Ужесточающиеся экологические нормы и обостряющаяся конкуренция на автомобильном рынке ускоряют процесс обновления и развития лакокрасочных материалов и технологий, в связи с чем поставщики автомобильных красок, стремясь соответствовать новым рыночным требованиям и запросам потребителей к различным уровням качества и цены, активно внедряют инновационные технологии, передовые методы нанесения и современные материалы для удовлетворения потребностей автопроизводителей.
В условиях необходимости соответствия экологическим нормам и требованиям к качеству покрытий, снижение затрат на автомобильную покраску приобретает особую значимость, в связи с чем в данной статье рассматриваются новейшие лакокрасочные материалы и технологии нанесения, уже применяемые в мировой автомобильной промышленности.
(1) Катодная электрофорезная грунтовка с повышенной атмосферостойкостью
Катодная электрофорезная краска, обладающая высокой эффективностью нанесения, экономичностью, безопасностью, низким уровнем загрязнения, отличными антикоррозийными свойствами и возможностью полной автоматизации, получила широкое распространение в автомобильной покраске, причем в последние годы, в соответствии с требованиями энергосбережения и экологичности, технология катодного электрофореза стремительно развивается.
Бессвинцовые и бесоловянные катодные электроосадочные краски, низкотемпературные отверждаемые катодные электроосадочные краски, катодные электроосадочные краски с высокой проникающей способностью и низким содержанием растворителей, а также катодные электроосадочные краски с высокой антикоррозийной защитой острых кромок уже нашли зрелое применение в окрасочных производственных линиях.
Однако из-за плохой атмосферостойкости основной смолы (эпоксидной) используемых в настоящее время катодных электроосадочных красок, а также с увеличением разнообразия автомобильной продукции и ужесточением требований к качеству, некоторые детали и узлы, покрытые только электроосадочным слоем (например, рамы коммерческих автомобилей и т. д.), должны обладать не только высокой коррозионной стойкостью, но и определенной устойчивостью к погодным условиям, поэтому зарубежные разработчики лакокрасочных материалов создали атмосферостойкие катодные электроосадочные краски.
В настоящее время существуют два технических направления для повышения атмосферостойкости электроосадочных красок.
1.Катодная электроосадочная краска, устойчивая к ультрафиолетовому (УФ) излучению.
УФ-стойкая катодная электроосадочная краска повышает атмосферостойкость за счёт модификации состава: замены ароматических изоцианатов на алифатические и добавления УФ-стабилизаторов и устойчивых к ультрафиолету пигментов. Разработчики проверили её УФ-стойкость различными методами (включая естественное атмосферное старение и ускоренные испытания на светостойкость), и все результаты подтвердили, что устойчивость к ультрафиолету достигла уровня, сопоставимого с порошковым грунтом.
Разработка УФ-стойкой катодной электроосадочной краски представляет собой технологический прогресс и уже нашла применение на одном из зарубежных производств. Отличия в характеристиках между УФ-стойкой катодной электроосадочной краской и currently используемой приведены в таблице 1.
2.Многослойная катодная электроосадочная краска
Основной смолой многослойной катодной электроосадочной краски является смесь эпоксидной смолы и атмосферостойкой смолы. В процессе отверждения покрытия различные компоненты проявляют свои функции посредством послойного электроосаждения: верхний слой обладает высокой атмосферостойкостью, а нижний - высокой антикоррозионной защитой (см. рисунок 1). Разделение эпоксидной и атмосферостойкой смол при отверждении покрытия достигается главным образом за счет контроля параметра растворимости (Sp) смол.
Многослойное катодное электроосадочное покрытие выдерживает 400 часов испытаний на искусственное старение с сохранением 80% глянца, при этом его коррозионная стойкость сопоставима с текущими электроосадочными красками. Данная технология уже применяется на производственных линиях легковых и коммерческих автомобилей в Японии, а также была внедрена 3 года назад на окрасочной линии рам грузовых автомобилей одного из китайских производителей.
В настоящее время при окраске коммерческих автомобилей премиум-класса и микроавтобусов в Китае применяется технология металлических красок. Для снижения затрат на окрашивание и выбросов ЛОС возможно исключение грунтового слоя. Для сохранения исходного качества покрытия существуют два технических решения: 1) модификация свойств базовой эмали и лака с переходом на новую технологию нанесения грунта и финишного покрытия; 2) придание электроосадочной краске атмосферостойких свойств при сохранении исходных характеристик базовой эмали и лака.
При нанесении финишного покрытия (металлизированной базы и лака) непосредственно на слой катодной электроосадочной краски, из-за слабой УФ-блокирующей способности металлизированной базы, может происходить фотоокисление и меление поверхности электроосадочного слоя. Это приводит к снижению адгезии, отслаиванию покрытия и преждевременному мелению. Использование атмосферостойкой электроосадочной краски позволяет устранить данный недостаток.
Применение атмосферостойкой катодной электроосадочной краски приведет к увеличению совокупных затрат, однако если ее стоимость будет сопоставима с текущими электроосадочными красками, вероятность широкого внедрения значительно возрастет.
(二) Двухкомпонентный УФ- и термоотверждаемый лак
Хотя уже существуют и коммерциализированы различные виды лаков для финишного покрытия, включая порошковые (в том числе пастообразные порошковые), водные, а также высоко- и сверхвысоконаполненные лаки, которые нашли промышленное применение, разработчики автомобильных красок по всему миру продолжают совершенствовать новые экологически безопасные виды финишных лаков.
УФ- (ультрафиолетовые) и термоотверждаемые двухкомпонентные лаки как раз и являются новым видом покрытий, разработанным в последние годы.
За последние 10 лет экологические нормы во всём мире не только ввели ограничения на выбросы летучих органических соединений (ЛОС), но и начали регулировать уровень CO2, одновременно ужесточив требования к функциональности лакокрасочного покрытия (например, устойчивости к кислотным дождям и стойкости к царапинам) и его декоративному внешнему виду.
В последние годы разработанные УФ- и термоотверждаемые финишные лаки для наружного покрытия автомобилей демонстрируют высокую конкурентоспособность по экологичности, энергоэффективности, характеристикам покрытия (декоративный вид, устойчивость к кислотным дождям и стойкость к царапинам) и себестоимости нанесения. В Японии уже внедрены производственные линии мотоциклетных компонентов с использованием УФ- и термоотверждаемых покрытий. Данный лак применим как для металлических, так и для неметаллических деталей, а также подходит для ремонта на производственной линии.
Новые УФ- и термоотверждаемые лаки обладают следующими характеристиками:
a. Двухкомпонентный состав с высоким содержанием сухого остатка (>70%).
b. При сочетании со специальными полиизоцианатными олигомерами обеспечивается эффективное смешивание компонентов в процессе нанесения.
c. Возможность сушки как при высоких (140°C), так и при низких температурах (90°C или ниже), что сокращает время сушки на 10-15 минут по сравнению с обычными лаками.
d. Даже на внутренних поверхностях и участках с тенью, недоступных для УФ-отверждения, демонстрируют хорошие характеристики.
e. Широкий диапазон нанесения, что делает их более удобными для использования на производственных линиях.Двухрежимные отверждаемые лаки обладают следующими преимуществами в технологии нанесения, характеристиках покрытия, экономичности и экологичности:
a. Технология нанесения:
Возможность комбинированного УФ- и термического отверждения
Улучшенное покрытие внутренних поверхностей и затенённых зон
b. Характеристики покрытия:
Превосходные декоративные свойства
Выдающаяся устойчивость к царапинам и коррозии (кислотным дождям)
c. Экономичность:
Возможность сокращения длины сушильной камеры
Минимальные затраты на модернизацию существующего оборудования
d. Экологичность:
Энергосбережение
Высокое содержание сухого остатка (>70%)
Снижение выбросов ЛОС (VOC)
(三) Технология катодного электроосаждения покрытий для автомобильных крепежных деталей
В последние годы некоторые автопроизводители (такие как GM и Ford) начали применять катодное электроосаждение для обработки поверхности крепежных деталей вместо пассивации после гальванического покрытия.
Как известно, катодное электроосаждение характеризуется высокой степенью механизации, экологичностью и обеспечивает превосходную коррозионную стойкость покрытия. Данная технология успешно применяется в окраске автомобильных кузовов и компонентов уже несколько лет, являясь хорошо отработанным процессом.
С появлением новых поколений катодных электроосадочных материалов, такие их разновидности, как атмосферостойкие и с повышенной коррозионной защитой кромок, нашли практическое применение на производственных линиях.
В связи с ужесточением экологических норм в различных странах, свинцово- и оловосодержащие катодные электроосадочные материалы, а также составы с пониженным содержанием растворителей нашли широкое применение как на зарубежных, так и на отечественных производственных линиях.
История применения электроосадочных покрытий для автомобильного крепежа за рубежом насчитывает уже 20 лет, изначально технология анодного электроосаждения пришла на смену традиционному окунанию в лак.
Для решения проблемы отслаивания лакокрасочного покрытия при затяжке крепежа в 1999 году был осуществлён переход на катодное электроосаждение. В настоящее время в США (General Motors, Ford, Chrysler) эксплуатируются 5 электроосадочных линий. Основной цвет покрытия для автомобильного крепежа — чёрный, тогда как строительный крепёж окрашивается в другие цвета.
Преимущества технологии катодного электроосаждения заключаются в следующем:
a. Экологичность:
В отличие от пассивирующего раствора после цинкования, содержащего шестивалентный хром, катодный электроосадочный лак является водорастворимым и экологически безопасным.
b. Повышенная коррозионная и термовлагостойкость:
Традиционное цинкование с пассивацией выдерживает около 144 часов солевого тумана,
Dacromet-покрытие обеспечивает 500-1000 часов коррозионной стойкости, но имеет высокую стоимость, плохую влагостойкость (240 часов) и низкую износостойкость,
Катодное электроосаждение в зависимости от технологии обеспечивает:
240-1000+ часов стойкости к солевому туману
500+ часов термовлагостойкости
c. Оптимальный коэффициент трения покрытия, не влияющий на сборку изделий.
(四) Заключение
Для соответствия ужесточающимся экологическим нормам в европейской автомобильной окраске в настоящее время используются:
100% грунтовок - водные составы
свыше 60% промежуточных слоёв - водные материалы
более 40% металлизированных базовых покрытий - водные краски
Финишные лаки применяются преимущественно в виде двухкомпонентных высоконаполненных составов, при этом водные и порошковые финишные покрытия находятся в стадии испытаний.
В настоящее время более зрелой технологией окраски в Европе является: бессвинцовая катодная электроосадка → водная грунтовка → водная основа → высоконаполненное (2K) защитное покрытие. Применение этой технологии позволяет снизить выбросы ЛОС до примерно 30 г/м², что соответствует требованиям европейских экологических норм.
Однако использование водных красок требует больших инвестиций в оборудование, высоких энергозатрат, а также строгих требований к условиям нанесения (температура, влажность), поэтому внедрение водных ЛКМ на старых окрасочных линиях в Китае сопряжено со значительными трудностями.
В современных условиях, когда автомобильные лакокрасочные материалы развиваются в направлении экологичности, энергоэффективности и снижения затрат, внедрение новых технологий нанесения грунтов и финишных покрытий станет ключевым трендом в окрасочных процессах автопроизводителей.
(Я разбил текст на два предложения для лучшей читаемости, так как русский язык обычно использует более короткие предложения по сравнению с китайским. Если нужно строго в одно предложение, можно объединить с помощью союза "однако", но это может усложнить восприятие.)
Автопроизводители могут гибко выбирать различные технологии окраски в зависимости от текущего состояния окрасочных линий.
