論聚焦汽車涂料的發(fā)展與未來
論聚焦汽車涂料的發(fā)展與未來
1. 汽車涂料的發(fā)展時逢新商機(jī)
全球汽車涂料行業(yè)目前的總銷售額達(dá)34億美元，市場持續(xù)變化是這一行業(yè)的主要特點。雖然競爭十分激烈，但目前各競爭者之間的合作及合資項目卻極為普遍，這是因為所有的競爭者都有著相同的目標(biāo)，那就是通過產(chǎn)品創(chuàng)新來滿足環(huán)境及用戶的要求。
汽車制造業(yè)已有100多年的歷史，自汽車誕生以來，尤其在近20多年中，車用油漆涂裝得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，汽車涂料的用量在涂料產(chǎn)量中占有極其重要的地位，一般僅次于建筑用涂料，但是在涂料的銷售額中所占的比例最大，高于建筑用涂料。因此，各國涂料生產(chǎn)廠非常重視車用涂料的動向及開發(fā)，以適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的需要，車用涂料的生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)有集團(tuán)化、國際化的傾向。隨著對環(huán)保的日益重視，低污染油漆開始應(yīng)用。高固體成分的聚氨醋高溫烤漆、丙烯酸聚氨醋漆和清漆普遍被使用。因為高光澤度和使用透明涂層，使得疵點更容易暴露出來，所以材料的準(zhǔn)備工作和干凈的車間環(huán)境比以往更重要，因而出現(xiàn)了下吸式通風(fēng)噴漆房。同時珍珠漆的涂裝技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)，使用了2層涂裝和3層涂裝，使車身的顏色更加美麗并具有幻覺感。1982年日產(chǎn)公司使用粉末中涂，20世紀(jì)80年代中期通用汽車公司在貨車廠使用粉末中涂，粉末涂料在中間涂層中已經(jīng)開始使用。1984年厚膜陰極電泳涂料在汽車廠開始使用，涂膜厚度超過30 um。后來，不少汽車廠又從厚膜陰極電泳涂料轉(zhuǎn)到中厚陰極電泳涂料，漆膜厚度在25 um左右，具有與厚膜陰極電泳涂料同樣好的抗腐蝕能力。
近年來，帶色的中間涂層已在美國廣泛采用，其主要優(yōu)點是中涂的顏色與面漆顏色配套，提高了外觀裝飾性。由于采用帶色中涂，面漆中金屬閃光底色漆的厚度可以從20 um降到15 um，而金屬閃光漆的遮蓋量可以降低到25 um。這樣，減少了涂料的用量，避免了流掛等弊病，降低了返修率。我國的汽車制造廠家所用面漆，在20世紀(jì)60年代末至80年代中期，一般都采用中、低氨基質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氨基烤漆。1985年以后采用高氨基質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氨基烤漆，隨著轎車工業(yè)的發(fā)展，丙烯酸樹脂磁漆、優(yōu)質(zhì)的氨基樹脂磁漆和雙層面漆涂裝工藝也隨著引進(jìn)，應(yīng)用在新建的多條轎車車身涂裝線上。80年代末期，在部分汽車涂裝線上開始使用水性金屬閃光底色漆，汽車涂料的水性化是由底到面逐步發(fā)展的，底漆已經(jīng)水性化，中涂開始水性化。進(jìn)人90年代，加快了使用水性化的步伐，尤其在歐洲，中涂涂料已經(jīng)實現(xiàn)了水性化。日本水性化研究工作也已經(jīng)完成，日產(chǎn)汽車公司開始使用水性中涂涂料。但是由于生產(chǎn)成本高，環(huán)保要求沒有歐美苛刻，所以日本沒有全面推廣使用。
20世紀(jì)90年代，一批耐酸雨、抗劃傷型汽車面漆、水性涂料、高固體分涂料和粉末涂料等環(huán)保型涂料相繼開發(fā)，并已廣泛獲得工業(yè)應(yīng)用。ICI公司成功地開發(fā)出劃時代的水性涂料，現(xiàn)各大汽車制造公司越來越多地使用這種涂料。超高固成分油漆和耐擦傷清漆也被成功開發(fā)，目前已開始被日產(chǎn)、豐田等汽車廠使用。同時，色母涂料的推廣，不含異氰酸硅的底涂層罩透明層的安全型聚氨醋高溫烤漆等一批高科技涂料相繼問世，為21世紀(jì)汽車漆的發(fā)展開創(chuàng)了美好的前景。
2. 汽車面漆越來越引起人們的關(guān)注
汽車面漆起到保護(hù)車廂不被腐蝕及美化外觀的作用，是整車質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。因為噴涂油漆占轎車生產(chǎn)總費用的20%，而且轎車的外表面90%以上是涂漆面，顯然涂層質(zhì)量(光澤、顏色、耐久性等)會直接影響外觀，影響人們對汽車質(zhì)量的評價。因此汽車生產(chǎn)廠家十分重視轎車面漆技術(shù)，往往投人巨大的資金和人力去發(fā)展和改進(jìn)轎車的面漆，強(qiáng)調(diào)抓住視覺的第一印象。面漆以普通本色漆和金屬閃光色漆、珠光色漆等3種為主，現(xiàn)在轎車多用金屬閃光色漆和珠光色漆，噴涂這些面漆后再噴涂罩光清漆，可令整個車身明亮如鏡。現(xiàn)在轎車車身的噴涂工藝一般按照這些程序進(jìn)行，普通轎車車身要噴涂3層，由陰極電泳底漆、中涂和面漆組成，有些中高級轎車車身要噴涂4 —5層，由陰極電泳底漆、中涂1一2層和面漆1一2層組成，以達(dá)到較高的外觀裝飾性。轎車的漆面要求映象率高，光亮如鏡。除了油漆質(zhì)量外，還要有相當(dāng)高要求的工場環(huán)境和工藝技術(shù)。從車輛車身噴漆至烘漆的過程中，工場內(nèi)要空氣清潔，不能有過量的塵埃。由于科技的進(jìn)步，今天的噴涂工藝與十幾年前的噴涂工藝相比已有很大的發(fā)展，無論油漆的顏色、勃結(jié)性、添加劑、穩(wěn)定劑、溶解系統(tǒng)和工藝技術(shù)均發(fā)生了變化，而且這種變化目前仍在進(jìn)行之中，使轎車面漆質(zhì)量得到很大的提高。在現(xiàn)代化工廠內(nèi)，油漆的調(diào)色、噴涂方式均已實現(xiàn)電腦化管理。
進(jìn)人新世紀(jì)以來，我國汽車工業(yè)取得了長足的進(jìn)步，汽車擁有量更是以驚人的速度在遞增，其中最顯著的是轎車數(shù)量迅速增加，在車輛擁有量中所占比例也越來越大，各種造型、色彩繽紛的車流已構(gòu)成現(xiàn)代都市亮麗的風(fēng)景線。轎車能起到美化城市的作用，在于其別致的造型和漂亮的外表面。但無論汽車涂膜質(zhì)量如何優(yōu)良，在使用過程中，氣候的變化、各種原因引起的接觸、擦剮，甚至碰撞等諸多原因都會導(dǎo)致漆膜的劣化、損傷。如何保持、恢復(fù)汽車良好的外表，越來越引起汽車修理業(yè)的重視。
3. 新近開發(fā)的節(jié)能環(huán)保汽車涂料
在近10多年中，汽車用涂料在其耐候性、耐石擊性、外觀裝飾性、高藝術(shù)觀賞性等方面都取得了很大的進(jìn)展，隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，使汽車用涂料又面臨新的課題。車用涂料的最近需求是提高涂層質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境和降低成本。針對這些要求，涂料制造廠從涂料本身出發(fā)，進(jìn)行了大量的研究，開發(fā)了一系列具有更大使用價值的新型涂料。
3. 1電泳涂料
作為汽車底線的陰極電泳涂料于1977年在福特汽車公司開始應(yīng)用，當(dāng)時陰極電泳涂料厚度為20 um左右。1984年厚膜陰極電泳涂料在汽車制造廠開始使用，涂膜厚度超過30 um以上。后來，不少汽車制造廠又從厚膜陰極電泳涂料轉(zhuǎn)到中厚陰極電泳涂料，漆膜厚度在25 um左右，具有與厚膜陰極電泳涂料同樣好的抗腐蝕能力。目前，世界汽車生產(chǎn)中有92%使用電泳涂料(ED)，其中有90%采用陰極電泳涂料(CED )。陰極電泳涂料具有優(yōu)異的滲透性，可均勻覆蓋工件凹陷部位，并有極強(qiáng)的防腐性能，耐鹽霧可達(dá)1 200 h。新一代的高流平性的陰極電泳涂料已經(jīng)在美國汽車制造廠中使用。其代表產(chǎn)品有PPC的Edl l厚膜陰極電泳涂料、Ed12中厚膜陰極電泳涂料、杜邦的Cormax TM厚膜或中厚膜陰極電泳涂料。其主要性能改進(jìn)是，使漆膜表面粗糙度下降，例如Cormax TM中厚膜陰極電泳漆漆膜表面Ra為0. 15一0. 20 um
汽車底漆采用CED已成定局，但也有人提出采用粉末涂料作為底漆和中涂，而CED大方向不會變。今后工作主要是進(jìn)一步改善性能，如降低固體溫度，提高平整性和耐久性。
3. 2中間涂層
汽車涂料的水性化是由底到面逐步發(fā)展的，底漆己經(jīng)水性化，中涂開始水性化。20世紀(jì)80年代末期，在部分汽車涂裝線上開始使用水性金屬閃光底色漆，進(jìn)人20世紀(jì)90年代，加快了涂料水性化的步伐，尤其在歐洲，中涂涂料己經(jīng)實現(xiàn)了水性化。日本水性化研究工作也己經(jīng)完成，日產(chǎn)汽車公司村山工廠使用日本油脂生產(chǎn)的水性中涂涂料。粉末涂料在中間涂層中已經(jīng)開始使用。1982年日本日產(chǎn)公司使用粉末中涂，20世紀(jì)80年代中期通用汽車公司在I個貨車廠使用粉末中涂，近年來又在3個小型貨車上使用粉末中涂。但粉末涂料在投人生產(chǎn)線使用以前，有幾個大的難點。其中最大的難點是如何形成平滑均勻的涂膜、粉末粒子的微粒化技術(shù)以及涂裝裝置的穩(wěn)定供給?，F(xiàn)今，涂料和涂裝方法的開發(fā)都取得了進(jìn)展，原來比溶劑型涂料差的涂膜外觀也得以提高，涂料的穩(wěn)定供給以及涂著效率的改善已成為可能。近些年，帶色的中間涂層已在美國廣泛采用，其主要優(yōu)點是中涂的顏色與面漆顏色配套，提高了外觀裝飾性。由于采用帶色中涂，面漆中金屬閃光底色漆的厚度可以從20 um降到15 um而金屬閃光漆的遮蓋量可以降低到25um。這樣，減少了涂料的用量，減少了流掛等弊病，降低了返修率。
3.3面漆
汽車面漆分兩類，即金屬閃光漆和本色漆，大體上各占1/2。近幾年金屬閃光漆系列發(fā)展迅速，珠光漆、夢幻涂料等層出不窮，顏色也向具有高透明感、深度感、高色彩方向發(fā)展。
金屬閃光漆目前在美國大多采用高固體分閃光漆，而日本采用最多的是中低固體分金屬閃光漆。隨著環(huán)境保護(hù)法規(guī)日趨嚴(yán)格，為了提高豪華轎車的漆膜外觀品質(zhì)，美國部分高級轎車近兩年采用水性金屬閃光漆，可大大降低有機(jī)揮發(fā)物(VOC)的排放。同時，水性金屬閃光漆具有特殊的流變性，有利于鋁粉定向，比溶劑型涂料具有更好的金屬效應(yīng)，所以水性金屬閃光漆比水性中涂更早被日本汽車廠接受，歐美也已廣泛使用。金屬閃光漆水性化是必然的趨勢，技術(shù)也已成熟，能很快推廣應(yīng)用。通用汽車公司預(yù)計，2020年前全球大部分汽車廠會采用水性金屬閃光漆。5a左右在國內(nèi)的汽車廠可能會有水性金屬閃光漆的需求。水性金屬閃光漆代替溶劑型金屬閃光漆，與所有水性涂料一樣，必須有恒溫恒濕條件，一般施工溫度為22一28℃，相對濕度為60%一80%。水性金屬閃光漆施工后，必須有一段閃干過程，一般90℃,5 min左右，使水分揮發(fā)后才能噴涂雙組分高固體丙烯酸涂料或粉末涂料。
本色漆上是否再罩清漆，總的看法認(rèn)為罩清漆后，漆膜外觀、耐久性都有所提高。所以，美國克萊斯勒公司的所有轎車、通用汽車公司的部分轎車在本色漆上再罩上一層清漆，使漆膜外觀得到改善。目前歐洲和北美均使用雙組分或單組分高固體分丙烯酸罩光清漆，但是異氰酸醋一丙烯酸體系的缺陷是異氰酸醋具有毒性。因此，從環(huán)保角度來看，未來罩光清漆應(yīng)是粉末涂料和水性涂料。目前，罩光清漆和本色漆以及高固體分涂料易被現(xiàn)在的生產(chǎn)線所接受，在應(yīng)用中仍是主流。如果采用雙組分高固體分涂料，施工固體分可達(dá)85%以上，VOC排放量己與水性漆相似，近期是可行的。粉末涂料是最有發(fā)展前途的罩光清漆，但作為本色漆，由于換色難，使用上會受到一定限制。
4. 環(huán)保節(jié)能的汽車涂料是人們永遠(yuǎn)的追求
隨著人類社會的不斷前進(jìn)和不斷完善，汽車及其相關(guān)工業(yè)的發(fā)展也必然要跟上時代前進(jìn)的步伐，不斷地滿足社會各個方面所提出的新的要求。對于涂料而言，這些要求是針對涂料本身的改善和提高，有的則是針對使用涂料時對于環(huán)境污染的限制。
自汽車誕生以來，經(jīng)過涂料工作者們數(shù)十年的努力，作為汽車重要配套材料之一的汽車涂料的各項性能如裝飾性、防腐蝕性、抗石擊性、施工性以及耐候性等都有了很大程度的提高和改善，基本上滿足了汽車工業(yè)的需求。但人們追求完善的要求是無止境的，研制和生產(chǎn)高性能的汽車涂料是我們永遠(yuǎn)的課題。保護(hù)地球環(huán)境，減少大氣污染的呼聲越來越高，環(huán)境問題也非常強(qiáng)烈地左右著汽車及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。因此，高固體分化、水性化和粉末化，從20世紀(jì)開始就一直是世界涂料行業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的基本方針和發(fā)展方向。
汽車涂料業(yè)目前所面臨的最重要的問題之一是環(huán)境問題。如長期用于小汽車生產(chǎn)的溶劑型涂料會排放大量VOC，為了解決這一問題，美國聯(lián)邦政府要求本國的3家主要小汽車制造商〔通用汽車公司(GM)，福特汽車公司和戴姆勒一克萊斯勒汽車公司」共同研制生產(chǎn)先進(jìn)的對環(huán)境友好的涂料產(chǎn)品。據(jù)介紹，雖然粉末涂料對環(huán)境友好且成本較低，但是由于這類涂料的涂裝設(shè)備成本較高，導(dǎo)致涂裝施工成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的溶劑型涂料。因此，即使研究試驗成功，這種技術(shù)仍有可能要過一段時間才會得到全面應(yīng)用。
為了減少涂料的污染排放量，通用、戴姆勒一克萊斯勒及福特等汽車公司均對粉末涂料用作汽車涂料的性能進(jìn)行了相關(guān)測試，以便推廣應(yīng)用。使用粉末清漆比使用其他粉末涂料要求更高，難度更大，因為作為清漆不僅要給涂層表面提供光澤和光亮，還需要防碎落和褪色保護(hù)。傳統(tǒng)的清漆以漆霧的形式噴涂在汽車表面，在干燥過程中將釋放出VOC，污染環(huán)境。另外，液體涂料過噴或外逸還必須進(jìn)行收集和填埋處置，而這從生態(tài)學(xué)來說并非是一項完善的措施。而以干燥顆粒霧形式使用的粉末涂料不含任何溶劑，對于噴涂外逸部分可加以收集、過濾和回收，與新的粉末涂料混合用于生產(chǎn)線上的其他小汽車，減少了汽車噴涂過程帶來的環(huán)境影響。
除了粉末清漆之外，不久前LEPC還宣布它已啟動了2個新的研究項目:粉末水漿清漆和顏料勃結(jié)粉末底漆。PPG工業(yè)公司認(rèn)為，從清洗和預(yù)處理到加涂裝飾性涂料及清漆罩光，都可以開發(fā)出一些對環(huán)境友好的材料以改善對環(huán)境的影響。例如可以改變材料的化學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用方法，同時還可以通過提高運輸效率、材料的循環(huán)利用率及減少或消除廢物等方面著手進(jìn)行各種改善對環(huán)境影響的工作。為了符合環(huán)境法規(guī)的要求，許多公司目前正在從它們所生產(chǎn)的涂料中，特別是從預(yù)處理和防腐蝕產(chǎn)品中清除鉻、鎳和鉛等重金屬。除此之外，還有其他公司也在對用于保護(hù)涂層的其他技術(shù)進(jìn)行研究。巴斯夫公司還引人了Ureclear清漆，它是一種具有雙組分氨基甲酸乙醋性質(zhì)的單組分氨基甲酸乙醋清漆。通過運用這種氨基甲酸醋的化學(xué)特性，巴斯夫公司已不再需要近年來一直受到環(huán)境保護(hù)人士猛烈攻擊的異氰酸酷。該公司稱，他們?nèi)詫⒆⒁饬杏诮?jīng)濟(jì)和環(huán)保方面，并為其名為EC02的研究開發(fā)計劃制訂了一種綜合戰(zhàn)略。如該公司正在與汽車制造商一起試驗其粉末水漿清漆(一種液體與粉末涂料的混合體)。制造出這種粉末涂料，將它分散于水中，然后使用傳統(tǒng)液體涂料的涂裝設(shè)備進(jìn)行噴涂，這種粉末涂料的缺點是難于控制涂膜厚度等。如制成液體涂料，就能較好地控制涂膜厚度，且這種混合物所含的VOC為0.
成本、質(zhì)量及環(huán)境問題將繼續(xù)影響著汽車涂料市場，涂料供應(yīng)商和汽車制造商們正在尋找一種縮短涂料循環(huán)系統(tǒng)的最佳方法，這將給汽車業(yè)帶來巨大的商機(jī)。同時制造商們還在研究一種用1層涂料代替2層甚至是多層涂料的新技術(shù)以減少烘干時間。對消費者來說，無論制造商采取什么技術(shù)或是使用什么涂料，只要性能良好就可以滿足要求，但從整個社會責(zé)任來說，就必須在成本合理的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出質(zhì)量良好的、用戶滿意的、對環(huán)境友好的產(chǎn)品。
5. 結(jié)語
在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家中，汽車涂料的用量在涂料產(chǎn)量中占有極其重要的地位，一般僅次于建筑用涂料。但它在涂料的銷售額中所占的比例最大，且高于建筑涂料。因此，各國涂料生產(chǎn)廠家非常重視汽車涂料的發(fā)展動向及開發(fā)，以適應(yīng)汽車工業(yè)發(fā)展的需要，汽車涂料的生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)有集團(tuán)化、國際化的傾向。在近l0多年里，汽車涂料在其耐候性、耐石擊性、外觀裝飾性、高藝術(shù)觀賞性等方面都取得了很大的進(jìn)展。但隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，使汽車用涂料又面臨種種新的課題。當(dāng)今對汽車涂料的要求是提高涂層品質(zhì)、保護(hù)地球環(huán)境和降低成本。針對這些要求，涂料制造廠家從涂料本身出發(fā)，進(jìn)行了大量的研究，開發(fā)了一系列新型涂料。
隨著各國對環(huán)保的日益重視，21世紀(jì)汽車用漆的主要發(fā)展趨勢是，除了為適應(yīng)市場競爭的需要和追趕新潮流，努力提高汽車涂層的外觀裝飾性(高光澤、高鮮映性、多色彩化、增加立體感等)、耐擦性、抗石擊性和耐環(huán)境對涂膜的污染性外，還必須降低汽車涂裝過程中對環(huán)境的污染。為新世紀(jì)汽車涂裝涂料的發(fā)展開創(chuàng)美好的前景。