Технология нанесения лакокрасочных материалов на ку­зов автомобиля (глава1)

Технология нанесения лакокрасочных материалов на кузов автомобиля

Глава 1. 

Многообразие автомобильных эмалей 

   Люди красили все и всегда. Сегодня уже трудно с определенной достоверностью уста­новить, когда возникли первые красители. Еще задолго до появления ремесел, и уж тем более промышленности, первобытные люди стремились как-то обозначить свое право владения теми или иными вещами и выделить их из ряда себе подобных, принадлежащих соплеменникам. Вот, наверное, с той поры одним из символов, характеризующих инди­видуальную принадлежность, и стала оригинальная окраска.

   Вначале в ней нуждались простейшие орудия труда и охоты, домашняя утварь и т. д., но по ходу эволюции человеческого общества все больше предметов различного предна­значения требовали персонификации, все насыщеннее, интереснее и ярче становились цвета. Да и спектр цветовых оттенков значительно расширился.



 В тему:
Краски - однородные суспензии пигментов в пленкообразующих веществах. Изготавли­ваются на основе олиф (масляные краски), лаков (эмалевые краски), водных растворов некоторых органических полимеров (клеевые краски) и жидкого стекла (силикатные краски), водных дисперсий полимеров (эмульсионные краски).
(«Большой энциклопедический словарь», 2000 г.)



   Появление промышленного производства, его рост, унификация и стандартизация раз­личных областей жизнедеятельности человека поставили перед окраской новые задачи. Тонкие слои краски, образующие при высыхании непрозрачные покрытия, теперь должны были не просто идентифицировать, а в гораздо большей степени защищать по­верхность от воздействия агрессивных сред и придавать ей красивый, запоминающийся внешний вид (как производная от персонификации).

   Хотя, по большому счету, до второй половины XIX в. требования к внешним покры­тиям с точки зрения их физических и химических свойств были адекватны уровню тех­нического прогресса того времени, их с успехом удовлетворяли существовавшие сотни лет традиционные материалы на основе органических смол, и необходимости введения каких-либо новых веществ просто не было. Минеральные краски на основе природных пигментов - охра, желтый сурик, киноварь, мумие, мел, ляпис-лазурь и др., прекрасно подходили для нанесения на ткани, дерево, бумагу. Ими окрашивали фасады зданий, внутренние помещения, дорожные коляски, одежду и пр. Органические красители слу­жат человеку и сегодня. Их применяют, например, в строительной отрасли (олифа).

   Но в конце XIX в. появились автомобили. Поначалу это были низкоскоростные, менее проходимые, со значительно меньшим ресурсом транспортные средства, сродни каретам или дилижансам. Поэтому на первом этапе требования к лакокрасочному покрытию са­модвижущихся экипажей тоже были несопоставимы с современными. Постепенное вы­деление автомобилестроения в отдельную отрасль промышленности и дальнейшее разви­тие этой отрасли (а, следовательно, и техническое усовершенствование автомобилей) как раз и заставило ученых-химиков задуматься над решением возникшей проблемы, связан­ной с ужесточением требований, которые стали предъявляться к лакокрасочному покры­тию все более и более технологичных, прогрессивных транспортных средств.

   Каким же образом изготовить лакокрасочное покрытие, обладающее значительно более высокими износостойкими характеристиками? Ведь металл кузова, а в дальнейшем и пластиковые элементы, требовали надежной защиты от механических повреждений (трещин, сколов), атмосферных воздействий (ультрафиолет, влага), кислот, щелочей и    т. д.

   Естественно, автомобиль в процессе своего существования проходит через весь спектр неблагоприятных условий эксплуатации, поэтому уровень качества, которому должно соответствовать его лакокрасочное покрытие, диктуется именно способностью этого по­крытия противостоять всем негативным воздействиям, не теряя своих первоначальных характеристик и, самое главное, привлекательного внешнего вида.

   Органические материалы, крайне плохо противостоящие агрессивной окружающей среде, для этих целей не годились. Для внутренних отделочных строительных работ ор­ганика великолепно подходит, и это понятно, в комнатах преимущественно тепло, сухо, агрессивность минимальна (конечно, если никто не царапает гвоздями стены). Скамейки в парках, фонарные столбы, урны на улицах мы тоже легко можем покрасить масляной краской, ведь сезон она продержится, а на следующий год нам не составит никакого труда, благо удовольствие это недорогое, все перекрасить и обновить.

   Другое дело автомобиль - дорогой сам по себе, дорогой в производстве. При его созда­нии используются далеко не дешевые расходные материалы, он рассчитан на длительный срок эксплуатации, поэтому каждый раз его перекрашивать будет накладно, ведь автомобильные эмали стоят изрядных денег.

   Форсировать ситуацию и дать новый толчок развитию смог химический синтез и изго­тавливаемые в его процессе синтетические краски. Они великолепно удовлетворяют че­тырем основным требованиям, предъявляемым к лакокрасочному покрытию автомобиля: это износостойкость, атмосферостойкость (противостояние атмосферным воздействиям), экологичность и декоративность.

   Кстати, последние два требования до сих пор являются предметами совершенствова­ния. В целях улучшения экологичности автомобильных эмалевых красок, как мы знаем, разработаны водоразбавимые материалы. Для придания автомобилю наиболее привлека­тельного внешнего вида постоянно придумываются такие невообразимые эффектные по­крытия, что, кажется, предела совершенствованию в этой области нет и быть не может. Еще совсем недавно предметом вожделения любого автомобилиста был «металлик», а сегодня на рынке присутствуют и «перламутры», и недавно появившиеся «ксералики», и бог весть что еще. А что будет в дальнейшем - вообще неизвестно…



В тему:
   Важно понимать, что в разговоре о красках и связанных с ними аспектах деятельности важную роль играет вопрос терминологии. Русский язык емок и многогранен, он, как губка, впитал и продолжает впитывать огромное количество заимствованных слов из наиболее широко распространенных языков (тюркских, угрофинских, языков франкоро­манской группы, английского и т. д.). В силу этого обстоятельства русский язык обла­дает широким синонимическим рядом, к которому, в свою очередь, нередко причисля­ются созвучные заимствования, имеющие не то чтобы противоположный, но далеко неидентичный смысл. Так, «эмаль» (от франц. email,  а по-русски - «финифть») - проч­ное стеклообразное покрытие, наносимое на металлический предмет и закрепляемое обжигом,  по своей сути не имеет ничего общего с эмалевыми красками на основе лаков, образующими твердые блестящие покрытия, которые напоминают), подчеркиваем: только напоминают) по внешнему виду эмаль.

   Мы, конечно, ни в коей мере не осуждаем тех, кто вместо «автомобильные эмалевые краски» говорит сокращенно: «автоэмали». Русский язык тем и велик, что изъясняться на нем можно достаточно вольно, пренебрегая некоторыми правилами, и вас все пой­мут, но все-таки «автомобильные эмали» звучит не очень корректно. Поэтому мы бу­дем вести речь об эмалевых красках, применяемых в автомобилестроении.



   Этому в немалой степени способствует и ужесточение экологических требований, предъявляемых к лакокрасочным материалам. В течение как минимум двух последних десятилетий новые, более жесткие нормы законодательств многих стран в части охраны окружающей   среды   явились непосредственным двигателем прогресса в лакокраске. Вряд ли кто-нибудь по своей воле стал бы тратить деньги на разработку и внедрение вы­соконаполненных полимерных материалов, а тем более воды. «Старые» серии лакокра­сочных материалов, как ни парадоксально, часто более технологичны, чем «ультрасовре­менные». Без усилий «зеленых» лакокраска, пожалуй, была бы одной из наиболее кон­сервативных отраслей (как нефтеперегонка, например).

   Дизайнерская мысль неутомима и трудно предсказуема. Это закладывает основное про­тиворечие, или, вернее, проблему в работе с современными материалами, что привело к выделению целого направления в кузовном ремонте - колористики. Автопроизводители кровно заинтересованы в том, чтобы автомобили продавались как можно лучше. Для этого они должны быть не только функциональными с технологической точки зрения, но и красивыми. И не просто красивыми, а эффектными, запоминающимися, бросающимися в глаза, оригинальными. Ведь человеку, будущему хозяину авто, до сих пор свойственно идентифицировать и персонифицировать вещи, ему принадлежащие, и выделять их из массы похожих, показывая их исключительность. Поэтому в лабораториях и дизайнер­ских бюро автозаводов сначала изобретают новые удивительные цвета, а потом колори­сты или маляры в авторемонтных мастерских мучаются с цветоподбором.

   Так что за свою более чем столетнюю историю, как бы пафосно это ни звучало, авто­мобильные краски действительно прошли грандиозную эволюцию, рассказ о которой мы начнем, пожалуй, с алкидных материалов, которые ни много, ни мало - почти 40 лет про­существовали на автомобильных производствах.

Алкидные материалы

   Алкидные эмалевые краски изготавливаются на основе алкидных смол. Это синтети­ческие смолы, продукты поликонденсации многоосновных карбоновых кислот с много­атомными спиртами; высоковязкие жидкости. Наиболее распространены алкидные смолы, получаемые из фталевой кислоты и глицерина или пентаэритрита, называемые соответственно глифталевыми смолами (глифталями) и пентафталевыми смолами (пен­тафталями). Применяются главным образом для приготовления алкидных лаков.

   Алкидные лаки - растворы алкидных смол (часто их смесей с карбамидными смолами или с другими полимерами) в органических растворителях. Образуют антикоррозийные и атмосферостойкие покрытия. Применяются для защиты дерева и металла, а эмалевые краски и грунтовки из алкидных лаков для отделки транспортных средств.
До сих пор алкидные лаки – довольно-таки широко распространенный вид лакокрасоч­ной продукции, вот только из авторемонтной отрасли они безвозвратно ушли. Те, кто сталкивались с алкидными эмалевыми красками в своей практике, наверняка хорошо помнят все недостатки работы с ними. Но главным побудительным стимулом к их вытес­нению с рынка стала все же их высокая токсичность, которая сильно не устраивала при­родозащитные организации. Это, наверное, один из немногих случаев, когда интересы экологов и авторемонтников пересеклись (хотя последним-то, конечно, глубоко все равно, насколько экологически вредны или безвредны используемые ими материалы, главное - чтобы ими было удобно работать).

   Алкидными же эмалевыми красками работать было не совсем удобно. Как они ни мо­дифицировались, как ни совершенствовались, существенных улучшений добиться так и не удалось. В них добавляли кислотные растворители, но кислота фактически разрушает структуру материала, при полимеризации молекулярные решетки сшиваются вообще бессистемно. Молибденовые присадки, делающие решетку более напряженной, ускоряли время сушки эмалевых красок, но за счет того, что твердость материала набиралась очень резко, сколообразование увеличивалось в той же пропорции.

   Более того: алкидные смолы после синтеза имеют желтоватый оттенок, причем ярко выраженный, не поддающийся полной оптической очистке. Поэтому при колеровке при­ходилось делать значительные корректировки, что существенно усложняло работу с этими материалами.

   Ну и самый большой минус алкидных эмалевых красок, по сравнению с современными материалами, - долгое время полимеризации. Ведь первичное высыхание алкидных мате­риалов происходит только за счет испарения летучих веществ из лакокрасочного мате­риала, которое и приводит к сшиванию молекул связующего в молекулярные цепочки. После высыхания образуется достаточно тонкая пленка, поскольку эти материалы со­держат большое количество растворителя.

   Однако, по окончании полимеризации всех ее этапов и циклов, алкидные эмалевые краски по всем физическим и декоративным свойствам (твердость, глянец и т. д.), в принципе, вполне сравнимы с акриловыми, и большой разницы между ними нет. Правда, все эти свойства алкидная смола приобретает не за час, не за два, а за дни и месяцы.
Проблема в том, что первичная полимеризация, наблюдаемая при сушке, окончательно заканчивается только под воздействием воздуха, тепла и ультрафиолетового излучения через довольно-таки продолжительное время. Ремонтная окраска - это же не конвейер, когда в газовой или инфракрасной печи, единовременно разогретой до + 180...+200 оС, полимеризация протекает стремительно. В ремонтной мы себе этого позволить не можем.

   Присутствующие на кузове автомобиля пластмассы, полиэфирные шпатлевки и т. д. держат максимум + 90 °С - при такой температуре полиэфир (стирол) распадается, в за­водских же шпатлевках связующие делаются из других, более стойких к высоким темпе­ратурам материалов.

   Так что, как видим, высокая токсичность - не самое большое зло, исходившее от алкид­ных лаков. По крайней мере, для авторемонтников - в любом случае находиться рядом с только что покрашенной машиной никто долго не намеревался. Да это и вряд ли удалось бы: пары алкидных смол настолько едки, что после покраски надо было пулей вылетать из камеры, чтобы не задохнуться.

   Все эти минусы и привели к созданию революционного материала. Мы начали с ним знакомиться в начале 90-х, хотя во всем мире он используется уже лет 30.

Акриловые материалы 

   Акриловые лаки (полиакриловые лаки) - растворы полиакрилатов или их производ­ных в органических растворителях. Образуют свето -, атмосферо - и водостойкие покры­тия с хорошей адгезией к металлу. Применяются для антикоррозийной защиты алюминия и его сплавов, эмалевые краски на основе акриловых лаков используют при отделке са­молетов, автомобилей и т. д.

   Так чем же революционен акрил? Да тем, что полимеризуется он по совершенно иной схеме, нежели алкидные материалы - они однокомпонентны (1 К), поэтому полимеризу­ются под воздействием естественных процессов в окружающей среде. Здесь же мы имеем двухкомпонентный материал (2К), поэтому полимеризация перестает зависеть от множе­ства неподконтрольных нам факторов.

   Это приводит к тому, что мы получаем возможность значительно сократить время пол­ного сшивания полимерных цепочек. Считается, что необратимые изменения во всех ак­риловых эмалевых красках при сушке в естественных условиях, т. е. при температуре около + 20 оС и нормальной влажности около 80 %, завершаются примерно за 16 часов. Твердость затем набирается еще в течение нескольких суток, в зависимости от того, чем модифицирована краска. Чистое акриловое связующее при + 10 оС полностью отверде­вает за 2-3 суток. Если оно модифицировано полиуретаном, то за 7-10.

   Происходит так потому, что сшивание молекулярной цепочки акриловой эмалевой краски осуществляется, в отличие от алкидной, за счет добавления отвердителя. Полиме­ризацию двухкомпонентных материалов обусловливает исключительно химическая ре­акция между связующим (акриловой смолой) и отвердителем (полиизоционатом). Рас­творитель в этом случае добавляется только для получения требуемой вязкости.



   В тему:
Естественная сушка на акриловых материалах влияет только на набирание твердости. То есть эмалевая краска гарантированно высохнет за 16 часов, но твердость она набе­рет за более долгий промежуток времени, чем, если бы вы сушили ее в камере.



   Однако сегодня у многих производителей есть линейки продукции, в которых раство­рителя нет вообще. Более того, он там и не нужен, и его не надо туда добавлять. Это со­временные высоконаполненные UHS-материалы, наносимые одним толстым слоем (классификацию материалов по наполненности мы рассмотрим ниже). Их вязкость фак­тически закладывается уже при производстве и соответствует оптимальным условиям покраски (под ними здесь и далее подразумеваются следующие: температура воздуха + 20 °С, влажность 80 %). Иностранные производители не сомневаются, что мы будем их соблюдать, что у нас имеются камеры и подготовленные, хорошо оборудованные цеха. Поэтому, даже если иностранные производители и ошибаются относительно качества и оснащенности наших сервисных станций, повторимся: разбавление таких материалов растворителем недопустимо.

   А нельзя этого делать по следующей причине: в них и так присутствует достаточно сольвентов, которые при сушке испаряются, и для их испарения необходимо определен­ное время. Добавление же растворителя значительно сокращает время сушки, и соль­венты попросту не успевают улетучиться. При этом верхний слой полимеризуется быст­рее, образуется пленка, препятствующая испарению «летучки» из жидких фракций, рас­положенных в нижних слоях (не забывайте, что наносятся такие материалы одним тол­стым слоем), и это приводит к образованию на поверхности лакокрасочного покрытия всем известных дефектов.

   Кстати, подобный эффект наблюдается и на традиционных невысоконаполненных эма­левых красках, и даже на алкидных. Очень часто маляры первый слой наносят краской с нормальной вязкостью, а последующий делают пожиже, как говорится, для разлива. По­сле покраски машина в камере стоит очень красивая, яркая, а из камеры выезжает уже матовая - пленка материала деформируется за счет слишком интенсивного испарения разбавителя с поверхности, что усугубляется, как правило, недостаточной вентиляцией. Исходя из этого, не советуем любителям добавлять слишком   много   растворителя. Мо­жет, разлив мы и получим, но глянец потеряем наверняка.
Возвращаясь к общей характеристике акриловых материалов, надо заметить следующее. Как уже было сказано, длинные молекулярные цепочки сшиваются в процессе химиче­ской реакции между молекулами смолы и молекулами отвердителя, поэтому полимери­зация, в принципе, может идти без доступа воздуха, в закрытом объеме и при низких температурах, хотя следует учитывать, что скорость реакции прямо зависит от темпера­туры: при низкой сшивание идет значительно медленнее.

   Мы знаем, что оптимальная температура полимеризации в камере составляет + 60 °С. Минут за 40-60 при такой температуре все необратимые реакции закончатся, и машина будет готова для выдачи клиенту.

   В пользу акриловых материалов свидетельствует и тот факт, что они поддаются прак­тически 100%-ной оптической очистке. Это позволяет колористам спокойно подбирать цвет ремонтируемых покрытий, не делая поправок на желтизну лака (хотя это спорный тезис: часто встречаются желтые акриловые лаки, но все относительно).
Основным же модификатором является полиуретан, способствующий увеличению слоя. Кроме того, он придает эмалевым краскам   более   высокую износостойкость за счет увеличения пластичности - лакокрасочная поверхность лучше противостоит летящему из-под колес гравию (от здоровенных булыжников он, конечно, не спасет).
На сегодняшний день на отечественном автомобильном производстве, когда речь идет о покраске на конвейере, акриловые материалы не применяются. Применяется акриловый 1К молочный лак в системе «база-лак» без отвердителя, полимеризующийся за счет очень высокой температуры сушки. А 2К акриловых красок на конвейерном производ­стве в России нет.

Водорастворимые эмалевые краски 

   Пути эволюции, как мы знаем, неисповедимы, поэтому она никогда не стоит на месте, требуя развития. Сегодня экологи уже убедили весь мир, что сольвентные краски вредны, опасны и т. д., а потому их надо запретить. И даже UHS-материалы теперь их не устраи­вают. Новое поколение водоразбавимых материалов все прочнее занимает позиции на рынке лакокрасочных покрытий.

   Это действительно совершенно новые материалы. Работа с ними осуществляется по не­сколько измененной, усовершенствованной технологии, преимущества которой для мно­гих очевидны. Хотя на данном этапе нельзя сказать, что они полностью вытеснили тра­диционную продукцию.

   В России до этого еще очень далеко - настороженное отношение отечественных спе­циалистов в области авторемонта ко всему новому играет здесь не последнюю роль, да и цена, по крайней, мере, пока многих отпугивает.

   Хотя «водной» базой пользуются уже на многих станциях, минусы уверенно уравнове­шены плюсами (беспрецедентная укрывистость, легкость нанесения, отсутствие эффекта «яблочности»). С успехом используются «водные» антигравийные покрытия и грунты. В откровенно «детском» возрасте пребывают лишь «водные» акриловые лаки и краски.

   К тому же многие эксперты в нашей отрасли неоднозначно высказываются о качестве существующих акриловых материалов на водной основе, потому что, как они считают, все, что покрыто ими, на машины непохоже. С первичными слоями лакокрасочного по­крытия - шпатлевками, грунтами и т. п., ситуация иная, поскольку практически в поло­вине европейских государств сольвенты запрещены.

   Так вот, о свойствах. Во-первых, водорастворимые материалы, как утверждают их раз­работчики, поддаются практически стопроцентной колеровке. Это обусловлено тем, что цветного пигмента в водорастворимой базе ровно в 10 раз больше, чем в классической. То есть если степень помола в традиционных эмалевых красках, растворяемых раствори­телем, составляет 10-15 мк, то в водорастворимой краске он измельчается до 1-1,5 мк. Естественно, и укрывистость у нас получается значительно выше.

   Во-вторых, у водорастворимых красок значительно продолжительнее время сушки, что упрощает работу с такими инновационными цветами, как «металлики». Получаемая лако­красочная поверхность никогда не будет «колючей», поскольку время сушки водных материалов в 6-8 раз больше, чем сольвентных. За этот промежуток времени все пиг­менты, инородные металлические частички и слюда равномерно распределяются (одно­образно ориентируются, преимущественно параллельно поверхности) по всей толщине лакокрасочного слоя.

   Но это и минус новаторских эмалевых красок. Длительное время сушки вследствие медленного испарения воды не позволяет ускорить процесс ремонта и требует оснащения мастерских камерами с воздухообменом не менее 18 000 мз в час.

   Еще одним, хотя и весьма незначительным минусом работы с водными красками можно считать и то, что окрашиваемую поверхность перед их нанесением надо тщатель­нее обезжиривать. Ведь в них нет растворителя, который выступает и как дополнитель­ное обезжиривающее вещество, присутствующее в сольвентных красках.
   Хотя основные принципы работы не изменились. Тот же пистолет, те же приемы и пр., акриловые связующие эмульгируются посредством того, что каждая частичка пигмента окутана тончайшей латексной оболочкой. После попадания на поверхность эта оболочка разрушается, и получается обычная акриловая краска. Но доля акриловых связующих в ней безумно мала, порядка 8-10 %. То есть, вода служит только для переноса материала.

   В заключение справедливости ради следует отметить, что, совершая экскурс в историю автомобильных эмалевых красок, мы коснулись только основной классификации этих красок, не углубляясь в их разветвленную типологию. Конечно, понятно, что в промыш­ленных условиях применялось и применяется несравненно большее количество эмалевых красок, среди которых комбинированные нитроэмали, эмали горячей сушки на алкидных и меламиновых смолах, термопластические акриловые эмалевые краски, термореактив­ные акриловые эмалевые краски и т, д. Но свойства всех этих эмалевых красок, форми­рующих подклассы и подтипы основных и рассмотренных нами, очень сходны, поэтому отдельно останавливаться на каждом виде эмалевой краски мы не стали.

Возврат к списку