關於淺論聚焦汽車塗料的發展與未來

論文類別:工學論文 > 材料工程學論文
論文標簽:油漆塗料論文
上傳時間:2011/11/24 11:48:00

論文關鍵词:汽車塗料 環保節能 發展趋勢
论文摘要:根據目前全球汽車塗料行業持續變化的特點,汽車塗料越來越受到人們的關註。介紹了汽車塗料的功用、市場上的環保節能汽車塗料,以及新近開發的節能環保汽车塗料、車用修補塗裝塗料等;同時指出了開發環保塗料是人們永遠的追求及今後發展趨勢,高科技塗料的相繼問世,為新世紀汽车塗裝塗料的發展開創了美好的前景。
  1汽車塗料的發展时逢新商機
全球汽車塗料行業目前的總銷售額達34億美元,市場持續變化是這一行业的主要特點。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,这是因為所有的競爭者都有著相同的目標,那就是通過產品創新來滿足環境及用戶的要求。
汽車制造業已有100多年的歷史,自汽車誕生以來,尤其在近20多年中,車用油漆塗裝得到了突飛猛進的發展。在汽車工業发達的國家中,汽車涂料的用量在塗料產量中占有极其重要的地位,一般僅次於建築用涂料,但是在塗料的銷售額中所占的比例最大,高於建築用塗料。因此,各國塗料生產廠非常重視車用涂料的動向及開發,以適應汽车工業發展的需要,車用塗料的生產和技術開發有集團化、國際化的傾向。隨著對環保的日益重視,低汙染油漆開始应用。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塗層,使得疵點更容易暴露出來,所以材料的准備工作和幹凈的車間環境比以往更重要,因而出現了下吸式通風喷漆房。同時珍珠漆的塗裝技术進一步改進,使用了2層塗裝和3層塗裝,使車身的顏色更加美麗並具有幻觉感。1982年日產公司使用粉末中塗,20世纪80年代中期通用汽車公司在貨车廠使用粉末中塗,粉末涂料在中間塗層中已經開始使用。1984年厚膜陰極電泳塗料在汽車廠開始使用,塗膜厚度超过30 um。後来,不少汽車廠又從厚膜陰極电泳塗料轉到中厚陰極電泳塗料,漆膜厚度在25 um左右,具有與厚膜陰极電泳塗料同樣好的抗腐蝕能力。
近年來,帶色的中間塗層已在美國廣泛采用,其主要優点是中塗的顏色與面漆顏色配套,提高了外觀裝飾性。由於采用帶色中塗,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,減少了塗料的用量,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60年代末至80年代中期,一般都采用中、低氨基質量分數的氨基烤漆。1985年以後采用高氨基質量分數的氨基烤漆,隨著轎車工業的發展,丙烯酸樹脂磁漆、优質的氨基樹脂磁漆和雙層面漆塗装工藝也隨著引進,应用在新建的多條轎車車身塗裝線上。80年代末期,在部分汽車塗裝線上開始使用水性金屬閃光底色漆,汽車塗料的水性化是由底到面逐步發展的,底漆已經水性化,中塗开始水性化。進人90年代,加快了使用水性化的步伐,尤其在歐洲,中塗塗料已經實現了水性化。日本水性化研究工作也已經完成,日產汽車公司開始使用水性中涂塗料。但是由於生產成本高,环保要求沒有歐美苛刻,所以日本沒有全面推廣使用。
20世纪90年代,一批耐酸雨、抗劃傷型汽車面漆、水性塗料、高固體分塗料和粉末塗料等環保型塗料相繼開發,並已廣泛獲得工業應用。ICI公司成功地開發出劃時代的水性塗料,現各大汽車制造公司越來越多地使用這種塗料。超高固成分油漆和耐擦傷清漆也被成功開發,目前已開始被日產、豐田等汽車廠使用。同時,色母塗料的推廣,不含異氰酸矽的底塗層罩透明層的安全型聚氨醋高溫烤漆等一批高科技塗料相繼問世,为21世紀汽車漆的發展開創了美好的前景。
  2汽車面漆越来越引起人們的關註
汽車面漆起到保護車廂不被腐蝕及美化外觀的作用,是整車质量最重要的指標之一。因为噴塗油漆占轎車生產總費用的20%,而且轎車的外表面90%以上是塗漆面,顯然塗層質量(光澤、顏色、耐久性等)會直接影響外觀,影響人們對汽车質量的評價。因此汽车生產廠家十分重視轎車面漆技術,往往投人巨大的資金和人力去發展和改進轿車的面漆,強調抓住视覺的第一印象。面漆以普通本色漆和金屬閃光色漆、珠光色漆等3種為主,现在轎車多用金屬閃光色漆和珠光色漆,噴塗這些面漆后再噴塗罩光清漆,可令整個车身明亮如鏡。現在轎车車身的噴塗工藝一般按照這些程序进行,普通轎車車身要噴塗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塗4 —5层,由陰極電泳底漆、中塗1一2層和面漆1一2層組成,以達到較高的外觀裝飾性。轎車的漆面要求映象率高,光亮如镜。除了油漆質量外,還要有相當高要求的工場環境和工藝技術。從車輛車身噴漆至烘漆的過程中,工場內要空氣清潔,不能有過量的塵埃。由於科技的進步,今天的噴塗工藝與十幾年前的喷塗工藝相比已有很大的发展,無論油漆的顏色、勃結性、添加劑、穩定劑、溶解系統和工藝技術均發生了變化,而且這種變化目前仍在進行之中,使轎車面漆質量得到很大的提高。在現代化工廠內,油漆的調色、噴涂方式均已實現電腦化管理。
進人新世紀以來,我國汽車工業取得了長足的進步,汽車擁有量更是以驚人的速度在递增,其中最顯著的是轎車数量迅速增加,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成現代都市亮麗的風景線。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。但無論汽車塗膜質量如何優良,在使用過程中,氣候的變化、各种原因引起的接觸、擦剮,甚至碰撞等諸多原因都会導致漆膜的劣化、損伤。如何保持、恢復汽車良好的外表,越來越引起汽车修理業的重視。
  3新近開發的節能環保汽車塗料
在近10多年中,汽車用塗料在其耐候性、耐石擊性、外觀裝飾性、高藝術觀賞性等方面都取得了很大的進展,隨著人們环保意識的增強,使汽車用塗料又面臨新的課題。車用塗料的最近需求是提高塗層質量、保護環境和降低成本。針對這些要求,塗料制造廠從塗料本身出發,進行了大量的研究,開發了一系列具有更大使用價值的新型塗料。
  3. 1電泳塗料
作為汽車底線的陰極電泳塗料於1977年在福特汽車公司开始應用,當時陰極電泳塗料厚度為20 um左右。1984年厚膜陰極電泳塗料在汽車制造廠開始使用,塗膜厚度超過30 um以上。后來,不少汽車制造廠又從厚膜陰極电泳塗料轉到中厚陰極電泳涂料,漆膜厚度在25 um左右,具有與厚膜陰極电泳塗料同樣好的抗腐蝕能力。目前,世界汽車生產中有92%使用電泳塗料(ED),其中有90%采用陰極電泳塗料(CED )。陰極電泳塗料具有優异的滲透性,可均勻覆蓋工件凹陷部位,並有極強的防腐性能,耐鹽霧可達1 200 h。新一代的高流平性的陰極電泳塗料已經在美國汽車制造廠中使用。其代表產品有PPC的Edl l厚膜陰極電泳塗料、Ed12中厚膜阴極電泳塗料、杜邦的Cormax TM厚膜或中厚膜陰極電泳塗料。其主要性能改進是,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塗料作為底漆和中涂,而CED大方向不會變。今後工作主要是進一步改善性能,如降低固體溫度,提高平整性和耐久性。
  3. 2中间塗層
汽車塗料的水性化是由底到面逐步發展的,底漆己經水性化,中塗開始水性化。20世紀80年代末期,在部分汽車塗裝線上開始使用水性金屬閃光底色漆,進人20世紀90年代,加快了塗料水性化的步伐,尤其在歐洲,中塗塗料己經实現了水性化。日本水性化研究工作也己經完成,日產汽車公司村山工厂使用日本油脂生產的水性中塗塗料。粉末塗料在中間塗層中已經開始使用。1982年日本日產公司使用粉末中塗,20世紀80年代中期通用汽車公司在I个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塗。但粉末塗料在投人生产線使用以前,有幾個大的難点。其中最大的難點是如何形成平滑均勻的塗膜、粉末粒子的微粒化技术以及塗裝裝置的穩定供给。現今,塗料和塗裝方法的開发都取得了進展,原來比溶劑型涂料差的塗膜外觀也得以提高,塗料的穩定供給以及塗著效率的改善已成為可能。近些年,帶色的中间塗層已在美國廣泛采用,其主要優點是中塗的顏色與面漆顏色配套,提高了外觀裝飾性。由于采用帶色中塗,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,減少了塗料的用量,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展迅速,珠光漆、夢幻塗料等層出不窮,顏色也向具有高透明感、深度感、高色彩方向發展。 转貼於 免費論文下載中心 http://www.hi138.com 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闪光漆。隨著環境保護法規日趨严格,為了提高豪華轎車的漆膜外觀品質,美國部分高級轎车近兩年采用水性金屬閃光漆,可大大降低有機揮發物(VOC)的排放。同時,水性金屬閃光漆具有特殊的流變性,有利於鋁粉定向,比溶劑型塗料具有更好的金屬效應,所以水性金屬閃光漆比水性中塗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,技術也已成熟,能很快推廣應用。通用汽車公司預計,2020年前全球大部分汽車廠會采用水性金屬閃光漆。5a左右在國內的汽車廠可能会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,与所有水性塗料一樣,必須有恒温恒濕條件,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後,必須有一段閃幹過程,一般90℃,5 min左右,使水分揮發後才能噴涂雙組分高固體丙烯酸塗料或粉末塗料。
本色漆上是否再罩清漆,總的看法认為罩清漆後,漆膜外觀、耐久性都有所提高。所以,美国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单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异氰酸醋具有毒性。因此,從环保角度來看,未來罩光清漆應是粉末塗料和水性塗料。目前,罩光清漆和本色漆以及高固體分塗料易被現在的生產線所接受,在應用中仍是主流。如果采用双組分高固體分塗料,施工固體分可達85%以上,VOC排放量己與水性漆相似,近期是可行的。粉末塗料是最有發展前途的罩光清漆,但作為本色漆,由於換色難,使用上會受到一定限制。
  4環保节能的汽車塗料是人們永遠的追求
隨著人類社會的不斷前進和不斷完善,汽車及其相關工業的發展也必然要跟上時代前進的步伐,不斷地滿足社會各個方面所提出的新的要求。對於塗料而言,这些要求是針對塗料本身的改善和提高,有的則是針對使用塗料時對於環境汙染的限制。
自汽车誕生以來,經過塗料工作者們数十年的努力,作為汽車重要配套材料之一的汽車塗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的需求。但人們追求完善的要求是無止境的,研制和生產高性能的汽車塗料是我們永遠的課題。保護地球環境,減少大氣污染的呼聲越來越高,環境問題也非常強烈地左右著汽車及其相關行業的發展。因此,高固體分化、水性化和粉末化,從20世紀開始就一直是世界塗料行業開發新產品的基本方針和發展方向。
汽車塗料業目前所面臨的最重要的問題之一是环境問題。如長期用於小汽車生產的溶劑型塗料会排放大量VOC,為了解決這一問題,美國聯邦政府要求本國的3家主要小汽车制造商〔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」共同研制生產先進的對环境友好的塗料產品。據介绍,雖然粉末塗料對環境友好且成本較低,但是由於這類塗料的塗裝設備成本較高,導致塗裝施工成本遠遠高於傳統的溶劑型塗料。因此,即使研究試驗成功,這種技術仍有可能要过一段時間才會得到全面应用。
為了減少塗料的汙染排放量,通用、戴姆勒一克萊斯勒及福特等汽車公司均对粉末塗料用作汽車塗料的性能進行了相關測試,以便推廣應用。使用粉末清漆比使用其他粉末塗料要求更高,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护。傳統的清漆以漆雾的形式噴塗在汽車表面,在幹燥過程中將釋放出VOC,汙染環境。另外,液體塗料過噴或外逸還必須進行收集和填埋處置,而這从生態學來說並非是一項完善的措施。而以幹燥顆粒霧形式使用的粉末涂料不含任何溶劑,對於噴塗外逸部分可加以收集、過濾和回收,與新的粉末塗料混合用於生產線上的其他小汽車,减少了汽車噴塗過程帶來的環境影響。
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结粉末底漆。PPG工業公司認為,從清洗和預處理到加塗裝飾性塗料及清漆罩光,都可以開發出一些對环境友好的材料以改善對環境的影響。例如可以改变材料的化學性質和應用方法,同時還可以通過提高運輸效率、材料的循環利用率及减少或消除廢物等方面著手進行各種改善對環境影響的工作。為了符合環境法規的要求,許多公司目前正在從它們所生產的塗料中,特別是从預處理和防腐蝕產品中清除鉻、鎳和鉛等重金屬。除此之外,还有其他公司也在對用於保護塗層的其他技術進行研究。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质的單組分氨基甲酸乙醋清漆。通過运用這種氨基甲酸醋的化學特性,巴斯夫公司已不再需要近年來一直受到環境保護人士猛烈攻擊的異氰酸酷。該公司稱,他們仍將註意力集中於經济和環保方面,並為其名為EC02的研究開發計劃制訂了一種綜合戰略。如該公司正在與汽車制造商一起試驗其粉末水漿清漆(一种液體與粉末塗料的混合體)。制造出這種粉末塗料,將它分散於水中,然後使用传統液體塗料的塗裝設備進行喷塗,這種粉末塗料的缺點是難於控制塗膜厚度等。如制成液體涂料,就能較好地控制塗膜厚度,且这種混合物所含的VOC為0.
成本、質量及環境問題將繼續影響著汽車塗料市場,塗料供应商和汽車制造商們正在尋找一種縮短塗料循環系統的最佳方法,這將給汽車業帶來巨大的商機。同時制造商們還在研究一種用1層塗料代替2層甚至是多層塗料的新技術以減少烘幹時間。對消費者来說,無論制造商采取什么技術或是使用什麽塗料,只要性能良好就可以滿足要求,但從整個社會責任來說,就必須在成本合理的基礎上生產出質量良好的、用戶满意的、對環境友好的產品。
  5結語
在汽車工業發達的国家中,汽車塗料的用量在塗料產量中占有极其重要的地位,一般僅次於建築用塗料。但它在塗料的銷售額中所占的比例最大,且高於建築塗料。因此,各國塗料生產廠家非常重視汽車涂料的發展動向及開發,以適應汽車工業發展的需要,汽車塗料的生產和技術開發有集團化、国際化的傾向。在近l0多年裏,汽车塗料在其耐候性、耐石擊性、外觀裝飾性、高藝術观賞性等方面都取得了很大的進展。但隨著人們環保意識的增強,使汽車用塗料又面臨種種新的課題。當今对汽車塗料的要求是提高塗層品質、保護地球環境和降低成本。針對這些要求,塗料制造廠家從涂料本身出發,進行了大量的研究,開發了一系列新型塗料。
隨著各國對環保的日益重視,21世紀汽車用漆的主要發展趨勢是,除了為適应市場競爭的需要和追趕新潮流,努力提高汽車塗層的外觀裝飾性(高光澤、高鮮映性、多色彩化、增加立體感等)、耐擦性、抗石擊性和耐環境对塗膜的汙染性外,還必須降低汽車塗裝過程中對環境的汙染。為新世紀汽車塗裝塗料的發展開創美好的前景。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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