高固体分车用传动轴防锈涂料的研制

高固体分车用传动轴防锈涂料的研制

刘保磊，许　驰，陈　芳，吴远程(江苏长江涂料有限公司，南京　210047)

0　前　言

在汽车行驶过程中，车身下的零件长期接触污水、泥沙，并伴随着沙石的高速撞击，极易被腐蚀，影响汽车性能并带来安全隐患。而传动轴作为汽车动力系统中的一环，却又处于这样一个高腐蚀性的环境中，对传动轴的涂装防护就显得尤其重要。为提高汽车传动轴的耐蚀性，尝试利用环氧树脂的优异防腐性开发性能更好的汽车传动轴防锈涂料。
 

1 实验部分

1.1 主要原材料

E-51/20环氧树脂、腰果壳油改性酚醛胺、防锈颜填料，国产；聚酰胺固化剂，空气产品；流变助剂，阿科玛；润湿分散剂、流平剂，毕克化学。

1.2　实验配方(见表1)

1.3　制备工艺

先加入配方量的E-51、E-20环氧树脂、润湿分散剂、部分混合溶剂进行充分搅拌，然后加入配方量的防锈颜料、填料进行高速分散，再加入流变助剂进行高速分散，然后砂磨至细度≤35 μm，加入流平剂，调节黏度合格后，过滤、灌装制成甲组分。
在搅拌锅中加入配方量的腰果壳油改性酚醛胺、聚酰胺固化剂、促进剂和溶剂，搅拌均匀后过滤包装制成乙组分。

1.4　样板制作及性能测试

将甲组分与乙组分按质量比5∶1混合，充分搅拌后按测试要求制作试板，恒温恒湿下调节7 d后根据相关标准测试性能，测试结果见表2。

1.5　产品特性及用途

传动轴防锈涂料具有极好的附着力、耐化学腐蚀性能，较好的耐碱性，涂层坚硬，可起到良好的防护作用。并且适用于汽车涂装中的烘干工艺，一次成膜厚度较高，提高施工效率，可良好地融入现有的涂装工艺，无需更改生产线。
 

2　配方设计及分析

2.1　树脂的选择

环氧树脂分子结构中含有大量的羟基和醚基等极性基团，在固化过程中，羟基与界面金属原子反应形成化学键，使涂层与基材具有优异的附着力；环氧涂层在成膜过程中，固化收缩率较小，具有良好的成膜性，减少涂膜收缩对附着力的影响；为提高涂料固体分，需要降低溶剂的添加，同时降低体系的黏度，便于施工。E-51树脂常温下为液态，固体分高，黏度低，但由于相对分子量低，其制备的涂膜较脆；而E-20树脂的相对分子量较高，具有较长的分子链，可以改善涂膜的机械性能，提高其柔韧性。因而本实验选用E-51、E-20复配环氧树脂。

2.2　固化剂的选择

环氧防腐涂料最常用的固化剂为聚酰胺，其涂层的综合性能优良，特别是具有较好的附着力和机械性能，但也存在一些缺点，比如黏度偏大，施工中需要一定的活化期，涂膜固化时间较长，低温固化性能较差，一般需要反应温度在10 ℃以上，导致施工性能不佳。而腰果壳油改性酚醛胺具有固化速度快、黏度低、固化温度低、对底材的表面处理要求不高、耐盐雾性能极佳的优点，可以在施工性能方面弥补聚酰胺固化剂的不足。因而选择腰果壳油改性酚醛胺与聚酰胺固化剂配合使用，结合两种固化剂的优势。
2.3　润湿分散剂的使用

由于该型涂料施工时采用一次涂装，为避免在涂膜干燥过程中，颜填料发生迁移、沉淀，使防锈颜填料均匀分散，同时也提高制漆过程中的研磨效率、缩短研磨时间，选择在配方中加入润湿分散剂。选择分散剂时，可选择具有降黏作用的，帮助降低涂料体系的黏度。
2.4　颜填料的选择

防锈颜料使用较为环保的磷酸盐类，是目前使用较为普遍、性能优异的防锈颜料。其防锈机理是防锈颜料中的磷酸盐解离出磷酸根离子，其具有较高的螯合能力，能与二价铁离子和三价铁离子反应生成结构复杂的络合物保护膜。这种磷酸盐保护膜不溶于水，硬度高，与底材金属附着力强，可有效地阻止腐蚀的进一步发生，起到防锈作用。并且不含重金属，安全无毒。分组测试相同PVC下，磷酸盐防锈颜料添加量对耐盐雾性能的影响，实验结果见表3。

实验结果显示，磷酸盐防锈颜料添加15%～20%即可有较好的防锈性能，继续添加性价比太低，增加涂料成本。

填料在防腐涂料中作用也很重要，这里选择具有片状结构的滑石粉、绢云母粉，以及沉淀硫酸钡。
滑石粉为白色鳞片状结晶，结构中与氧结合的镁原子夹在两个片状二氧化硅之间，形成层状结构，可延长腐蚀物质的扩散路径，改善防护效果。但由于滑石粉吸油量较大，会增加涂料的黏度，添加量不宜过多，添加5%～10%已有较好的防腐效果。

沉淀硫酸钡是重晶石粉的合成产品，具有较好的耐酸、耐碱、耐热性，填充性、流平性好，用于重防腐涂料中可增加涂膜的硬度和耐磨性，吸油量较低，添加量可适当提升，降低成本。

2.5　PVC的控制

涂料中除了片状填料外，搭配多种防锈颜料和填料，不仅有助于控制成本，改善防沉性和施工性，更有利于调节涂料的PVC。根据基础配方计算CPVC=38%，设计不同PVC配方进行实验对比，实验结果见表4。

颜填料用量在临界体积浓度以下时，防锈性能随颜料体积浓度的增加而提高；超过临界体积浓度时，防锈性能反而会大幅下降。考虑到机械性能和防腐性能的平衡，这里控制PVC为30%～35%，综合性能最佳。

2.6　助剂的选择

施工过程中为保证施工性能，需要添加流变助剂。流变助剂可增加涂料的触变性能，提高防沉性和抗流挂性，既保证贮存稳定性，又能提升施工性能。这里选用有机改性膨润土和微粉状聚酰胺蜡搭配使用。有机改性膨润土经过活化处理后，在溶剂中溶胀，通过边缘的羟基形成氢键，产生触变性，达到防沉作用，添加量为0.5%～1%。微粉状聚酰胺蜡为100%固体分酰胺蜡，与基料一起研磨，防沉、抗流挂性能较好，添加量为0.3%～1%。为提升涂料的干性，达到快速固化的效果，提升施工效率，需要添加固化促进剂。这里选用空气产品的K-54促进剂，能够显著缩短环氧树脂的固化时间。由于结构中含有氨基基团，使用时将其添加在固化剂中，添加量为5%～10%。
 

3　结　语

采用E-51、E-20环氧树脂，搭配腰果壳油改性酚醛胺和聚酰胺固化剂，添加磷酸盐防锈颜料，填料选用绢云母粉和滑石粉等片状填料，通过搭配流变助剂和固化促进剂，研制出一种防腐性能优异、一次成膜较厚、施工效率高的车用传动轴防锈涂料，不含重金属、无致癌物，符合环保观念，对汽车传动轴起到良好防锈作用。