專利名稱：：使用火焰等離子體表面處理的塑料輪罩噴漆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種車輛外部塑料部件的噴漆方法，特別是涉及一種應(yīng)用了火焰等離子體表面處理的噴漆方法。
背景技術(shù)：
：從功能性和美觀的角度，由塑料制成的車輛外部零件需要進(jìn)行噴漆處理。代表性的外部塑料部件包括保險(xiǎn)杠、輪罩和外后視鏡外殼，它們通常是由聚烯烴(例如，聚丙烯)和尼龍制成的。這些塑料材料可以通過(guò)干涂料(drycoating)和噴漆進(jìn)行功能性表面處理以改善耐氣候性、抗磨損性、耐腐蝕性和外觀質(zhì)量。目前用于外部塑料部件噴漆的工藝包括用于去除制品表面上異物的預(yù)處理和用于改進(jìn)制品和涂層之間附著力的底漆涂布工藝。更具體來(lái)說(shuō)，這種用于外部塑料部件噴漆的方法包括下述步驟1)使用樹(shù)脂將塑料部件注模成設(shè)計(jì)的形狀和形態(tài)；2)清潔注模塑料部件的表面(預(yù)處理)；3)涂布底漆以提高部件和涂層之間的附著力，并使底漆干燥；4)涂布底層油漆以表現(xiàn)所需的顏色，并使底層油漆干燥；5)涂布清漆以保護(hù)底層油漆層，該清漆是透明的或含有光敏劑(去光劑)。底漆涂布在外部塑料部件的整個(gè)表面上，且底層油漆涂布在底漆層上。清漆涂布在底層油漆上，由此形成了三層。通過(guò)底層油漆的官能團(tuán)和注模制品表面的官能團(tuán)之間的結(jié)合形成了涂層。然而，在車輛的外部塑料噴漆部件中，例如，輪罩是由非極性的尼龍制成的，其顯示與極性油漆的附著力不足。在這種情況下，涂布底漆以提高這些部件與極性油漆之間的附著力。為了在不進(jìn)行底漆涂布工藝的情況下確保底層油漆和制品之間的附著力，需要提高注模制品的表面張力。實(shí)際上，通過(guò)使用尼龍材料而注模成型的輪罩制品的表面張力為大約35mN/m。這種水平的表面張力很容易由于注模制品表面和油漆之間的附著力不足而引起剝落。
發(fā)明內(nèi)容為克服上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了大量的研究，并發(fā)現(xiàn)使用火焰等離子體表面處理可以省略傳統(tǒng)的預(yù)處理和底漆涂布工藝。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種車輛外部塑料部件的噴漆方法，其中應(yīng)用了火焰等離子體表面處理?？捎糜诨鹧娴入x子體表面處理的優(yōu)選變量是要導(dǎo)入至外部塑料注模制品上的空氣/LPG或空氣/LNG的氣體混合比、等離子體源和外部塑料注模制品之間的距離、等離子體處理速率和氣體混合量。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，空氣/LPG的氣體混合比為大約25:1-30:]。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，距離為大約7-12厘米。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，等離子體處理速率為大約25-55米/分鐘。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，氣體混合量為大約600-800升/分鐘。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，空氣/LNG的氣體混合比小于大約25:1。要理解的是，本文所使用的術(shù)語(yǔ)"車輛"或"車輛的"或其他類似的術(shù)語(yǔ)通常包括機(jī)動(dòng)車輛，如包括運(yùn)動(dòng)型多功能車(SUV)的客車、公共汽車、卡車、各種商用車；包括各種小船和艦船的水運(yùn)工具；航空器和類似物。本發(fā)明的其他方面討論如下。具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述。本發(fā)明涉及一種使用火焰等離子體表面處理的塑料輪罩噴漆方法。特別是，本發(fā)明涉及一種在車輛外部塑料部件中的尼龍輪罩的噴漆工藝中可省略傳統(tǒng)的預(yù)處理和底漆涂布工藝的等離子體表面處理方法。等離子體，即，物質(zhì)的第四態(tài)，是指當(dāng)氣態(tài)分子吸收一定水平的能量時(shí)其以帶電粒子(陰離子、陽(yáng)離子、自由基或電子)和電中性粒子(原子)存在的狀態(tài)。這種等離子體以高度反應(yīng)狀態(tài)的形式存在，并與其他的物質(zhì)迅速反應(yīng)。固體表面可通過(guò)使用高度反應(yīng)性的等離子體而進(jìn)行化學(xué)改性。用于改善附著力的等離子體表面處理方法的例子包括化學(xué)蝕刻、電暈放電處理、電表面處理和火焰等離子體處理。其中最廣泛應(yīng)用的方法是火焰等離子體處理?；鹧娴入x子體是處理塑料材料的有效方法，而且方便安裝、操作和維護(hù)。而且，火焰等離子體能夠?qū)艽蟮谋砻娣e進(jìn)行均勻的處理，并且不會(huì)產(chǎn)生有害的二次產(chǎn)物如臭氧。相反，當(dāng)用火焰等離子體處理時(shí)，非極性尼龍表面被改性為極性狀態(tài)，并在沒(méi)有底漆涂層的情況下與底層油漆的極性官能團(tuán)牢固地結(jié)合，從而能夠在輪罩部件的噴漆工藝中省略傳統(tǒng)的底漆涂布工藝。由于高溫燃燒氣體(大約1000-3000K)的作用，火焰等離子體將氧分子分解為氧自由基、離子和原子，并且含有C、N2、自由電子、正電荷和活化氣體。而且，使用含有官能團(tuán)如醚(R-O-C)、酉旨(R-CO-Or)、羧基(-COOH)和羥基(-OH)的等離子體進(jìn)行處理提高了與含氧粒子的粘附力。通常，當(dāng)表面張力增加時(shí)涂料的附著力增加。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，為增加表面張力，空氣/LPG的混合比、等離子體源和外部塑料注模制品之間的距離、等離子體處理速率和氣體混合量可以用作變量。本發(fā)明中優(yōu)選的火焰等離子體處理?xiàng)l件是空氣/LPG的混合比為大約25:1-30:1，等離子體源和部件之間的距離為大約7-12厘米，等離子體處理速率為大約25-55米/分鐘，且氣體混合量為大約600-800升/分鐘。要導(dǎo)入的氣體是空氣/LPG混合氣體。當(dāng)氣體混合比小于25:1時(shí)，表面改性度不足，因?yàn)檠鹾繕O低而可能導(dǎo)致產(chǎn)生極性。當(dāng)該比例高于30:1時(shí)，氣體的導(dǎo)入可能在機(jī)械上不穩(wěn)定，從而降低了氣體混合比的可靠性。此外，當(dāng)?shù)入x子體源和部件之間的距離小于7厘米時(shí)，部件的表面可以因高溫而損壞。當(dāng)該距離大于12厘米時(shí)，由于等離子體表面處理程度不足，因此附著力和噴漆后對(duì)加壓沖洗的耐受性也會(huì)不足。而且，當(dāng)?shù)入x子體處理速率低于25米/分鐘時(shí)，由于等離子體處理速率較慢，生產(chǎn)率可能下降。當(dāng)該速率高于55米/分鐘時(shí)，由于等離子體表面處理程度不足，附著力可能不足。而且，氣體的混合量?jī)?yōu)選為600-800升/分鐘之內(nèi)。當(dāng)該混合量小于600升/分鐘時(shí)，表面處理可能不足。當(dāng)該混合量大于800升/分鐘時(shí)，碰撞動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，可能引起急劇的溫度升高，因?yàn)檠趸钚晕锓N的密度會(huì)因內(nèi)流增加而增加。因此，部件的表面可能被損壞。應(yīng)該注意到，本發(fā)明并不限于由尼龍材料制成的輪罩，并且可以應(yīng)用于任何的內(nèi)部或外部塑料部件。同時(shí)，可以使用LNG來(lái)代替LPG。優(yōu)選的空氣/LNG的氣體混合比為小于25:1。LPG的主要成分是丁烷和丙烷，而LNG含有甲烷作為主要成分?？紤]到烴含量的差異，LNG含量要被控制在相對(duì)較低的水平。實(shí)施例通過(guò)下述實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明。本文中的實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，但不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。實(shí)施例1-9在本文的噴漆工藝中使用購(gòu)自德國(guó)Arcogas公司的燃燒爐和火焰處理裝置。使用市售的LPG，通過(guò)使用吹風(fēng)機(jī)供應(yīng)空氣。使用空氣和氣體混合裝置來(lái)將空氣和氣體混合，混合氣體供應(yīng)至燃燒爐中。通過(guò)注模成型而制備的輪罩制品的表面處理采用購(gòu)自Arcogas公司的等離子體裝置，使用下述氣體混合比、等離子體源和部件之間的距離、以及等離子體處理速率作為變量，在根據(jù)試驗(yàn)L9(34)的Taguchi設(shè)計(jì)的表l中的條件下進(jìn)行氣體混合比(空氣LPG)28:1、26:1和24:1等離子體源和部件之間的距離5厘米、7.5厘米和10厘米等離子體處理速率30米/分鐘、40米/分鐘、50米/分鐘為確定等離子體表面處理的最佳條件，在每個(gè)實(shí)施例中使用表面張力測(cè)量用檢測(cè)油墨來(lái)測(cè)量表面張力，其也用于歐洲(DIN，DeutschesInstitutfUrNormung)和美國(guó)(ASTMD-2578)。對(duì)通過(guò)尼龍66注模成型而制備的輪罩制品，在表l中所示條件下進(jìn)行等離子體表面處理以代替底漆噴漆。將底層油漆[11丁5790-A-SPRINGSILVER,KCC]涂布至20到30微米的厚度，在室溫下干燥5到10分鐘。涂布清漆[UT5015-A-9000,KCC](30到40微米)，并在70。C下干燥30分鐘，從而得到樣品。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>比較例洗滌通過(guò)尼龍66注模成型而制備的輪罩制品，作為預(yù)處理。將底漆[RP143-GREY，KCC]涂布在制品上以增加制品和底層油漆之間的附著力，涂布的厚度為5到10微米，在室溫下干燥5到IO分鐘。將底層油漆[UT5790-A-SPR1NGSILVER,KCC]涂布到20到30微米的厚度，并在室溫下干燥5到10分鐘。將清漆[UT5015-A-9000，KCC]至30到40微米的厚度，并在7(TC干燥30分鐘，從而得到樣品，其與目前在不使用火焰等離子體表面處理的大規(guī)模生產(chǎn)中獲得的產(chǎn)品相同。檢測(cè)例使用實(shí)施例和比較例中制備的樣品，如下觀察噴漆部件的特性。1)外觀對(duì)在實(shí)施例和比較例中制備的試樣的外觀進(jìn)行評(píng)價(jià)。當(dāng)其顯示很容易觀察到的損壞如溶脹、剝落、裂開(kāi)、針孔、氣孔、異物、斑痕、油漆污染和桔皮樣皺紋，則將試樣評(píng)價(jià)為損壞。而且，如果提供的是具有下限的樣品，則試樣應(yīng)該具有至少與該樣品相同的質(zhì)量。2)初始附著力在實(shí)施例和比較例中制備的每個(gè)試樣上以2毫米的水平和垂直間隔分別劃出11條交叉的劃線(elevencross-cuts)。用軟毛刷清潔表面。以合適的寬度和長(zhǎng)度預(yù)先將膠帶牢固地粘貼在試樣上，然后以90°的角度強(qiáng)行撕脫。計(jì)算剝離的格子數(shù)目。在總共100個(gè)格子中，剝離的格子數(shù)與附著力的優(yōu)異性成反比。3)防水性在實(shí)施例和比較例中制備的試樣在40士2。C的純水中浸泡240小時(shí)，在室溫下儲(chǔ)存1小時(shí)，然后進(jìn)行附著力試驗(yàn)。樣品不應(yīng)顯示劣化如變色、褪色、溶脹、裂開(kāi)、以及附著力和抗彎曲性下降。4)對(duì)加壓沖洗的耐受性在實(shí)施例和比較例中制備的每個(gè)試樣上以2毫米的水平和垂直間隔分別劃出ll條交叉的劃線，形成100個(gè)方格。在下述條件下進(jìn)行噴水試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)后仍然存留的方格數(shù)壓力70kgf/cm^噴射距離100毫米、噴射角度45°、水溫23±5°C、以及噴水時(shí)間30秒。通過(guò)將5個(gè)試樣的檢測(cè)數(shù)值平均來(lái)評(píng)價(jià)每種性質(zhì)，結(jié)果顯示在表2中。2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2顯示了涂層性能(例如，初始附著性、防水試驗(yàn)后的附著性、以及對(duì)加壓沖洗的耐受性)隨著表面張力的增加而增加。表1中的實(shí)施例1到3、5和6顯示，當(dāng)表面張力為62或更高時(shí)，可以獲得良好的涂層性能而不顯示任何的剝離。盡管其表面張力在實(shí)施例中最高，但實(shí)施例1仍顯示在塑料輪罩中有外部損壞，這是由于等離子體源和部件之間的距離相對(duì)較短和等離子體處理速率較慢所導(dǎo)致的高溫條件而引起的。相反，在外觀和涂層性能方面，實(shí)施例2到3以及5到6與市售產(chǎn)品(比較例1)相當(dāng)或甚至更好。這表明，本文中的火焰等離子體表面處理方法可替代傳統(tǒng)的預(yù)處理和底漆涂布工藝。本發(fā)明通過(guò)上述技術(shù)方案提供了下面的效果。在本發(fā)明中優(yōu)化了火焰等離子體表面處理的條件，如空氣/LPG的氣體混合比、等離子體源和由注模成型制成的外部塑料制品之間的距離、以及等離子體處理速率。其結(jié)果是，可省略傳統(tǒng)的預(yù)處理和底漆涂布工藝，從而減少了制造成本，同時(shí)提高了生產(chǎn)率、噴漆質(zhì)量和塑料噴漆部件的耐用性。而且，當(dāng)根據(jù)塑料部件的材料來(lái)優(yōu)化等離子體表面處理的條件時(shí)，本發(fā)明可應(yīng)用于任何內(nèi)部或外部塑料噴漆部件。本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)其舉例的實(shí)施方式進(jìn)行了具體的描述和公開(kāi)，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員要理解的是，在不背離由下面權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。權(quán)利要求1.一種車輛外部塑料部件的噴漆方法，其中通過(guò)使用要導(dǎo)入至外部塑料注模制品上的空氣/LPG或空氣/LNG的混合比、等離子體源和外部塑料注模制品之間的距離、等離子體處理速率和氣體混合量作為變量來(lái)應(yīng)用火焰等離子體表面處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的空氣/LPG的混合比為大約25:1-30:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的距離為大約7-12厘米。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的等離子體處理速率為大約25-55米/分鐘。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的氣體混合量為大約600-800升/分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的空氣/LNG的氣體混合比小于大約25:1。全文摘要本發(fā)明涉及一種車輛外部塑料部件的噴漆方法，特別是涉及一種應(yīng)用了火焰等離子體表面處理從而替代了傳統(tǒng)的預(yù)處理和底漆工藝的噴漆辦法。優(yōu)選火焰等離子體表面處理使用下述參數(shù)作為變量要導(dǎo)入至外部塑料注模制品上的空氣/LPG或空氣/LNG的氣體混合比、等離子體源和外部塑料注模制品之間的距離、等離子體處理速率和氣體混合量。文檔編號(hào)B05D3/00GK101357363SQ200710301919公開(kāi)日2009年2月4日申請(qǐng)日期2007年12月20日優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日發(fā)明者全湖鐸申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社;起亞自動(dòng)車株式會(huì)社