汽车行业喜欢塑料的重量轻、耐冲击、透明、阻燃和设计灵活性。然而，塑料容易受到三个潜在缺点的影响:长时间暴露在天气条件下会降解，用很小的力量就会刮伤或损坏，以及容易受到化学物质和/或溶剂的攻击。这些问题中的任何一个都可能导致产品故障或消费者投诉。最近，一种新的硬涂层技术已经开发出来，可以克服这些问题，为汽车外部塑料部件提供更持久的保护表面。

新的硬涂层系统被用于丰田®苔原®装饰，在其他应用。图片由LexaMar公司提供，博因市，密歇根州(丰田和Tundra是丰田汽车公司的注册商标)


图1。大灯涂有紫外线固化硬涂层硅胶。

随着世界关注燃料效率、替代燃料和CO对环境的影响 2 在排放方面，汽车行业正在寻找新的解决方案来减轻车辆重量。其目标是用更轻的材料制造的零件取代历史上笨重的零件，以满足消费者对美学的需求，并满足适用的政府法规。

鉴于这些目标，塑料部件是一个有吸引力的选择。塑料相对较轻，对环境的影响可能较小，因为减轻重量通常会提高燃料效率。此外，塑料零件加工的多功能性为行业提供了设计选择，支持消费者的产品差异化。当选择聚碳酸酯(PC)和聚丙烯酸酯等塑料来替代大灯(图1)和后视镜中的玻璃时，就证明了这些优点。

然而，塑料也给汽车行业及其供应商带来了重大挑战。尽管塑料具有许多可取的特性(重量轻、耐冲击、透明、阻燃和设计灵活性)，但它容易受到三个潜在缺点的影响:1)长时间暴露在天气条件下(紫外线、热、水)时降解，2)小力刮伤或损坏，3)易受化学和/或溶剂的攻击。任何这些潜在的缺陷都可能导致产品失效和/或消费者抱怨塑料部件老化太快——消费者希望汽车保持光泽。因此，虽然塑料为汽车行业及其供应商提供了许多理想的功能，作为较重部件的替代品，但目前还没有“完美的材料”可以解决零部件需要在汽车中长期使用且看起来仍然像新的问题。

图2。硬涂层和非硬涂层部件之间的比较。资料来源:纽约沃特福德的动量性能材料研究实验室。

随着汽车工业不断改进塑料的新应用，硅基硬涂层已成为一项使能技术。有机硅硬涂层有可能为汽车设计师和客户提供额外程度的保护appliqués，镜壳，天窗，通风口格栅和聚碳酸酯(PC)外部装饰，许多今天的汽车和卡车。这些塑料部件在长期暴露于恶劣的使用环境后，传统上容易褪色和开裂。硅基硬涂层，特别是热固化硬涂层，使许多公司能够实现持久、高光泽的表面，为汽车外部塑料部件提供更持久的保护表面(见图2)。硬涂层有助于在不牺牲耐用美学或性能的情况下使用塑料。

热固化有机硅硬涂层的合成总体方案。左下方的TEM图像是固化的硅胶硬涂层。固化涂层中的纳米二氧化硅显示在图像中的黑色球体中。

硬盖进步

虽然热固化的硅树脂硬涂层在市场上已经很长时间了，但更苛刻的性能要求导致了由硬涂层面漆和底漆组成的双组分硅树脂硬涂层体系的发展。*这种热固化硅胶涂层系统可以提供特殊的保护免受紫外线照射，优异的耐磨性和耐化学性。该系统通常生产高性能的聚碳酸酯防护硬涂层，为零件提供出色的保护，超过目前市场上可用的其他涂层系统的保护价值。

总的来说，有机硅硬涂层的合成和热固化过程可以概括为如图3所示。该反应过程的最终产物是一种高度交联的有机硅树脂/纳米二氧化硅复合材料，当与热固化有机硅底漆一起使用时，通常对塑料(如聚碳酸酯)具有优异的附着力，并且具有很高的耐磨性和耐刮擦性。专利的紫外线吸收剂提供了涂层系统的紫外线屏蔽性能。这些紫外线吸收剂是目前已知的最光稳定的紫外线吸收分子之一，它们在先进的热固化硅树脂涂层系统中的使用为涂层提供了独特的性能特征。

图4。佛罗里达州和亚利桑那州向南5度(与地平线)的室外暴露数据。(测试数据;实际结果可能有所不同。)

新的硬涂层系统的耐候性研究正在进行中。图4中的图表显示了透明聚碳酸酯(Lexan†LS2-111)样品在佛罗里达州和亚利桑那州5度条件下的透光率和雾霾变化，硬涂层面漆的厚度从4.5微米到8.5微米不等，底漆厚度从1.5微米到2.5微米不等。

图5。来自佛罗里达和亚利桑那州测试的聚碳酸酯涂层新硬涂层系统5度风化样品的照片。每个面板的前20%未涂覆，显示了风化暴露对未涂覆PC的影响。(测试结果;实际结果可能有所不同。)

图4中的数据和对如图5所示的样品的分析表明，在“自然天气”暴露(佛罗里达州和亚利桑那州)5年后，新的硬涂层系统保持了优异的光学性能，没有开裂、脱层或粘附损失。



图6。加速风化数据。样品根据改进的SAE J1960协议(带boro/boro滤光片的氙气光源)进行风化。(测试数据;实际结果可能有所不同。)

加速风化测试结果进一步支持了其风化性能(图6)。这些数据表明，涂有新型硬涂层面漆和底漆体系的透明聚碳酸酯(Lexan LS2-111)样品的透光和雾霾性能与佛罗里达和亚利桑那州自然测试中观察到的情况相似。与自然风化测试一样，在整个加速暴露测试期间，附着力都保持不变。图6中的数据显示，涂有新硬涂层系统的PC在氙气暴露下可保持高达~15 MJ/m2的光学性能，这相当于在佛罗里达州(朝南5度)自然暴露5年。

表1。

持久，高光泽的表面处理

由于其优异的耐磨性和优异的耐化学性，高级硬涂层系统的高光泽外观可以长期保持。更重要的是，这种新的硬涂层系统似乎比其他商用硬涂层系统的持续时间长两到三倍。新系统的性能特点如表1所示。

新的硬涂层系统已经在汽车行业得到应用。随着汽车制造商寻求在不影响耐久性的情况下减轻汽车重量的新方法，可能会有更多的应用。


更多信息，请访问www.momentive.com．


作者的确认
感谢LexaMar Corp.， Boyne City, MI和USi Inc.， Rockford, TN对本文的帮助。


*新的硬涂层系统作为面漆(AS4700)和底漆(SHP470)由康涅狄格州威尔顿的Momentive Performance Materials提供。
Lexan是SABIC创新塑料IP的商标。