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ABS塑料制品表面前處理與涂裝工藝探討
1.9.1 前言摩托車(踏板車)外表裝飾件的80%以上是采用ABS塑料制品，因此其涂裝質量直接影響摩托車的市場競爭力。本文對ABS塑料制品的前處理及涂裝工藝進行介紹，分析探討由于ABS塑料材質的特殊性而對其前處理及涂裝的一些特殊要求。1.9.2 表面特性ABS（丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三元共聚物）屬熱塑性樹脂類塑料，具有較高的機械強度和良好的加工性能，但其硬度低，耐候、耐溶劑性差，可通過塑料表面的二次加工來改善。涂裝是塑料表面二次加工的重要方法之一。ABS塑料在涂裝時常出現附著效果不好、失光、麻點等問題，其原因主要有，表面張力（小于100mN/cm），溶解度參數與涂料中樹脂、溶劑的溶解度參數差異較大，在成型時產生的內應力易產生漆膜裂紋或降低涂層光澤等缺陷，表面易產生靜電和吸附灰塵，影響涂裝效果。1.9.3 表面前處理塑料表面的油污會極大地降低涂料的附著力，油污中含有脫膜劑（硬脂酸鹽、蠟、聚乙烯醇等）、助劑（增塑劑、防靜電劑、潤滑劑、防老劑、防燃劑）、其他（潤滑油、灰塵）等。1.9.3.1 處理方法（1）手工擦試法 這種處理方式勞動強度大，通常應用于產量低的情況。手工擦試弊病很多，由于人工的原因，導致質量不穩(wěn)定，已擦臟的布會導致塑料表面再次污染，而且溶劑對操作者有害，污染環(huán)境。（2）溶劑蒸氣脫脂法 該方法能有效地除去表面的油污、脫膜劑、防靜電劑等弱界面層，使表面粗化多孔，從而提高涂料的附著力。但高溫作業(yè)不利于安全生產。（3）水溶液處理法 水溶液處理法尤其適合產量大、生產效率高的情況，這種處理方法具有質量穩(wěn)定、環(huán)境危害輕、成本低、易操作等優(yōu)點，正在逐漸取代上述兩種方法。1.9.3.2 工藝流程預脫脂→脫脂→一次水洗→二次水洗→去離子水洗→活化→吹干→水分烘干（70～75℃，15min）ABS塑料制品的前處理可以流水線生產，各工序全部采用噴淋處理并通過懸鏈運送，設備采用密封防塵室體結構。1.9.3.2.1 脫脂一般采用含有表面活性劑的水系脫脂劑噴淋清洗，時間2～3min，噴射壓力20～30PSI，溫度45～55℃。脫脂配方含有磷酸鹽、硅酸鹽、表面活性劑、無機礦物質等。脫脂劑在重復使用時，槽液中的雜質、污物積累，會造成塑料表面污物的再次附著，影響涂層質量，因此應加強槽液的過濾與更新管理。水系脫脂劑脫脂效果好、質量穩(wěn)定，但其排放的廢水中含有磷。同時它是一種蝕產品，對低碳鋼材質的槽體和設備內部必須襯玻璃鋼，延長設備的使用壽命。針對上述兩點，建議采用不銹鋼結構的設備和槽體，以增加設備的使用壽命，排放前廢水必須治理達標后才能排放。 1.9.3.2.2 活化活化是采用含有水性高分子的水系表調劑來處理的工藝，可以采取室溫噴淋方式，時間1min，噴射壓力7～14PSI。活化的作用有助于去除硬水，把含憎水基的塑料表面轉換為含親水基的表面，在塑料表面形成一層均勻的薄膜，厚度不超過5nm，但其改進了涂料對塑料表面的潤濕性和附著力。活化后要用潔凈的壓縮空氣吹干，并在70～75℃烘干15min。1.9.3.3表面清潔度塑料表面處理后必須進行其清潔度的檢查，以保證隨后的涂裝質量。（1）觀察接觸角 在處理后的塑料表面滴上液滴，完全鋪展說明處理效果好，接觸角小。（2）水浸潤法 將處理后的塑料制品浸入水中，取出后觀察水膜的完整性。（3）測定涂層附著力 采用《GB9286-88色漆和清漆漆膜的劃格試驗法》，如果附著力差，排除了涂料、環(huán)境、人為操作等其他問題，就可能是塑料表面未清洗干凈。1.9.4 涂裝由于塑料表面特殊結構，雖然通過表面前處理對塑料表面進行改性，清除了弱界面層，活化塑料表面，增加了涂膜的附著力，但涂料的選擇、涂裝工藝和涂裝環(huán)境管理也會影響涂層質量。1.9.4.1 涂料涂料的選擇須遵從"相似相溶原則"，以保證ABS與涂料樹脂、溶劑的混溶性良好，使涂膜和塑料表面形成一個很薄的互溶層，增強粘著力。ABS涂裝多采用丙烯酸或聚氨酯涂料。為了獲得優(yōu)質裝飾保護性涂層，一般用雙組分聚氨酯底漆噴涂2～3次，流平5min后，再濕碰濕噴涂雙組分聚氨酯面漆。ABS塑料表面溶解度參數約為9.6，而聚氨酯的溶解度參數約為10.0，丙烯酸的溶解度參數約為9.4，顯然，這兩種涂料體系與ABS底材的溶解度參數、表面張力匹配性較好，在ABS底材上具有良好潤濕性和附著性。1.9.4.2 涂裝ABS制品的熱變形溫度為75～107℃，且ABS制品表面電阻高，易產生靜電，吸附灰塵，因此噴漆前一般都采用離子化空氣除塵。涂裝工藝流程：表面前處理的ABS制品→離子化空氣除塵→空氣噴涂底漆→流平5min→空氣噴涂面漆→流平10min→烘干（70～75℃，30min）。手工空氣噴涂工藝的涂裝效率只有20%～30%左右，涂料損失大，隨著塑料制品用量的大幅度提高，建議批量大的ABS塑料制品采取靜電噴涂工藝。靜電噴涂前必須先用離子化空氣除靜電（AS-20型延伸排列電離空氣除塵器靜電中和能力強），然后采用醇類溶劑對其表面進行導電性處理，降低其表面電阻，同時，靜電噴涂要求嚴格控制涂料的電阻和粘度，通常涂料電阻值的最佳范圍在35～45MΩ，涂料的施工粘度較空氣噴涂低2s。采用靜電噴涂的涂裝效率可達到90%左右，涂裝效率計算公式值得注意的是，ABS塑料涂裝后，漆膜表面易產生細微裂紋，其原因很復雜，目前比較傾向于與塑料加工時產生的殘余內應力或是與溶劑揮發(fā)后表層體積收縮產生的應力有關。塑料的臨界開裂應力與塑料的內聚能、涂料用溶劑類型、溶劑的揮發(fā)速度、溫度之間存在相互關系，溶劑揮發(fā)快，容易產生應力，也就易產生裂紋。因此，在選用涂料溶劑時，應將高沸點和低沸點溶劑配比使用，同時應選擇適當的干燥方式，控制溶劑的揮發(fā)速度，減少干燥過程中產生應力。1.9.4.3 管理表面處理后的制品應盡快涂裝，同時應加強涂裝環(huán)境清潔度管理，采取適當的防塵措施，保證涂裝周圍環(huán)境的清潔度。（1）噴漆室除塵 一般每周檢查、清理噴漆室1次，保證噴漆室內的風速穩(wěn)定，靜電噴漆室風速為0.2～0.3m/s。根據產量進行定期的檢查、清理和更換噴漆室送、排風系統(tǒng)內的過濾材料。（2）烘干室除塵 每周對烘干室內部進行清掃，根據具體生產情況定期檢查、清理過濾器。（3）現場清潔 每天清理生產現場，保證車間內塵埃許可度控制在塵埃粒徑5μm以內、塵埃個數300個/cm3以下。1.9.4.4 ABS 涂層性能按照摩托車ABS塑料制品涂裝質量要求，聚氨酯雙組分漆和丙烯酸漆能滿足ABS塑料制品的涂裝質量要求，聚氨酯雙組分漆在硬度和耐候性方面更具有優(yōu)勢，尤其適合高檔車型。聚氨酯雙組分漆和丙烯酸漆性能檢測結果比較見表1-9-1。1.9.5 結論ABS塑料制品涂裝雖已在摩托車行業(yè)得到廣泛應用，但其前處理大部分注塑件加工家仍以手工擦拭與溶劑法結合使用，漆膜常出現開裂、附著性差等問題。對此，本文系統(tǒng)地介紹了ABS塑料制品涂裝前處理及涂裝的一些工藝要求，批量大的產品可以采取靜電噴涂工藝，提高涂裝效率，降低涂裝公害；建議高檔車型選用聚氨酯雙組分漆。
