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耐磨涂层臻耐磨找东臻-浅论聚焦汽车涂料的发展与未来

发布者:武汉市东臻科技有限公司 阅读:19348

 论文关键词:汽车涂料 环保节能 发展趋势

  论文摘要:根据目前全球汽车涂料行业持续变化的特点,汽车涂料越来越受到人们的关注。介绍了汽车涂料的功用、市场上的环保节能汽车涂料,以及新近开发的节能环保汽车涂料、车用修补涂装涂料等;同时指出了开发环保涂料是人们永远的追求及今后发展趋势,高科技涂料的相继问世,为新世纪汽车涂装涂料的发展开创了美好的前景。

  1汽车涂料的发展时逢新商机

  全球汽车涂料行业目前的总销售额达34亿美元,市场持续变化是这一行业的主要特点。虽然竞争十分激烈,但目前各竞争者之间的合作及合资项目却极为普遍,这是因为所有的竞争者都有着相同的目标,那就是通过产品创新来满足环境及用户的要求。

  汽车制造业已有100多年的历史,自汽车诞生以来,尤其在近20多年中,车用油漆涂装得到了突飞猛进的发展。在汽车工业发达的国家中,汽车涂料的用量在涂料产量中占有极其重要的地位,一般仅次于建筑用涂料,但是在涂料的销售额中所占的比例最大,高于建筑用涂料。因此,各国涂料生产厂非常重视车用涂料的动向及开发,以适应汽车工业发展的需要,车用涂料的生产和技术开发有集团化、国际化的倾向。随着对环保的日益重视,低污染油漆开始应用。高固体成分的聚氨醋高温烤漆、丙烯酸聚氨醋漆和清漆普遍被使用。因为高光泽度和使用透明涂层,使得疵点更容易暴露出来,所以材料的准备工作和干净的车间环境比以往更重要,因而出现了下吸式通风喷漆房。同时珍珠漆的涂装技术进一步改进,使用了2层涂装和3层涂装,使车身的颜色更加美丽并具有幻觉感。1982年日产公司使用粉末中涂,20世纪80年代中期通用汽车公司在货车厂使用粉末中涂,粉末涂料在中间涂层中已经开始使用。1984年厚膜阴极电泳涂料在汽车厂开始使用,涂膜厚度超过30 um。后来,不少汽车厂又从厚膜阴极电泳涂料转到中厚阴极电泳涂料,漆膜厚度在25 um左右,具有与厚膜阴极电泳涂料同样好的抗腐蚀能力。

  近年来,带色的中间涂层已在美国广泛采用,其主要优点是中涂的颜色与面漆颜色配套,提高了外观装饰性。由于采用带色中涂,面漆中金属闪光底色漆的厚度可以从20 um降到15 um,而金属闪光漆的遮盖量可以降低到25 um。这样,减少了涂料的用量,避免了流挂等弊病,降低了返修率。我国的汽车制造厂家所用面漆,在20世纪60年代末至80年代中期,一般都采用中、低氨基质量分数的氨基烤漆。1985年以后采用高氨基质量分数的氨基烤漆,随着轿车工业的发展,丙烯酸树脂磁漆、优质的氨基树脂磁漆和双层面漆涂装工艺也随着引进,应用在新建的多条轿车车身涂装线上。80年代末期,在部分汽车涂装线上开始使用水性金属闪光底色漆,汽车涂料的水性化是由底到面逐步发展的,底漆已经水性化,中涂开始水性化。进人90年代,加快了使用水性化的步伐,尤其在欧洲,中涂涂料已经实现了水性化。日本水性化研究工作也已经完成,日产汽车公司开始使用水性中涂涂料。但是由于生产成本高,环保要求没有欧美苛刻,所以日本没有全面推广使用。

  20世纪90年代,一批耐酸雨、抗划伤型汽车面漆、水性涂料、高固体分涂料和粉末涂料等环保型涂料相继开发,并已广泛获得工业应用。ICI公司成功地开发出划时代的水性涂料,现各大汽车制造公司越来越多地使用这种涂料。超高固成分油漆和耐擦伤清漆也被成功开发,目前已开始被日产、丰田等汽车厂使用。同时,色母涂料的推广,不含异氰酸硅的底涂层罩透明层的安全型聚氨醋高温烤漆等一批高科技涂料相继问世,为21世纪汽车漆的发展开创了美好的前景。

  2汽车面漆越来越引起人们的关注

  汽车面漆起到保护车厢不被腐蚀及美化外观的作用,是整车质量最重要的指标之一。因为喷涂油漆占轿车生产总费用的20%,而且轿车的外表面90%以上是涂漆面,显然涂层质量(光泽、颜色、耐久性等)会直接影响外观,影响人们对汽车质量的评价。因此汽车生产厂家十分重视轿车面漆技术,往往投人巨大的资金和人力去发展和改进轿车的面漆,强调抓住视觉的第一印象。面漆以普通本色漆和金属闪光色漆、珠光色漆等3种为主,现在轿车多用金属闪光色漆和珠光色漆,喷涂这些面漆后再喷涂罩光清漆,可令整个车身明亮如镜。现在轿车车身的喷涂工艺一般按照这些程序进行,普通轿车车身要喷涂3层,由阴极电泳底漆、中涂和面漆组成,有些中高级轿车车身要喷涂4 5层,由阴极电泳底漆、中涂12层和面漆12层组成,以达到较高的外观装饰性。轿车的漆面要求映象率高,光亮如镜。除了油漆质量外,还要有相当高要求的工场环境和工艺技术。从车辆车身喷漆至烘漆的过程中,工场内要空气清洁,不能有过量的尘埃。由于科技的进步,今天的喷涂工艺与十几年前的喷涂工艺相比已有很大的发展,无论油漆的颜色、勃结性、添加剂、稳定剂、溶解系统和工艺技术均发生了变化,而且这种变化目前仍在进行之中,使轿车面漆质量得到很大的提高。在现代化工厂内,油漆的调色、喷涂方式均已实现电脑化管理。

  进人新世纪以来,我国汽车工业取得了长足的进步,汽车拥有量更是以惊人的速度在递增,其中最显着的是轿车数量迅速增加,在车辆拥有量中所占比例也越来越大,各种造型、色彩缤纷的车流已构成现代都市亮丽的风景线。轿车能起到美化城市的作用,在于其别致的造型和漂亮的外表面。但无论汽车涂膜质量如何优良,在使用过程中,气候的变化、各种原因引起的接触、擦剐,甚至碰撞等诸多原因都会导致漆膜的劣化、损伤。如何保持、恢复汽车良好的外表,越来越引起汽车修理业的重视。

  3新近开发的节能环保汽车涂料

  在近10多年中,汽车用涂料在其耐候性、耐石击性、外观装饰性、高艺术观赏性等方面都取得了很大的进展,随着人们环保意识的增强,使汽车用涂料又面临新的课题。车用涂料的最近需求是提高涂层质量、保护环境和降低成本。针对这些要求,涂料制造厂从涂料本身出发,进行了大量的研究,开发了一系列具有更大使用价值的新型涂料。

  3. 1电泳涂料

  作为汽车底线的阴极电泳涂料于1977年在福特汽车公司开始应用,当时阴极电泳涂料厚度为20 um左右。1984年厚膜阴极电泳涂料在汽车制造厂开始使用,涂膜厚度超过30 um以上。后来,不少汽车制造厂又从厚膜阴极电泳涂料转到中厚阴极电泳涂料,漆膜厚度在25 um左右,具有与厚膜阴极电泳涂料同样好的抗腐蚀能力。目前,世界汽车生产中有92%使用电泳涂料(ED),其中有90%采用阴极电泳涂料(CED )。阴极电泳涂料具有优异的渗透性,可均匀覆盖工件凹陷部位,并有极强的防腐性能,耐盐雾可达1 200 h。新一代的高流平性的阴极电泳涂料已经在美国汽车制造厂中使用。其代表产品有PPCEdl l厚膜阴极电泳涂料、Ed12中厚膜阴极电泳涂料、杜邦的Cormax TM厚膜或中厚膜阴极电泳涂料。其主要性能改进是,使漆膜表面粗糙度下降,例如Cormax TM中厚膜阴极电泳漆漆膜表面Ra0. 150. 20 um

  汽车底漆采用CED已成定局,但也有人提出采用粉末涂料作为底漆和中涂,而CED大方向不会变。今后工作主要是进一步改善性能,如降低固体温度,提高平整性和耐久性。

  3. 2中间涂层

  汽车涂料的水性化是由底到面逐步发展的,底漆己经水性化,中涂开始水性化。20世纪80年代末期,在部分汽车涂装线上开始使用水性金属闪光底色漆,进人20世纪90年代,加快了涂料水性化的步伐,尤其在欧洲,中涂涂料己经实现了水性化。日本水性化研究工作也己经完成,日产汽车公司村山工厂使用日本油脂生产的水性中涂涂料。粉末涂料在中间涂层中已经开始使用。1982年日本日产公司使用粉末中涂,20世纪80年代中期通用汽车公司在I个货车厂使用粉末中涂,近年来又在3个小型货车上使用粉末中涂。但粉末涂料在投人生产线使用以前,有几个大的难点。其中最大的难点是如何形成平滑均匀的涂膜、粉末粒子的微粒化技术以及涂装装置的稳定供给。现今,涂料和涂装方法的开发都取得了进展,原来比溶剂型涂料差的涂膜外观也得以提高,涂料的稳定供给以及涂着效率的改善已成为可能。近些年,带色的中间涂层已在美国广泛采用,其主要优点是中涂的颜色与面漆颜色配套,提高了外观装饰性。由于采用带色中涂,面漆中金属闪光底色漆的厚度可以从20 um降到15 um而金属闪光漆的遮盖量可以降低到25um。这样,减少了涂料的用量,减少了流挂等弊病,降低了返修率。

  3.3面漆

  汽车面漆分两类,即金属闪光漆和本色漆,大体上各占1/2。近几年金属闪光漆系列发展迅速,珠光漆、梦幻涂料等层出不穷,颜色也向具有高透明感、深度感、高色彩方向发展。   金属闪光漆目前在美国大多采用高固体分闪光漆,而日本采用最多的是中低固体分金属闪光漆。随着环境保护法规日趋严格,为了提高豪华轿车的漆膜外观品质,美国部分高级轿车近两年采用水性金属闪光漆,可大大降低有机挥发物(VOC)的排放。同时,水性金属闪光漆具有特殊的流变性,有利于铝粉定向,比溶剂型涂料具有更好的金属效应,所以水性金属闪光漆比水性中涂更早被日本汽车厂接受,欧美也已广泛使用。金属闪光漆水性化是必然的趋势,技术也已成熟,能很快推广应用。通用汽车公司预计,2020年前全球大部分汽车厂会采用水性金属闪光漆。5a左右在国内的汽车厂可能会有水性金属闪光漆的需求。水性金属闪光漆代替溶剂型金属闪光漆,与所有水性涂料一样,必须有恒温恒湿条件,一般施工温度为2228℃,相对湿度为60%80%。水性金属闪光漆施工后,必须有一段闪干过程,一般90,5 min左右,使水分挥发后才能喷涂双组分高固体丙烯酸涂料或粉末涂料。

  本色漆上是否再罩清漆,总的看法认为罩清漆后,漆膜外观、耐久性都有所提高。所以,美国克莱斯勒公司的所有轿车、通用汽车公司的部分轿车在本色漆上再罩上一层清漆,使漆膜外观得到改善。目前欧洲和北美均使用双组分或单组分高固体分丙烯酸罩光清漆,但是异氰酸醋一丙烯酸体系的缺陷是异氰酸醋具有毒性。因此,从环保角度来看,未来罩光清漆应是粉末涂料和水性涂料。目前,罩光清漆和本色漆以及高固体分涂料易被现在的生产线所接受,在应用中仍是主流。如果采用双组分高固体分涂料,施工固体分可达85%以上,VOC排放量己与水性漆相似,近期是可行的。粉末涂料是最有发展前途的罩光清漆,但作为本色漆,由于换色难,使用上会受到一定限制。

  4环保节能的汽车涂料是人们永远的追求

  随着人类社会的不断前进和不断完善,汽车及其相关工业的发展也必然要跟上时代前进的步伐,不断地满足社会各个方面所提出的新的要求。对于涂料而言,这些要求是针对涂料本身的改善和提高,有的则是针对使用涂料时对于环境污染的限制。

  自汽车诞生以来,经过涂料工作者们数十年的努力,作为汽车重要配套材料之一的汽车涂料的各项性能如装饰性、防腐蚀性、抗石击性、施工性以及耐候性等都有了很大程度的提高和改善,基本上满足了汽车工业的需求。但人们追求完善的要求是无止境的,研制和生产高性能的汽车涂料是我们永远的课题。保护地球环境,减少大气污染的呼声越来越高,环境问题也非常强烈地左右着汽车及其相关行业的发展。因此,高固体分化、水性化和粉末化,从20世纪开始就一直是世界涂料行业开发新产品的基本方针和发展方向。

  汽车涂料业目前所面临的最重要的问题之一是环境问题。如长期用于小汽车生产的溶剂型涂料会排放大量VOC,为了解决这一问题,美国联邦政府要求本国的3家主要小汽车制造商〔通用汽车公司(GM),福特汽车公司和戴姆勒一克莱斯勒汽车公司」共同研制生产先进的对环境友好的涂料产品。据介绍,虽然粉末涂料对环境友好且成本较低,但是由于这类涂料的涂装设备成本较高,导致涂装施工成本远远高于传统的溶剂型涂料。因此,即使研究试验成功,这种技术仍有可能要过一段时间才会得到全面应用。

  为了减少涂料的污染排放量,通用、戴姆勒一克莱斯勒及福特等汽车公司均对粉末涂料用作汽车涂料的性能进行了相关测试,以便推广应用。使用粉末清漆比使用其他粉末涂料要求更高,难度更大,因为作为清漆不仅要给涂层表面提供光泽和光亮,还需要防碎落和褪色保护。传统的清漆以漆雾的形式喷涂在汽车表面,在干燥过程中将释放出VOC,污染环境。另外,液体涂料过喷或外逸还必须进行收集和填埋处置,而这从生态学来说并非是一项完善的措施。而以干燥颗粒雾形式使用的粉末涂料不含任何溶剂,对于喷涂外逸部分可加以收集、过滤和回收,与新的粉末涂料混合用于生产线上的其他小汽车,减少了汽车喷涂过程带来的环境影响。

  除了粉末清漆之外,不久前LEPC还宣布它已启动了2个新的研究项目:粉末水浆清漆和颜料勃结粉末底漆。PPG工业公司认为,从清洗和预处理到加涂装饰性涂料及清漆罩光,都可以开发出一些对环境友好的材料以改善对环境的影响。例如可以改变材料的化学性质和应用方法,同时还可以通过提高运输效率、材料的循环利用率及减少或消除废物等方面着手进行各种改善对环境影响的工作。为了符合环境法规的要求,许多公司目前正在从它们所生产的涂料中,特别是从预处理和防腐蚀产品中清除铬、镍和铅等重金属。除此之外,还有其他公司也在对用于保护涂层的其他技术进行研究。巴斯夫公司还引人了Ureclear清漆,它是一种具有双组分氨基甲酸乙醋性质的单组分氨基甲酸乙醋清漆。通过运用这种氨基甲酸醋的化学特性,巴斯夫公司已不再需要近年来一直受到环境保护人士猛烈攻击的异氰酸酷。该公司称,他们仍将注意力集中于经济和环保方面,并为其名为EC02的研究开发计划制订了一种综合战略。如该公司正在与汽车制造商一起试验其粉末水浆清漆(一种液体与粉末涂料的混合体)。制造出这种粉末涂料,将它分散于水中,然后使用传统液体涂料的涂装设备进行喷涂,这种粉末涂料的缺点是难于控制涂膜厚度等。如制成液体涂料,就能较好地控制涂膜厚度,且这种混合物所含的VOC0.

  成本、质量及环境问题将继续影响着汽车涂料市场,涂料供应商和汽车制造商们正在寻找一种缩短涂料循环系统的最佳方法,这将给汽车业带来巨大的商机。同时制造商们还在研究一种用1层涂料代替2层甚至是多层涂料的新技术以减少烘干时间。对消费者来说,无论制造商采取什么技术或是使用什么涂料,只要性能良好就可以满足要求,但从整个社会责任来说,就必须在成本合理的基础上生产出质量良好的、用户满意的、对环境友好的产品。

  5结语

  在汽车工业发达的国家中,汽车涂料的用量在涂料产量中占有极其重要的地位,一般仅次于建筑用涂料。但它在涂料的销售额中所占的比例最大,且高于建筑涂料。因此,各国涂料生产厂家非常重视汽车涂料的发展动向及开发,以适应汽车工业发展的需要,汽车涂料的生产和技术开发有集团化、国际化的倾向。在近l0多年里,汽车涂料在其耐候性、耐石击性、外观装饰性、高艺术观赏性等方面都取得了很大的进展。但随着人们环保意识的增强,使汽车用涂料又面临种种新的课题。当今对汽车涂料的要求是提高涂层品质、保护地球环境和降低成本。针对这些要求,涂料制造厂家从涂料本身出发,进行了大量的研究,开发了一系列新型涂料。

  随着各国对环保的日益重视,21世纪汽车用漆的主要发展趋势是,除了为适应市场竞争的需要和追赶新潮流,努力提高汽车涂层的外观装饰性(高光泽、高鲜映性、多色彩化、增加立体感等)、耐擦性、抗石击性和耐环境对涂膜的污染性外,还必须降低汽车涂装过程中对环境的污染。为新世纪汽车涂装涂料的发展开创美好的前景。

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