Чистовая отделка автомобиля

Важнейшие требования, предъявляемые к автомобилям, — долговечность и красивый внешний вид. Эти качества обеспечиваются отделочными покрытиями, состоящими, как правило, из нескольких слоев ЛКМ, выбор которых весьма широк и зависит от того, какой отделке отдается предпочтение в каждом конкретном случае.

Существуют два основных вида отделочных покрытий: с насыщенным цветом и с металлическим оттенком. Последние более популярны: свыше 75 % европейцев при покупке автомобилей выбирают модели, окрашенные в цвет металлик. Однако немалая доля легковых автомобилей выпускается и в традиционном варианте — с покрытиями насыщенных цветов. В этом случае используются отделочные термоотверждаемые эмали различных цветов на алкидной, полиэфирной или акриловой основе в сочетании с меламинными отвердителями.

Разновидность автомобильных ЛКМ

Наиболее современными и популярными за рубежом являются акрило/меламинные эмали, выпускаемые в широкой цветовой гамме. Они образуют долговечные глянцевые химически, водо- и атмосферостойкие покрытия, хорошо противостоящие воздействию УФ-излучения.

Акриломеламинные лакокрасочные материалы составляют значительную часть продукции такой известной фирмы, как Du Pont (США). Среди отечественных ЛКМ для верхних покрытий автомобилей преобладают относительно дешевые алкидно/меламинные эмали горячей сушки. К их числу относятся эмали марок МЛ-197 и МЛ-1100 разных расцветок, а также более современная эмаль МЛ-1300. Эти ЛКМ по своим свойствам не уступают зарубежным аналогам и активно используются на российских автозаводах наряду с импортными.

Для формирования покрытия с металлическим эффектом применяют комплексную систему отделочных ЛКМ, включающую базисный пигментированный слой и верхний прозрачный лак. Базисный слой содержит металлические пигменты, обеспечивающие укрывистость и металлический блеск, а верхний придает покрытию в целом глянец, чистоту тона и повышенную долговечность. Лакокрасочная продукция для базисных слоев — органо- или водоразбавляемые композиции на основе термореактивных полиэфирных или акриловых смол. В некоторых случаях полиэфир/меламинные ЛКМ для базисных слоев модифицируют ацетобутиратом целлюлозы.

Решающее значение при выборе ЛКМ для базисного слоя имеет совместимость его с соответствующими пигментами. В качестве последних наиболее широко используют металлические чешуйки алюминия, обеспечивающие прозрачность покрытия за счет определенной ориентации.

В автомобилестроении используются пигменты с тонкодисперсными частицами (не более 2-9 мкм) и максимально узким интервалом их распределения по размеру. Именно такие пигменты способны создавать особый оптический эффект, называемый «флоп-эффектом». Он проявляется в том, что цвет и глянец покрытия меняются в зависимости от угла зрения.

В настоящее время на рынке имеются алюминиевые пигменты первого поколения (традиционного типа «кукурузных хлопьев») и второго поколения (типа «серебряных долларов»). Популярны также алюминиевые пигменты, состоящие из частиц алюминия, покрытых окрашенными пигментами (серия Silbertone).

В течение последних нескольких лет на практике применяют AL-пигменты, покрываемые диоксидом кремния в присутствии предварительно диспергированных органических пигментов. В результате, образуются полностью окрашенные пигменты, в которых цветные пигменты вкраплены в кремниевый слой, расположенный вокруг AL-ядра.

Выбор цветных пигментов, осаждаемых на поверхности частиц алюминия, практически не ограничен. Покрытия, содержащие такого рода пигменты, отличаются необычными декоративными характеристиками. При этом удается получить более насыщенные или более чистые цвета при сохранении «флоп-эффекта».

Для создания эффекта золотой, серебряной, медной или цветной металлической поверхности в автомобилестроении, кроме алюминия, используют бронзу, нержавеющую сталь, цинк и никель. Большую группу составляют бронзовые чешуйчатые пигменты, состоящие из меди или медно/цинковых сплавов.

Продолжают пользоваться популярностью автомобили, окрашенные эмалями с перламутровым эффектом. Важнейшим компонентом таких ЛКМ являются перламутровые пигменты, состоящие из слюды, покрытой слоем оксида металла. Перламутровые пигменты нового поколения изготавливают из чешуек оксидов кремния или алюминия, покрытых оксидами титана, железа или других пигментов с высоким индексом преломления.

Не уступая пигментам на слюдяном субстрате в том, что касается совместимости с различными ЛКМ, экологической чистоты и простоты применения, новые пигменты позволяют реализовать такие цветовые решения, которые раньше были невозможны.

Бронзовые и алюминиевые пигменты для водоразбавляемых базисных слоев выпускаются в виде концентратов, стабилизированных либо с помощью специальных добавок, либо путем нанесения на поверхность пигмента слоя из инертного органического соединения.

Производство металлических пигментов 

Крупнейшими производителями металлических пигментов на европейском рынке выступают следующие фирмы:

• Merck (Германия) — перламутровые пигменты;
• Silberline (Англия) — алюминиевые пигменты;
• Eckart (Англия) — алюминиевые, бронзовые пигменты;
• Shamrock Aluminium (Англия) — алюминиевые, бронзовые пигменты;
• Eckart-Werke (Германия) — алюминиевые, бронзовые, медные пигменты;
• Aluminium Powder (Англия) — алюминиевые пигменты.

Кроме перечисленных компаний, на рынке Западной Европы представлено большое число менее крупных производителей металлических пигментов.

К лакокрасочным композициям для базисных слоев предъявляется ряд специфических требований, главное из которых связано с вязкостью. Системы с повышенным сухим остатком плохо подходят для указанных целей из-за высокой вязкости, затрудняющей ориентацию металлических пигментов в пленке покрытия и нарушающей его гладкость. Поэтому для базисных слоев автомобильных покрытий рекомендуются ЛКМ с сухим остатком 10-20 %. Они изготавливаются на основе полиэфиров или полиакрилатов, отверждающихся с помощью меламиноформальдегидных смол при повышенной температуре.

В странах Западной Европы наиболее популярны полиэфир/меламинные композиции горячей сушки, тогда как на автозаводах Японии и США предпочитают пользоваться акрило/меламинными аналогами, образующими идеально гладкие покрытия, хотя и с менее выраженным металлическим эффектом.

С учетом современных экологических требований в качестве альтернативы органоразбавляемым базисным ЛКМ предлагается использовать рецептуры на водной основе, которые имеют подходящие для этого случая реологические характеристики.

Превосходным балансом технологических и экологических свойств обладают, например, термоотверждаемые композиции для базисных слоев, имеющие следующий принципиальный состав:

• акриловый латекс типа «ядро/оболочка» — 15%;
• акриловая смола на основе бутилакрилата, 2-этилгексилметакрилата, 2-гидроксиэтилакрилата, акриловой кислоты и 2-акриламидо-2-метилпропансульфоновой кислоты — 45%;
• латекс на основе бутилакрилата, метакриловой кислоты, 1,6-гександиолакрилата и метилметакрилата — 15%;
• меламиноформальдегидная смола — 25%.

Однако одним из важнейших требований, предъявляемых к базисным слоям автомобильных покрытий, остается совместимость с верхним прозрачным слоем, который должен обладать повышенной устойчивостью к атмосферным воздействиям, включая стойкость к УФ-излучению. Таким требованиям идеально удовлетворяют лаки на основе акриловых полимеров, отверждаемых меламиновыми смолами, содержащие добавки светостабилизаторов.

Типичная рецептура такого лака имеет следующий состав:

• акриловый полимер с молекулярной массой 4000 — 30-35%;
• бутилированная меламиноформальдегидная смола с молекулярной массой 3100 — 15-20%;
• растворитель — 50%.

Эти лаки наносят распылением в 1-2 слоя и отверждают при температуре 130-140 °С за 30 мин.

Следует иметь в виду, что в большинстве стран содержание растворителей в покрывных лаках для «металликов» ограничивается: например, в Германии — до 120 г/м², а в Европе в целом — аж до 45 г/м². Для того, чтобы соответствовать нормативам, лаки должны иметь сухой остаток не менее 60 %. Однако достичь столь высокого сухого остатка непросто, т. к. для этого следует использовать акрилат с очень низкой молекулярной массой, что в свою очередь приводит к ухудшению твердости покрытий.

Поскольку отделочные эмали и лаки при окраске кузовов наносят методами пневматического или электростатического распыления, необходимо строго контролировать вязкость материала, не допуская ее отклонения от рекомендуемых значений.

Отделочные лакокрасочные материалы с ВСО (с высоким сухим остаткам) из-за повышенной вязкости могут создавать проблемы при выборе соответствующего распылительного оборудования. Кроме проблем с сухим остатком, акрило/меламинные эмали имеют и некоторые другие недостатки, связанные с пониженной стойкостью к воздействию кислот и царапанию. Преодолеть эти проблемы можно только путем использования альтернативных технологий. Идеальным сочетанием технико-экономических характеристик не обладает ни один из видов ЛКМ. К тому же, некоторые из них — двухупаковочные системы, требующие применения специальных распылителей и особых мер предосторожности. Тем не менее, акрило/изоцианатные ЛКМ можно с уверенностью отнести к весьма перспективным.

Применение автомобильных ЛКМ

Автомобильные лакокрсочные материалы в своем ассортименте имеют подвид — полиуретановые прозрачные лаки, которые в качестве покрывных начали особенно широко применять с 1989 г. Их популярность объясняется сочетанием в полиуретановых покрытиях зеркального глянца и атмосферостойкости, включая устойчивость к кислотным дождям.

Двухупаковочные полиуретановые системы для покрывных автомобильных ЛКМ изготавливают из гидроксилсодержащих акрилатов и циклотримеров на основе гексаметилендиизоцианата и/или изофорондиизоцианата. Покрытия из указанных ЛКМ прекрасно совмещаются с базисными слоями на основе водных акриломеламинных композиций. При этом эмиссия летучих органических соединений снижается до 50 г/м². Основным методом нанесения таких материалов является распыление из двухсоплового пульверизатора.

Имеются варианты нанесения и для одноупаковочных аналогов. Например, фирма Chrysler применяет для окраски своего джипа Cherokee более выгодные одноупаковочные полиуретаны, которые позволяют использовать уже существующие линии с односопловыми распылителями. С другой стороны, для таких ЛКМ нужна достаточно высокая температура отверждения (не менее 140 °С), что делает их неприемлемыми для окраски пластмассовых деталей.

Особый интерес представляют двухупаковочные полиуретаны с ВСО, которые успешно используются для совместной окраски пластмассовых и металлических деталей автомобиля. Таким путем удается получить высокоглянцевые покрытия с отличными декоративными свойствами, создающими эффект «свежевымытой» поверхности.

Немецкая фирма Daimler-Benz внедрила такие ЛКМ в серийное производство автомобилей на своем заводе в Бремене еще в середине 1980-х гг. В конце того же десятилетия полиуретановые ЛКМ с ВСО были освоены на автомобильных заводах фирмы Ford.

Пытаясь достичь компромисса между экологическими нормами, стоимостью и качеством покрытий, автомобилестроители внедряют в практику и другие достижения лакокрасочной технологии. В частности, фирма BASF в 1997 г. предложила взамен традиционных акриломеламинных ЛКМ для верхних покрытий карбаматсодержащие аналоги. Таким путем удалось значительно улучшить поверхностную твердость покрытия. Компания Du Pont планирует в ближайшем будущем освоить новое поколение верхних прозрачных покрытий для кузовов на основе силановых композиций, которые обладают уникальной кислотостойкостью. Та же фирма активно занимается разработкой ЛКМ с ультранизким содержанием растворителей (не более 1%), которые успешно соперничают с порошками при формировании верхних покрытий. Последние единодушно признаны как наиболее преспективные лакокрасочные материалы для верхних покрытий автомобилей.

Согласно прогнозам фирмы PPG, комплекс ЛКМ для отделки автомобиля будущего будет включать следующие компоненты:

• электрофорезную грунтовку, не содержащую свинцовых добавок;
• водоразбавляемую или порошковую шпатлевку;
• водоразбавляемую композицию для базисного слоя;
• порошковую композицию для прозрачного верхнего слоя.

Предпочтения автопроизводителей

Европейские автомобильные фирмы BMW и Mercedes-Benz приступили к внедрению порошковых красок для верхних прозрачных покрытий кузовов в первой половине 1990-х гг. С этой целью они использовали и продолжают использовать соответствующие материалы крупнейших лакокрасочных компаний: BASF, PPG, Hoechst и др. К настоящему времени порошковыми материалами компании BASF на заводах фирмы Mercedes-Benz окрашено свыше 300 000 автомобилей.

Очень хорошие технико-экономические результаты по нанесению прозрачных верхних порошковых покрытий получены изготовителями автомашин BMW. По этой технологии на автозаводах BMW ежедневно окрашивается более 1000 кузовов. Серьезный интерес к такому виду ЛКМ, как порошковые краски проявляют европейские компании Volvo и Audi.

Что касается американских автомобилестроителей, то они заинтересовались порошками для отделочных покрытий несколько позднее. В 1993 г. три крупнейшие автомобильные компании США Ford, General Motors и Chrysler составили проект о намерении заменить отделочные акриломеламинные лаки порошковыми системами. В 1996 г. этот проект вступил в стадию экспериментальной проверки, а в 1997 г. на одном из заводов фирмы Ford была запущена первая линия по нанесению порошковых прозрачных покрытий на кузова автомобилей. По прогнозам американских специалистов, эта технология получила ускоренное развитие после 2000 г.

Внедряя порошковые системы на автомобильных заводах, специалисты преследуют цель не только снизить эмиссию летучих органических соединений, но и сократить объемы жидких и твердых отходов, образующихся при окраске автомобилей.

Наиболее экологически благоприятными комплексами для окраски автомобилей являются те, в которых верхний слой формируется из водоразбавляемого или порошкового ЛКМ. Поскольку применение водных систем для верхних отделочных покрытий до сих пор не получило распространения из-за неудовлетворительных декоративных качеств и технологических сложностей при сушке и нанесении, внимание специалистов к порошковым аналогам вполне объяснимо. Кроме экологических преимуществ, такая лакокрасочная продукция, как порошковая краска привлекательна тем, что она образует покрытия с великолепным внешним видом и хорошими эксплуатационными свойствами. Однако при этом следует учитывать, что не все порошки пригодны для верхних прозрачных покрытий кузовов, а только те, которые отверждаются при температуре не выше 130-150 °С и образуют покрытия, по оптическим, механическим свойствам и долговечности не уступающие покрытиям из двухупаковочного полиуретанового лака.

В наибольшей степени перечисленным требованиям удовлетворяют порошковые композиции, содержащие в качестве пленкообразователей эпоксиакрилаты, а в качестве отвердителей — полиангидриды алифатических дикарбоновых кислот. Оба эти компонента выпускаются фирмой Hoechst: эпоксиакрилаты — под маркой Synthaсryl, полиангидриды — под маркой Additol. Эти материалы стали использоваться на практике в 1991-1992 гг. На их основе была разработана оптимальная рецептура порошка для верхних прозрачных покрытий, по эксплуатационным свойствам не уступающих покрытиям из традиционных акрилоуретановых или акриломеламинных лаков.

Исключительно высококачественные верхние автомобильные покрытия можно получить на основе эпоксиакриловых порошков с унифицированными сферическими частицами размером 10 мкм, отличающимися близким молекулярно-массовым распределением. Эти краски имеют превосходный розлив и образуют тонкослойные прозрачные особо гладкие покрытия.

Как уже упоминалось выше, верхние прозрачные порошковые покрытия — это быстро развивающееся и перспективное направление. Однако до сих пор оно не стало преобладающим даже в самых развитых автомобилестроительных фирмах. Многие изготовители автомобилей продолжают использовать для этих целей традиционные эмали. Особенно это касается технологий, не предусматривающих окраску автомобилей в традиционные насыщенные тона. В этом случае система покрытия имеет две основные модификации — наиболее распространенную четырехслойную и современную трехслойную.

Впервые трехслойная система покрытия была освоена немецкой фирмой Daimler-Benz. При этом в качестве отделочного ЛКМ вместо обычного акриломеламинного лака фирма использовала двухупаковочный полиуретановый лак с ВСО. Одновременно был внедрен новый промежуточный грунт, выполняющий функции ранее применявшихся шпатлевки и базисного слоя. Таким образом, фирме удалось снизить толщину слоя покрытия и улучшить его качество за счет увеличения атмосферо- и химической стойкости, сохранности глянца, ударопрочности, эластичности и адгезии.

Несмотря на то, что переход к новой системе покрытий потребовал особых технических усовершенствований, связанных с использованием двухупаковочных ЛКМ, фирма была убеждена в перспективности своего метода. Однако в последующие годы практика показала, что трехслойная система окраски наиболее приемлема для грузовиков, пикапов и т. п.

Для легковых автомобилей, особенно класса «люкс», по-видимому, и в будущем будет превалировать четырехслойная система покрытий, содержащая, по мнению специалистов фирмы Daimler-Benz, верхний лак на основе двухупаковочного ЛКМ с ВСО, который представляет серьезный интерес, в т. ч. и в плане совместной окраски пластиковых и металлических деталей кузова.

Наиболее распространенные виды пластиков, используемых в автомобилестроении, — это термопласты, составляющие в различных странах от 75 до 95% общего объема автомобильных пластмасс. Из этого количества почти 85% приходится на долю полипропилена, 10% — на долю полиуретанов, 5% — на долю полибутилентерефталата. Кроме указанных материалов, в конструкции автомобиля применяют детали и элементы из акрилонитрилбутадиенстирольных сополимеров, термореактивных полиэфиров, полиамидов, поликарбонатов и других видов полимеров. Понятно, что окраска каждого типа пластиков имеет не только свои особенности, но и много общего.

В настоящее время в автомобильной промышленности существуют два основных способа окраски деталей из пластмасс: на одной линии и раздельная (вне линии). Последний метод, предусматривающий использование двухупаковочных полиуретанов с температурой отверждения 80 °С, получил более широкое распространение, т. к. позволяет окрашивать практически любые пластмассы, используемые в автомобилестроении. Напомним, что доля двухупаковочных полиуретанов в этом секторе в странах Западной Европы достигает 67%.

Значительно реже применяются одноупаковочные полиуретаны (9%) и водоразбавляемые композиции (3%).

В США удельный вес полиуретановых систем для окраски автомобильных пластмасс составляет 30% от общего объема ЛКМ указанного назначения. Столь высокая популярность полиуретанов объясняется их хорошей адгезией к неподготовленным подложкам из жесткого полиуретана.

В последнее время широкое распространение при окраске автомобильных пластмасс получили двухупаковочные полиуретаны на водной основе. Особый интерес представляют пластичные, мягкие на ощупь, с великолепным внешним видом покрытия из водных полиэфируретанов для внутренней отделки салона.

Как правило, пластмассовые литьевые детали окрашивают в несколько слоев. Непосредственно на деталь наносят грунтовки, улучшающие адгезию верхнего покрытия. Для этой цели в Западной Европе до сих пор используют органоразбавляемые системы, в то время как водные двухупаковочные аналоги в настоящем проходят лишь стадию освоения. (Предполагается, что в ближайшем будущем водные грунтовки на основе полиэфирполиуретановых дисперсий с температурой сушки около 121 °С, благодаря высокой эластичности и хорошей адгезии к термопластам, вытеснят органоразбавляемые аналоги полностью.) Поверх грунтовки на пластмассовые детали наносят слой промежуточного или базисного окрашенного ЛКМ, как правило, одноупаковочного. Исключение составляют полиамидные колпаки, для окраски которых применяют двухупаковочные ЛКМ.

Для формирования базисных слоев можно использовать полиуретановые водно-дисперсионные ЛКМ, т. к. они обеспечивают хороший декоративный эффект, отличные эластичность и адгезию. Для верхних прозрачных покрытий водоразбавляемые полиуретаны практически не применяются из-за сложностей технологического характера. В частности, из таких ЛКМ чрезвычайно трудно получить покрытия без кратеров толщиной 60 мкм. Однако можно не сомневаться, что перечисленные проблемы в будущем будут устранены или, по крайней мере, уменьшены.

Один из возможных вариантов преодоления недостатков полиуретановых дисперсий — использование акрилополиуретановых аналогов, устойчивых к химикалиям, механическим нагрузкам и т. д. С помощью таких гибридных акрилоуретановых дисперсий уже окрашивают детали из ПВХ в автомобильных салонах и наружные элементы автомобилей из жестких пластмасс.

При раздельной окраске металлических и пластмассовых элементов автомобиля возникают сложности, связанные как с необходимостью установки дополнительной окрасочной линии, так и невозможностью соблюсти точное соответствие цвета и оттенка покрытия на обеих подложках. Преодолеть их помогает одномоментная окраска пластиковых и металлических деталей. Для этой цели опять-таки пригодны двухупаковочные полиуретаны с пониженной температурой сушки (80-100 °С), образующие долговечные высококачественные покрытия.

Учитывая то обстоятельство, что катафорезное грунтование автомобильных кузовов требует высоких температур отверждения, представляется невозможным проводить установку пластиковых элементов до этой операции. Поэтому в промышленных условиях приходится предварительно загрунтовывать пластиковые детали. Альтернативой этой технологии является окраска пластмассовых элементов во время литья или формования. Этот способ довольно популярен: в настоящее время 40 % пластиковых деталей автомобиля окрашивается в форме.

Пионером в этой области является американская фирма General Tires. Среди европейских стран окраску пластиков в форме первой использовала французская компания Citroen, а за ней — концерн BMW.

Комплексная система покрытия наружных пластмассовых деталей автомобиля BMW включает:

• Грунтовку, наносимую в пресс-форме (80-120 мкм);
• Электропроводный грунт (20-30 мкм);
• Грунт-шпатлевку (20-30 мкм);
• Верхнее покрытие (35-45 мкм).

На отечественных автомобильных заводах (АвтоВАЗ) окраска наружных пластмассовых деталей, таких как бампер, накладки, облицовки и т.п., производится по новой технологии путем нанесения двухупаковочных акрилоуретановых ЛКМ с пониженной температурой сушки (80-90 °С).

Далее →

← В предыдущий раздел

в начало статьи