程为华，张洪强，阳克付，李国波
（奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖241009）
摘要：简要介绍塑料件机械损伤修补及表面处理方法，详细阐述塑料件涂装工艺、缺陷防治及涂膜常规检测项目，同时就新工艺、新技术在塑料涂装中的应用进行探讨。
关键词：塑料件涂装；表面处理；紫外光固化
1 引言
近年来塑料制品在工业产品上得到了广泛的应用，特别是在汽车领域的应用迅速扩展。为了提高产品的外观，延长塑料件的使用寿命，需要根据不同的涂装工艺及标准制定相应的检测方法，从而满足顾客对产品外观的高标准要求。本文阐述了塑料件涂装工艺、涂膜缺陷的防治及新工艺、新技术在塑料件涂装中的应用。
2 塑料件机械损伤修补方法
塑料件损伤一般总要波及到零件基体，造成基体表面出现划痕、擦伤、裂纹、撕裂、刺穿等缺陷。为了提供光滑、平整的喷涂基面，一般需要对塑料件基体表面的缺损部位进行特殊修复处理，通常采用的方法是化学黏结剂黏结法。常用的黏结剂有2种：一种是以环氧树脂或氨基甲酸乙酰为基体，与硬化剂混合调匀使用的黏结剂；另一种是以聚酯为基体，与硬化剂混合调匀使用的黏结剂。近年来，有超级胶声誉之称的氰基丙烯酸酯因其新颖的特性，被逐步应用于塑料的黏结。
2.1 塑料件表面划痕和擦伤缺陷修补方法
⑴用水或塑料清洁剂清洗待修理部位，并对结合表面进行除蜡、脱脂处理。
⑵将塑料件加热至20℃左右。
⑶将催化剂喷至裂纹一侧，然后再敷好黏结剂。
⑷将划痕或裂纹的两侧按原位置对好并迅速压紧，约1min后即可获得良好的黏结效果。为了达到最大的黏结强度，一般黏结部位的硬化时间控制在3～12h。
2.2 塑料件表面裂纹、撕裂和刺穿等缺陷修补方法
⑴采用具有除石蜡、油脂和硅树脂功能的溶剂彻底清除损伤部位的污物。
⑵将开裂面3～5mm宽处磨削成斜面，表面尽可能粗糙，有利于贴合黏紧。
⑶用精细砂轮适当打磨开裂部位周边约15mm的区域，然后对该部位的正反面进行彻底清洗并晾干。
⑷使用喷灯火焰在斜面部位不断移动，直至斜面略呈棕色为止。
⑸将带有强黏结剂的铝箔和具有防潮功能的胶带贴至斜面部位。
⑹用刮板将混合好的黏结剂分两步填充到裂缝中，首先填充缝隙底部，然后再将裂缝整体填平，动作要快，因为这种黏结剂在2～3min内会固化。
⑺填充完毕直至硬化1h后用粗细砂轮磨去表面的凸点，并清除修理部位的碎屑、灰尘等杂质；如出现高低不平或针孔等缺陷，可按上述方法重新用填充剂填平。
⑻用400#砂纸进行最后的精磨，并适当清洁所需喷涂面。
3 塑料件喷漆前表面处理
为提高涂料在塑料件表面的附着力及改善塑料件的外观，喷涂底漆前必须对塑料件表面进行预处理，一般工艺流程为“脱脂→除尘→粗化”。
3.1 脱脂
由于塑料件表面沾有油污、手汗和脱模剂等污染物，如果直接喷涂会使涂膜附着力变差，涂层易产生龟裂、起泡和脱落等问题，因此涂装前必须进行脱脂处理。常用的脱脂方法是碱液清洗法，常见的脱脂剂配方及工艺见表1。
由于槽液杂质、污物积累，造成槽液污物再次附着在塑料件表面，影响涂层质量，因此应加强槽液的过滤与更新管理。
3．2 静电除尘
由于塑料制品是绝缘体，表面电阻一般在1013Ω以上，易产生静电效应，造成空气中的细小灰尘因静电作用而吸附于塑料件表面，因而采用普通空气吹气法很难吹净。目前普遍采用的是高压离子化空气流吹气法，以达到良好的除电、除尘效果。
3.3 湿润和粗化
⑴铬酸、硫酸混合液处理是比较简单、方便的传统配方工艺，它能使塑料表面的湿润性明显提高。
⑵采取含水性高分子的水系表调剂室温喷淋工艺，处理时间为1min，喷射压力控制在0.05～0.10MPa，活化的作用有助于除去硬水，把含憎水基的塑料表面转换为含亲水基的表面，从而在塑料表面形成一层均匀的薄膜，膜厚一般不超过5nm。
⑶火焰处理：采用压缩丙烷气作为燃料，进气压力为0.05MPa（200～250L/min）、燃气压力为0.035MPa（6L/min）、混合后压力为0.035MPa，火焰的有效处理长度为7~70mm，火焰表面温度控制在1000~2000℃；为防止塑料件变形，时间应控制在10s以内，从而消除塑料表面层界膜阻力，增加塑料的表面能、浸润性及涂层整体附着力。
4 常见塑料件涂装工艺及控制要点
塑料件喷涂方式分手工空气喷涂和自动喷涂。手工空气喷涂是目前塑料件涂装较为广泛的喷涂方式，自动喷涂一般采用机器人、往复机等自动喷涂系统，但一次性投资较大，只适合生产量较大的流水线生产。常见塑料件涂装工艺为“底漆喷涂→底漆晾干→底漆烘干→底漆打磨→面漆喷涂”。简单介绍常见塑料件涂装工艺及控制要点。
4.1 底漆喷涂
喷漆室手工喷涂区风速一般设定在0.4～0.5m/s，温度控制在18～35℃，相对湿度控制在60%～70%，空气洁净度一般要求粒径大于5μm的微粒数为零，粒径小于5μm的微粒含量小于1.0×105个/L。若采用单罐供漆系统，则涂料的施工压力控制在0.2～0.3MPa，雾化空气压力一般控制在0.5～0.6MPa。底漆采用2道喷涂，第一道闪干50s左右后喷涂第二道，膜厚控制在35～40μm。
4.2 底漆晾干
底漆喷涂后，湿涂膜中含有大量的有机溶剂，若直接进入烘干室，就会因溶剂挥发过快而造成涂膜表面针孔、气泡等缺陷。因此在底漆喷涂后必须晾干，在晾干过程中，伴随着溶剂的挥发，涂料得以充分流平、展开。晾干时间、风速对流平效果影响较大，控制不当易产生流平不良、橘皮等涂膜缺陷。晾干时间一般控制在5～7min，风速一般为0.2～0.3m/s。
4.3 底漆烘干
目前塑料件使用的底漆是双组分的，有快干型和普通型2种，快干型底漆可自然指触干，但普通型底漆施工后其自身不能自然快速固化，因而需要采取加热固化的方法，目的是为了缩短涂料烘干时间和提高涂层性能，同时要考虑到塑料件自身耐热性能及易变形的特点。烘干温度不宜过高，一般控制在80℃左右，烘干时间一般为20～30min。
4.4 底漆打磨
底漆喷涂过程中表面或多或少存在诸如颗粒、流挂、少漆等缺陷，为了给下道工序提供良好的涂层表面，有必要对底漆件的表面进行打磨处理，打磨材料一般采用1000#水砂纸，打磨有较大缺陷的工件时可先使用400#砂纸粗磨，再用1000#细砂纸细磨一遍。
4.5 面漆喷涂
面漆喷涂采用湿碰湿工艺，先喷底色漆再喷清漆；底色漆采用单组分油漆，色漆喷涂膜厚根据涂料的不同特性进行控制。金属色漆膜厚一般为12～18μm，素色漆膜厚一般为25～35μm。喷漆工艺参数和底漆相同，底色漆喷涂后一般晾干5～7min再进入清漆喷漆室，在喷涂清漆前可对色漆表面的颗粒或较小的缺陷用1200#抛光片进行修磨，修磨平整后对所修部位用空气补漆枪补喷色漆，处理完成后再进行清漆喷涂，清漆喷涂时各工艺参数和底漆相同。
5 塑料件常规检测方法
塑料涂装质量的检测方法种类较多，可归纳为外观检测和性能检测两大类。外观检测主要检测塑料件制品的颜色、鲜映性（DOI）、光泽等是否符合国家、行业或企业标准；性能检测主要是对耐老化、涂层附着力、耐腐蚀等性能进行检测。重点对塑料件常用老化测试方法做简单介绍。塑料制品在使用、加工及贮存过程中，由于受到外界的各种因素，如光、氧、热、辐射、臭氧、雨水及细菌等的作用，引起其化学结构的破坏，使原有的优良性能丧失，这种现象通称为老化。塑料老化的主要表现为外观上的变色、失光、龟裂等，理化性能如力学性能、电性能改变等。其老化试验大致可分为两类：自然暴露老化试验和人工加速老化试验。
5.1 自然暴露老化试验
自然暴露老化试验是在自然环境条件下进行的老化试验。塑料常用的方法有：①大气暴露试验：GB/T3681—2000（等效ISO877:1994）《塑料大气暴露试验方法》；GB/T17603—1998（等效采用ASTMD5272：1992）《光解性塑料户外暴露试验方法》。②在玻璃板过滤后的日光下间接暴露试验：GB/T14519—1993（参照ISO877：1976）《塑料在玻璃板过滤后的日光下间接暴露试验方法》。自然暴露老化试验比较接近实际使用环境，所做的耐候性评价较为可靠，人工气候老化试验的结果也要通过自然老化试验来验证，因而自然老化是一个基础方法。但自然老化试验速度慢，周期长，且受环境因素的影响大，因此其应用范围有限，现在更多地是采用实验室人工模拟加速老化试验的方法。
5.2 人工老化试验
人工老化试验是指采用模拟和强化大气环境中主要因素的一种人工加速老化试验方法，可以在较短的时间内获得近似常规大气暴露的结果。这一方法模拟大气环境中的阳光辐射、温度、湿度、雨淋等条件作用的过程中发生的各种外观或性能的变化情况。
⑴试验前准备
试样在试验前应按实际使用的大致条件进行状态调节，同时检查试样的外观光泽、颜色等指标，并做好记录；每组样品应制备适当数量的一致性试样（一般为4个），一个留存用作标准试样，其余投入人工老化试验；所有试样应以适宜的方式作永久性标志，必要时试样的边缘涂以机械强度高的保护性涂料；试样在准备过程中应确保漆膜表面洁净无污物，可使用酒精进行清洁并戴一次性手套进行操作。
⑵光源选择
光源选择的原则是人工光源的光谱特性应与导致材料老化破坏最敏感的波长相近，并结合试验目的和材料的使用环境来综合考虑。研究表明，日光的近紫外线区（300～400nm）波长范围的辐射是引起塑料老化降解的主要因素。通常紫外辐射强度增大，材料的老化速率加快。因此，人工光源紫外区的能谱分布越接近太阳在此区间的谱线，光源的模拟性就越好。现在国际上推荐3种光源：氙弧灯、碳弧灯、荧光紫外灯。
⑶试验温度设定
试验温度的设定，应以材料使用环境的最高气温为依据，通常选择在50℃左右。氙灯黑板温度的选择应以材料在使用环境中材料表面的最高温度为依据，一般多选择在（63±3）℃。试样辐照温度不可过高，特别是对温度敏感的材料。因为温度过高，试验结果可能不是因光照引起的老化，而是热效应的结果。因此，氙灯老化时要注意防止试样过热；对于开放式碳弧灯而言，则要加强空气流动，以免温升过高。
⑷相对湿度设定
相对湿度对材料老化的影响因材料品种的不同而有所区别，相对湿度的设定应以材料所在使用环境的年平均相对湿度为依据，通常选择在50％～70%。
⑸降雨或凝露周期选择
降雨周期的选择以自然气候的降雨数据为依据。国际上降雨时间/不降雨时间多选18min/102min或12min/48min、3min/17min、5min/25min。但以凝露形式存在的水分对加速暴露试验可能影响更大，因此以明暗周期循环的暴露往往要规定凝露时间。
⑹辐照度选择
不同种类的塑料对光谱的吸收是有选择性的，即有其特别敏感的光谱区。过高的辐照度并不一定能加速老化降解，反而可能造成意想不到的结果。因此，辐照度的选择应适宜。
6 新工艺、新技术在塑料涂装中的应用
未来塑料涂装发展具体表现为水性化、无毒化和功能化，特别是汽车及玩具用塑料涂装在工艺简易化、喷涂静电化及涂料功能化等方面有着更高的要求。分别就未来涂装新工艺、新技术在塑料涂装中的应用进行简单介绍。
6.1水性塑料涂料在汽车塑料件涂装中的应用
塑料在汽车上的应用主要分为外装饰、内装饰以及功能结构件，前2者是塑料涂料的主要应用领域，外装件主要是塑料保险杠。现在国外已有塑料保险杠用水性涂料，其品种有双组分水性底漆、水性金属底漆、水性实色漆、双组分高光清漆等，性能与相应的溶剂型塑料涂料相当。我国的水性聚氨酯塑料涂料，其性能与相应的溶剂型塑料涂料一样完全可以达到检测标准。单组分水性聚氨酯涂料有良好的硬度、机械性能、柔韧性、耐化学品性及兼容性，主要用于柔感涂料、高弹性涂料等；双组分聚氨酯涂料是在水性树脂中添加水可分散固化剂、亲水型固化剂和低黏度憎水型固化剂，主要特点是能在常温下快速干燥、VOC低、耐水性及耐候性良好，并且具有良好的光泽及外观。
6.23C1B工艺在塑料件涂装中的应用
传统的3C2B（三喷二烘）塑料件涂装工艺需要在喷涂底漆后进行烘干，而3C1B（三喷一烘）工艺则取消了底漆喷涂后的烘干及打磨等辅助工艺，但对底漆的要求较高，需要开发出适合于“湿碰湿”工艺、能快速干燥的底漆；目前3C1B工艺在国内已广泛应用，其优点是一次性投资少、环保节能、降低涂装成本。
6.3塑料涂料喷涂静电化
静电喷涂施工方法适用于溶剂型和水性涂料，按喷涂设备不同可分为高速旋转雾化静电喷枪和空气辅助静电喷枪2种。静电旋杯喷涂相对于传统的空气喷枪喷涂可以将涂料的利用率提高25%～40%，从而有效减少涂料的消耗，降低企业的生产成本，同时减少VOC排放量及对环境的污染。由于普通塑料件具有良好的绝缘性，表面电阻通常大于1013Ω，造成静电荷的积累，为适应静电喷涂，通常需要在塑料件上预先喷涂一层具有导电功能的底漆，同时要求工件接地良好。
6.4玩具塑料涂料无毒化
我国玩具标准化技术委员会召开的《玩具表面涂料技术条件》标准审定会及《氯乙烯塑料玩具儿童用品中邻苯二甲酸增塑剂的检测方法》标准审定会，规定我国的玩具用塑料涂料必须选用尽量避开含铅、锑、砷、钡、镉、铬、汞、硒等重金属元素的颜料。上海造漆厂在去年下半年开发了无毒玩具涂料产品。在一些功能性塑料玩具涂料里要控制多溴联苯和多溴二苯醚的使用，这就需要涂料行业有关部门齐心协力，涂料配方设计师们精心设计，使我国新一代玩具用塑料涂料在安全、无毒、环保等方面上一个新的台阶。
6.5塑料涂料功能化
塑料制品可替代金属、木材、皮革等材料。要使塑料制品全方位地替代以上材料，则需对塑料表面进行功能性涂层防护。现在塑料涂料已有阻燃、导电、抗静电、杀菌、高装饰性（如金属闪光、珠光、随角异色）等功能。随着科学技术的不断进步，一些新型产品的问世也将需要新颖高附加值的功能性塑料涂料与之配套，功能性塑料涂料将成为塑料涂料的重要发展方向之一。
6.6塑料涂料UV固化
UV固化工艺是光化学反应最前沿的应用，通过一定强度的紫外光照射，瞬间固化油墨、涂料、胶等相关化学品。随着科学技术的高速发展，UV固化所涉及的领域也将会更加广泛。
7 结语
由于我国环保法律法规相对宽松，3C1B涂装工艺的低能耗、低改造投资、低VOC排放量仍然有很大的吸引力。但与国外发达国家相比，我国在塑料涂装标准及检测方法上还需要进一步地深入研究，对涂装过程中产生的问题还需要不断地探索解决。
