:

    （1）板1都不作脱脂，直接喷涂PPG2K底漆，进入烘干室烘干;（2）板2用脱脂槽液擦洗，并用纯水清洗干净后喷涂PPG2K底漆，进入烘干室烘干;（3）观察烘干好的试验板，并用1mm的划格器进行划格试验，观察附着力等级。

    分为5组做脱脂效果对比试验，试验结果如表1。

表1脱脂效果试验

    3.2底漆稀释剂增强PP底材附着力验证试验

    同样准备10块8cm×20cm的PP底材试验板，经过脱脂槽液擦洗后吹干，每组两块试验板，试验步骤为:

    （1）板1不用底漆稀料擦拭，直接喷涂PPG2K底漆，进入烘干室烘干;（2）板2用底漆稀释剂擦拭，吹干后喷涂PPG2K底漆，进入烘干室烘干;（3）将烘干的试验板分别做划格试验，观察附着力等级。分为5组做脱脂效果对比试验，试验结果如表2。

表2附着力试验

    由上面试验结果可见在底漆喷涂前进行底漆稀释剂擦拭能够有效提高底漆和底材之间的附着力。

    4.结语

    作为涂装生产线的技术人员，对于塑料涂装的前处理要注意两点:(1)塑料表面的涂装关键是保证附着力，应严格控制塑料制件涂装前的表面处理及施工环境，保证涂装质量。(2)在使用新型塑料材料的同时，要关注提高其表面张力和极性，必要时更改前处理工艺和底漆品种。