CN109679420A - 一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜及其制备方法。双层固体膜，包括涂覆于铝合金板材表面的有机润滑层和涂覆于有机润滑层表面的保护层，有机润滑层包括润滑性能赋予剂A、作为润滑赋予剂粘结剂的有机涂料B以及用于改善润滑性能赋予剂A分散性的润湿分散剂C；保护层为提高有机润滑层耐酸碱腐蚀性能的有机涂料D。首先将润滑赋予剂A、润湿分散剂C加入到有机涂料B中，混合均匀后涂覆在待润滑材料表面，自然表干后形成有机润滑层，再在有机润滑层上涂覆作为保护层的有机涂料D，形成双层固体膜。本发明有良好的耐酸碱腐蚀和耐候性，润滑性能良好，冲压后容易去除，并保护板材与模具表面，成形件具有优异的表面质量。

Description

一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜及其制备 方法
技术领域
本发明属于铝合金板材冲压成形加工辅助技术领域，涉及一种铝合金板材冲压成形加工表面润滑膜，具体涉及一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜及其制备方法。
背景技术
由于汽车铝板覆盖件对强度、成形性、表面精度、烘烤硬化等方面的特殊要求，简单的移植原有钢板冲压成形中润滑工艺极易产生缺陷，不仅不能满足制造要求，还会带来资源的浪费和环境污染问题。目前世界各国都在加强车用铝合金板材表面处理及润滑材料的基础问题研究，并形成了一系列具有知识产权的润滑材料产品。铝合金覆盖件薄板成形技术与发达国家的平均水平差距较大，在铝板轧制工艺末端直接进行表面处理和润滑材料涂覆方面，仅有个别研究和专利，均不宜进行大规模的生产。
固体润滑既可以降低铝合金板材成形力、减少缺陷、改善冲压件的光洁度、延长模具的使用寿命，又能避免润滑油挥发造成的污染和失效，实现冲压车间的清洁生产，应用于汽车车身覆盖件的冲压加工固体润滑剂已有一定规模的使用。但在大规模工业应用过程中，铝合金冲压润滑剂必须满足以下几个要求：1、具有良好的耐候性和耐酸碱腐蚀性能。工业生产过程中，同一批采购的冲压铝板往往需要满足几个月的连续生产需求，所以铝板上涂敷的润滑层寿命必须保证在几个月以上；2、制备工艺不能过于复杂。过于复杂的涂敷工艺不仅会增加工业应用的成本，还很容易导致涂敷过程中出现各种缺陷；3、润滑介质应当在固体粘合剂中具有优异的分散性。许多学者的研究结果都表明，固体润滑剂中润滑介质的分散性会对冲压润滑效果产生差异，而这种差异将直接影响铝合金板材的成形性能；4、在冲压结束后必须具有良好的易去除性能。冲压生产是车身覆盖件制造的中间过程，为了不影响后续的喷漆、焊接等工序的质量，涂敷的润滑剂必须能方便快捷的进行去除，且无残留。
但是目前的铝合金板材冲压用固体润滑剂发明中，并没有全面的考虑到这些问题。例如CN100509181C中公开了一种含有聚乙二醇和石蜡的树脂类润滑膜，虽然该润滑膜能够提供较好的冲压润滑性能，但制备工艺较为复杂，不利于大规模工业生产，且冲压结束后树脂必须使用碱溶液去除。而铝合金极易与碱溶液发生化学反应，导致成形件表面发生腐蚀，影响成形件表面质量。此外该专利对润滑赋予剂的分散情况也没有进行说明。CN102808169A公开了一种铝合金的润滑方法，该方法在铝合金磷化处理的基础上，置于脂肪钠中形成一层硬脂酸钠层作为润滑作用，虽然该方法提高了磷化层与基体的结合力，但处理方法较为复杂繁琐，同时对处理铝合金的冲压润滑性能未深入进行评定。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中问题，本发明提供了一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜及其制备方法，针对铝合金板材的冲压成形提供一种可以长时间保存，耐酸碱腐蚀的双层固体剂，同时这种润滑剂还具有制备简单、润滑介质分散均匀以及优异的润滑性能，该双层固体膜具有较优异的耐酸碱腐蚀性能、耐候性能、冲压润滑性能及成形性能，能够有效地保护成形件表面，并且在冲压成形结束后能够很方便的去除。
本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现：
一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜，其特征在于：包括涂覆于铝合金板材表面的有机润滑层和涂覆于有机润滑层表面的保护层，所述有机润滑层包括润滑性能赋予剂A、作为润滑赋予剂粘结剂的有机涂料B以及用于改善润滑性能赋予剂A分散性的润湿分散剂C，有机润滑层中润滑性能赋予剂A、有机涂料B、润湿分散剂C的重量份分别为：10～30份、70～90份、0.2～2份；所述保护层为提高有机润滑层耐酸碱腐蚀性能的有机涂料D。
作为优选，所述润滑性能赋予剂A选自聚四氟乙烯微粒、二硫化钼微粒以及高分子量聚乙烯微粒中的一种或任意几种组合。
作为优选，所述润滑性能赋予剂A的平均粒径为0.5～3微米。
作为优选，所述有机涂料B为聚乙烯醇缩丁醛。
作为优选，所述润湿分散剂C为高分子羧酸、改性聚硅氧烷、二者混合物以及高分子型界面活性剂中任意一种或者几种组合。
作为优选，所述润湿分散剂C选自海名斯特殊化学公司生产的Disponer 904S，Disponer903中的任一种。
作为优选，所述有机涂料D为丁二烯-苯乙烯共聚物。
一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)按照比例将润滑赋予剂A、润湿分散剂C加入到有机涂料B中，并加入稀释剂进行稀释，随后通过机械搅拌方式混合，使得润滑赋予剂A均匀充分地分散，得到前驱流体；
步骤(2)将步骤(1)所得前驱流体喷涂或刷涂在待润滑材料表面，待其自然表干后，即形成有机润滑层。
步骤(3)将有机涂料D加入到稀释剂中，经过充分搅拌使有机涂料D完全溶解，再通过喷涂或刷涂将稀释后的有机涂料D涂覆在步骤(2)制备的有机润滑层表面，待其自然表干后，即形成所述双层固体膜。
作为优选，所述稀释剂为有机溶剂，所述稀释剂的加入量与双层固体膜各组份总质量之比为0.6～1.1∶1。
作为优选，所述有机润滑层涂覆厚度为5～35微米，稀释后的有机涂料D的涂覆厚度在5～15微米。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)双层固体膜原料简单，涂覆工艺非常简便。
(2)润滑介质在粘合剂中的分散性达到最好，基本无团聚现象。
(3)双层固体膜耐强酸碱腐蚀，且具有较好的耐候性，可以长时间保存。
(4)冲压润滑性能优异，能够有效地减小冲压力，减小模具磨损。
(5)对铝合金板材表面具有优异的保护能力，成形件具有较高的表面质量。
(6)成形结束后双层固体膜极易去除且基本无残留。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明涂覆双层固体膜的铝合金冲杯试样的结构示意图；
图2为对比例2固体润滑层中润滑赋予剂A的分散情况；
图3为对比例2固体润滑层剖面中润滑赋予剂A的分布情况(可明显见到团聚)；
图4为本发明所述实施例1固体润滑层中润滑赋予剂A的分散情况；
图5为本发明所述实施例1固体润滑层剖面中润滑赋予剂A的分布情况(整体较为平滑)；
图6为对比例1、对比例2与实施例1所得润滑剂的冲压力行程曲线。
附图标记：1-保护层，2-有机润滑层，3-铝合金板材，4-润滑性能赋予剂A。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明一种预涂覆铝合金板材冲压成形加工的双层固体膜的具体实施方式及工作原理进行详细说明。试验设备和材料的选用及试验参数的制定仅用于更清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜，包括涂覆于铝合金板材3表面的有机润滑层2和涂覆于有机润滑层2表面的保护层1，所述有机润滑层2包括润滑性能赋予剂A4、作为润滑赋予剂粘结剂的有机涂料B以及用于改善润滑性能赋予剂A4分散性的润湿分散剂C，有机润滑层2中润滑性能赋予剂A4、有机涂料B、润湿分散剂C的重量份分别为：10～30份、70～90份、0.2～2份；所述保护层1为提高有机润滑层2耐酸碱腐蚀性能的有机涂料D。
所述润滑性能赋予剂A4选自聚四氟乙烯微粒、二硫化钼微粒以及高分子量聚乙烯微粒中的一种或任意几种组合；所述的平均粒径为0.5～3微米；所述有机涂料B为聚乙烯醇缩丁醛；所述润湿分散剂C为高分子羧酸、改性聚硅氧烷、二者混合物以及高分子型界面活性剂中任意一种或者几种组合；所述润湿分散剂C选自海名斯特殊化学公司生产的Disponer 904S，Disponer903中的任一种；所述有机涂料D为丁二烯-苯乙烯共聚物。
双层固体膜的制备
铝合金冲杯试样板材表面进行脱脂洗净烘干。
将润滑赋予剂A和润湿分散剂C加入有机涂料B中后，加入稀释剂稀释，通过机械搅拌混合，各组份重量百分比满足本发明所述范围。对于本发明的有机润滑层2的涂覆方式没有特别限制，可以采用浸渍法、喷涂法和其他方法，注意的是涂覆厚度在5～35微米之间。涂覆后在常温下自然表干10分钟润滑层即干燥固化。随后将有机涂料D加入另一种稀释剂中，通过机械搅拌使其完全溶解，通过浸渍法、喷涂法或其他方法将其均匀的涂覆在制备好的固体润滑层表面，形成保护层1，保护层1涂覆厚度在5～15微米之间，在常温下自然表干10分钟后双层固体膜即制备完成。
耐酸碱腐蚀和耐候性试验
在两个涂覆双层固体膜的铝合金圆片表面通过滴管分别滴加34％的浓盐酸和20％的氢氧化钠溶液，静置15分钟后用清水冲洗掉表面的强酸或强碱，通过肉眼观察固体膜表面的状态。
冲杯试验
进行冲杯试验前，需要先将最外层的保护层1去除。将涂覆有双层固体膜的铝合金圆片整体浸入二甲苯溶剂中，室温下静置10分钟，取出后自然风干5分钟即可进行后续的冲杯试验。
利用GBW-50冲杯试验机对待测样品进行冲杯试验，试验参数为：对比例1(市售液体铝合金冲压润滑油)、对比例2(单层聚氨酯固体润滑膜)及实施例(本发明所述的双层固体膜)，二者均通过同等条件的刷涂方式涂覆。冲杯速度值设定为20mm/min，压边力设定为30KN。铝合金板料在冲杯试验机凸模的作用下进入凹模中，并逐渐形成圆筒杯状。对比试验冲压力，冲压力较小的表明润滑效果优良。
膜层去除能力试验
冲杯试验结束后，将成形件整体浸入无水乙醇中，室温下静置15分钟，取出自然风干后通过红外光谱仪对成形件表面进行有机残留物检测。
对比例1
选用市售冲压油QH-7润滑的铝合金圆片进行冲杯试验，实验参数及实验方法如上所述。市售QH-7冲压油的理化性能如表1所示。
表1市售QH-7冲压油的理化性能
对比例2：
润滑赋予剂选择平均粒径为2.8微米的聚四氟乙烯微粒，质量份数选为10份，有机涂料选择聚氨酯，质量份数选为88.5份，润湿分散剂选择Disponer 904S，质量份数选为1份，消泡剂选择Defom 6500，质量分数选为0.5份。
实施例：
有机润滑层2中润滑赋予剂选择平均粒径为2.8微米的聚四氟乙烯微粒，质量份数选为15份，有机涂料选择聚乙烯醇缩丁醛，质量份数选为83.5份，润湿分散剂选择Disponer904S，质量份数选为1份，消泡剂选择Defom 6500，质量份数选0.5份。保护层1中的有机涂料选择丁二烯-苯乙烯共聚物，质量份数选为100份。将制得的固体润滑膜涂覆于与对比例1、对比例2相同的铝合金圆片试样进行冲杯试验。润滑赋予剂的分散情况通过法国STIL公司生产的Micromeasure2白光共焦三维形貌仪检测，检测参数为扫描面积：1mm×1mm；步长：2μm×5μm；光笔景深：300μm，结果如图2～5所示，本实施例与对比例1、对比例2的冲压力行程曲线如图6所示。
涂敷了本发明所述的双层固体膜的铝合金冲杯试样具有和原始铝合金板材相近的色泽，且固体膜质量明显优于涂敷单层聚氨酯润滑层的试样。
分别在两个涂敷了本发明所述的双层固体膜的铝合金冲杯试样表面滴加34％浓度的浓盐酸和20％浓度的氢氧化钠，静置15分钟后用清水洗掉浓盐酸和氢氧化钠，发现双层固体膜表面无破损，且无色泽变化，说明本发明所述的双层固体膜具有优异的耐酸碱能力。
从图2～5和表2结果可以看出，润滑赋予剂在实施例中的团聚尺寸和密度均小于对比例2，说明润滑赋予剂在实施例中的分散性明显优于对比例2；表3的结果表明，实施例制备的固体润滑层比对比例2制备的固体润滑层具有更好的膜基结合力。
表2对比例2和实施例中润滑赋予剂团聚尺寸
表3对比例2和实施例中固体润滑膜与铝合金板材结合力
将涂敷了双层固体膜的铝合金圆片浸入二甲苯溶剂中，静置15分钟后取出，待其自然表干后进行冲杯成形试验。图6和表4的结果表明，发明所述的润滑层在冲杯过程中最大冲压力在冲杯三个阶段明显均小于对比例1，与对比例2相差不大。结果表明本发明所述固体膜能够为铝合金板材3冲压过程提供优异的润滑性能。
将涂敷了本发明所述的双层固体膜的冲杯试样放置一个月后进行冲杯试验，冲压力基本无变化，说明双层固体膜具有良好的耐候性。
表4对比例1，2与实施例在冲杯成形过程中的最大冲压力
将对比例1，2以及实施例成形件的杯壁表面粗糙度进行测量和比较，结果如表5所示。从粗糙度结果可以看出，QH-7冲压油润滑的情况下，成形件杯壁的粗糙度Ra为0.9μm，Rz为4.8μm，而实施例中成形件杯壁的粗糙度Ra为0.2μm，Rz为1.2μm，与对比例2相同，相对QH-7冲压油Ra值减小约77.8％，Rz减小约75.0％。由此可知在本发明的固体膜润滑下，由于固体膜具有优异的润滑性能，在冲杯过程中保护板材表面，成形件表面质量极大地提高。
表5对比例1、对比例2以及本实施例成形件的杯壁表面粗糙度
将涂敷本发明所述润滑层的成形件，在冲杯结束后浸入无水乙醇溶液中，静置15分钟后取出自然风干，通过红外光谱仪对成形件表面随机检测5个区域，无有机峰的出现，说明本发明所述的润滑层极易去除，且无残留。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜，其特征在于：包括涂覆于铝合金板材表面的有机润滑层和涂覆于有机润滑层表面的保护层，所述有机润滑层包括润滑性能赋予剂A、作为润滑赋予剂粘结剂的有机涂料B以及用于改善润滑性能赋予剂A分散性的润湿分散剂C，有机润滑层中润滑性能赋予剂A、有机涂料B、润湿分散剂C的重量份分别为：10～30份、70～90份、0.2～2份；所述保护层为提高有机润滑层耐酸碱腐蚀性能的有机涂料D。
2.如权利要求1所述的双层固体膜，其特征在于：所述润滑性能赋予剂A选自聚四氟乙烯微粒、二硫化钼微粒以及高分子量聚乙烯微粒中的一种或任意几种组合。
3.如权利要求2所述的双层固体膜，其特征在于：所述润滑性能赋予剂A的平均粒径为0.5～3微米。
4.如权利要求1所述的双层固体膜，其特征在于：所述有机涂料B为聚乙烯醇缩丁醛。
5.如权利要求1所述的双层固体膜，其特征在于：所述润湿分散剂C为高分子羧酸、改性聚硅氧烷、二者混合物以及高分子型界面活性剂中任意一种或者几种组合。
6.如权利要求1所述的双层固体膜，其特征在于：所述润湿分散剂C选自海名斯特殊化学公司生产的Disponer 904S，Disponer903中的任一种。
7.如权利要求1所述的双层固体膜，其特征在于：所述有机涂料D为丁二烯-苯乙烯共聚物。
8.一种预涂覆于冲压成形加工板材表面的双层固体膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)按照比例将润滑赋予剂A、润湿分散剂C加入到有机涂料B中，并加入稀释剂进行稀释，随后通过机械搅拌方式混合，使得润滑赋予剂A均匀充分地分散，得到前驱流体；
步骤(2)将步骤(1)所得前驱流体喷涂或刷涂在待润滑材料表面，待其自然表干后，即形成有机润滑层；
步骤(3)将有机涂料D加入到稀释剂中，经过充分搅拌使有机涂料D完全溶解，再通过喷涂或刷涂将稀释后的有机涂料D涂覆在步骤(2)制备的有机润滑层表面，待其自然表干后，即形成所述双层固体膜。
9.如权利要求8所述的双层固体膜制备方法，其特征在于：所述稀释剂为有机溶剂，所述稀释剂的加入量与双层固体膜各组份总质量之比为0.6～1.1∶1。
10.如权利要求8所述的双层固体膜制备方法，其特征在于：所述有机润滑层涂覆厚度为5～35微米，稀释后的有机涂料D的涂覆厚度在5～15微米。
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