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            汽車排氣管專用耐高溫有機硅/環氧樹脂粉末涂料的研究
            2023年04月19日    閱讀量:     新聞來源:涂料在線 coatingol.com  |  投稿

            「摘要」

            針對于汽車排氣管的使用環境,本文研究了適合于汽車排氣管的耐高溫粉末涂料,以有機硅樹脂和環氧樹脂為基料,制備出一種耐600℃高溫的粉末涂料。有硅固化劑為VN-302,環氧樹脂的固化劑為酚類固化劑,加入含硼玻璃粉可明顯提高耐高溫性能,滑石粉可明顯改善烘烤后的涂層完整性,硅微粉可提高涂層的熱失重穩定性,硅烷偶聯劑可提高涂層的附著力。


            經過原料預混,熔融擠出、磨粉,成功制備了有機硅/環氧樹脂耐高溫粉末涂料涂料在線coatingol.com。通過耐沖擊測試、耐高溫、色差分析等方法對有機硅/環氧樹脂耐高溫粉末涂層性能進行表征和測試。


            考察了有機硅樹脂與環氧樹脂比例對涂層耐高溫性能的影響,同時也考察了含硼玻璃粉、滑石粉、流平劑和硅烷偶聯劑用量對涂層耐高溫性能的影響。


            結果表明:經優化后的涂層具有優異的耐高溫性能和良好的機械性能,完全適合汽車排氣管的使用。


            前言 

            現在的環保政策越來越嚴格,使得越來越多的涂料廠家改用無污染且利用率極高的粉末涂料。開發功能性且用于特殊場合的粉末涂料成為一種趨勢,如耐高溫粉末涂料。


            耐高溫粉末涂料應用廣泛,如燒烤爐、暖風機、高溫爐、車輛排氣管、特殊熱管道等。耐高溫粉末涂料不僅具有普通粉末涂料的性能,同時具備優異的耐熱性和防腐蝕性。


            由于汽車排氣管用粉末涂料使用條件較為惡劣,排氣管的溫度500℃以上,且工作時間較長,而傳統溶劑型涂料在環保政策日趨嚴格的監管下,將逐步被限制,研發汽車排氣管用耐高溫粉末涂料是具有非凡意義的。


            本研究以有機環氧樹脂為成膜物,VN-203為有機硅樹脂固化劑,酚類固化劑為環氧樹脂的固化劑,并加入玻璃粉、滑石粉、硅微粉、錳鐵黑、流平劑和硅烷偶聯劑等顏填料,顯著提高涂層的耐高溫性能和良好的機械性能。


            01 實驗部分


            ① 實驗原材料

            • 有機硅樹脂、VN-203、硅烷偶聯劑:常州嘉諾有機硅有限公司;

            • 硅微粉:工業級,蘇州錦藝無機新材料科技有限公司;

            • 環氧樹脂E-12:工業級,黃山錦峰實業有限公司;

            • 錳鐵黑:昆山啟創化工有限公司;

            • 滑石粉:工業級,常州豐碩化工有限公司;

            • 流平劑:寧波南?;瘜W有限公司;

            • 酚類固化劑:工業級,六安捷通達化工有限公司。


            ② 實驗設備

            色差儀(SP60):美國X-rite愛色麗;

            厚度儀(QNIX4500):德國尼克斯;


            馬弗爐:常州市興光窯爐有限公司;


            固化電爐:南京博蘊通儀器科技有限公司;


            靜電粉末涂料噴槍:瑞士金馬股份有限公司;


            電子秤:梅特勒一托利多儀器(上海)有限公司;


            耐沖擊儀器(QCJ型):昆山國晶電子有限公司;


            雙螺桿擠出機(SLJ30A),磨粉機系統(ACM02):煙臺東輝粉末設備有限公司;


            粒度分析儀(Topsizer Plus):珠海歐美克儀器有限公司。




            ③ 實驗過程


            耐高溫粉末涂料的配方設計:


            耐高溫粉末涂料的使用條件較為惡劣,且高溫工作時間較長,所以對涂層性能的要求很高。


            首先就是原材料在高溫條件下,熱損失較低;


            第二要求涂層在高溫下保色性要高,否則影響美觀,即對顏填料在高溫條件下保色性要求高;


            第三對涂層在高溫條件使用后的機械性能要求較高,若涂層在高溫使用后發生粉化剝落或發生龜裂,導致涂層的機械性能大大降低,也是無法滿足使用需要。


            據文獻表明,硅酮有機硅樹脂的耐高溫性最好,所以本實驗選擇硅酮有機硅樹脂為耐高溫粉末涂料的成膜物,為了降低成本還加入少量環氧樹脂。表1是典型的耐高溫粉末涂料的配方組成。




            篩選顏填料:


            將不同廠家的顏填料在同等質量下,放入馬弗爐內,600℃高溫烘烤1h,然后取出,觀察揮發分和顏色變化,顏色變化主要以色差儀為準(60°)。


            粉末涂料的制備工藝:


            將上述篩選的顏填料、有機硅樹脂、環氧樹脂、酚類固化劑和其他原料按表1配方加入攪拌缸中,在轉速400r/min的條件下攪拌4min。


            攪拌均勻后,倒入雙螺桿擠出機中,熔融擠出,擠出機的加熱條件為Ⅰ區溫度110℃、Ⅱ區溫度125℃。


            擠出完成后,冷卻至常溫,送入磨粉機磨粉,磨粉條件為主磨轉速8500~9500r/min、副磨轉速6500~7500r/min,網為180目,當粉末涂料的粒徑調整為32~37μm時,可大量磨粉,得耐高溫粉末涂料。  




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            涂層的制備:



            涂層的制備包括板材的除油、除銹及涂層的靜電噴涂等。



            對冷軋板浸漬于熱酸和熱堿中,除去鐵銹和保護油,浸漬時間為7~10min。處理完成后,自然晾干。采用靜電噴涂法,將粉末噴涂于冷軋板上,在230℃下,固化30min,即得耐高溫粉末涂層,涂膜厚度約為60~80μm。


            分析與測試:



            高溫測試將上述固化完成耐高溫粉末涂層的馬口鐵置于馬弗爐內,在600℃下烘烤1h,烘烤完成后,取出進行性能和涂層色差分析。




            其他性能測試用色差儀對涂層進行色差分析,所有測試過程均在室溫下(23±2℃)進行;采用QCJ型涂膜耐沖擊器測試涂層性能:按HG/T 2006-2006測試涂層性能,涂層附著力測試采用劃格法。




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             廣告 


            02


            結果與討論




            ① 顏填料的篩選




            顏填料是除了樹脂之外最重要的部分,其直接關系到涂層的裝飾性和耐熱性。根據文獻表明,硅材料、硫酸鋇、滑石粉、云母粉、玻璃粉和錳鐵黑是耐高溫涂料中最常用的顏填料。




            本文對市面上的上述顏填料進行耐高溫測試,主要測試揮發分和色差,色差測試的方法為將烘烤前后的填料統一按照表2的配方稱量后,按1.3.3制備粉末涂料,然后按1.3.4制備涂層,然后按1.4測試色差。




            揮發分和色差測試結果如表3。                        


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            從表3可得,玻璃粉的揮發分最低,為0.06%:其次為錳鐵黑,為0.12%;再其次為硅微粉,揮發分為0.13%;再其次為消光鋇,揮發分為1.52%;


            C311的揮發分最高,為36.4%,不能用于耐高溫粉末涂料;再其次為滑石粉,揮發分為10.8%,但是其線膨脹系數大,體積膨脹系數小,其可以改變高溫下的耐裂變性。


            從表3可得,色差最低的為硅微粉,其次為沉淀硫酸鋇,再次為納米硫酸鋇,即使沉淀硫酸鋇和納米硫酸鋇的色差較好,色差依然大于2,肉眼可見,所以舍棄。


            本實驗選擇硅微粉作為主要的填料,現市場的耐高溫粉末涂料主要以黑色為主,所以接下來的黑色顏料為錳鐵黑。




            ② 不同有機硅樹脂與環氧樹脂用量對耐高溫粉末涂料性能的影響


            按照1.3.3的步驟制備粉末涂料,在固化溫度為230℃、固化時間為30min和其他組分質量不變的條件下,改變有機硅樹脂與環氧樹脂用量,涂層在600℃的高溫烘烤1h的條件下,測試結果如表4。                             


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            硅氧鍵(Si一O)的鍵能是425kJ/mol,而碳氧鍵(C一O)的鍵能為351kJ/mol,碳碳鍵(C一C)的鍵能為345kJ/mol,所以有機硅樹脂更適合制造耐高溫粉末涂料。


            因市場上的耐高溫粉末涂料以砂紋類為主,環氧樹脂與有機硅樹脂的相容性較差,所以會形成砂紋,且可降低生產成本,所以本文中加入環氧樹脂。


            由表4可得,所有涂層在未高溫烘烤前,涂層的機械性能良好,耐沖擊和附著力皆滿足應用需求;但在高溫烘烤后,隨著環氧樹脂用量的增加,涂層的熱損失也隨之增加,且熱損失僅比相對配方中環氧樹脂含量高1~2個百分點,所以可以肯定環氧樹脂在高溫條件下,全部損失。


            當有機硅樹脂的用量高于45%以上時,涂層的耐高溫性能和涂層機械性能良好,烘烤前后的色差ΔE<2,完全可以滿足市場需求。


            當有機硅樹脂的用量低于45%(質量分數,后同)時,涂層烘烤之后,熱損失太大,導致涂層的機械性能太差,涂層觸碰之下就會掉落,且涂層顏色由黑色變成灰紅色。所以接下來的實驗有機硅樹脂和環氧樹脂的用量比例固定在45:15。


            ③ 含硼玻璃粉用量對涂層耐高溫性能的影響


            經對比后,發現含硼玻璃粉的性價比和性能更適合耐高溫粉末涂料,所以本文使用含硼玻璃粉。


            不同含硼玻璃粉用量對涂層性能的影響如表5所示。




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            由表5可得,隨著含硼玻璃粉用量的增加,涂層的熱損失隨之降低,而涂層的機械性能,隨之升高而后降低。


            當含硼玻璃粉的用量為5%時,熱損失雖為17.38%,但涂層性能較差:隨著用量的增加,涂層的機械性能和熱損失均逐漸降低;當用量高于13%時,涂層的熱損失雖在降低,但涂層機械性能較差。


            低熔點的含硼玻璃粉在高溫下融化,具有一定的黏結作用,但用量較少時,黏結效果不明顯,如果用量太多,則涂層韌性不足,機械性有所降低。綜合考慮含硼玻璃粉用量10%(質量分數)。




            ④ 滑石粉用量對涂層性能的影響


            滑石粉呈片層結構,具有較好的高溫下涂層防開裂性能,片層機構可以給予涂層一定的耐沖擊性,且層間的范德華力較弱,所以加入適量的滑石粉有利于提高涂層的機械性能。


            不同滑石粉用量對涂層性能的影響如表6所示。




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            從表6可得,隨著滑石粉用量的增加,熱損失也逐步增加,這是由于滑石粉中含有結合水,所以用量越多,涂層的熱損失越大;


            涂層的表觀性能隨著用量的增加呈先升高后降低的趨勢,所以接下來的實驗選擇用量為3%(質量分數)。


            ⑤ 硅烷偶聯劑用對涂層性能的影響


            硅烷偶聯劑可以增加涂層與基材的附著力,也可增加材料間的黏結力,進而提高涂層的整體性能。


            不同硅烷偶聯劑用量對涂層性能的影響如表7所示。 




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            由表7可得,涂層附著力隨著用量的增加而增加,當用量大于0.9%時,涂層的附著力不再增加,所以接下來的實驗選擇用量為0.9%(質量分數)。


            ⑥ 流平劑用量對涂層性能的影響


            因粉末涂料體系中加入了環氧樹脂,其與有機硅樹脂的相容性較低,形成的砂紋有亮點,涂層的光澤有所升高,降低了涂層的裝飾性。


            所以需加入少量流平劑,降低亮點,提高涂層的裝飾性。但流平劑在高溫下完全損失,所以不宜過多,以免降低涂層的機械性能。


            不同流平劑用量對涂層光澤的影響如表8所示。




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            從表8可得,隨著流平劑用量的增加,光澤也逐步降低;當用量大于0.7%時,涂層的光澤不再降低,亮點消失。所以流平劑選擇用量為0.7%(質量分數)。




            03


            結語


            (1)以有機硅樹脂匹配環氧樹脂,配以耐高溫顏填料,成功制得了一種耐600℃高溫1h的耐高溫粉末涂料,且機械性能良好,完全合適于汽車排氣管的使用。    


            (2)通過上述實驗可以得到,硅微粉作為填料,耐高溫性能最好,對涂層的色差和熱損失影響最?。?/p>


            黑色顏料則選擇錳鐵黑;有機硅樹脂和環氧樹脂的用量固定在45%(質量分數)和15%(質量分數);含硼玻璃粉用量為10%〔質量分數);滑石粉用量為3%(質量分數);硅烷偶聯劑用量為0.9%(質量分數);流平劑選擇用量為0.7%(質量分數)。






            - END -


            來源:江蘇華光粉末有限公司


            標簽:工業涂料,原材料,今日頭條,技術中心,粉末涂料,樹脂
            免責聲明: 本文僅代表作者本人觀點,與中國涂料在線無關。本網對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。本網轉載自其它媒體的信息,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一周內進行,以便我們及時處理。郵箱:23341570@qq.com
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