Покраска автомобиля при ремонте

Лакокрасочные материалы для окраски автомобилей

Автомобильная промышленность в большинстве развитых стран является одним из крупнейших потребителей такого важного товара, как лакокрасочная продукция. Мировой оборот рынка ЛКМ, складывающийся из продукции для автосерийной и авторемонтной окраски, достигает 3,4 млрд. долларов в год.

Ведущими мировыми производителями автомобильных ЛКМ являются крупные зарубежные фирмы, которым принадлежит 85 % рынка этой продукции.

Из менее крупных изготовителей автомобильных ЛКМ хорошо известны фирмы Akzo Nobel (Нидерланды), Tikkurila (Финляндия), Bayer (Германия), Helios (Словения) и другие.

В Западной Европе на окраску автомобилей расходуется около 18 % общего объема ЛКМ промышленного назначения. В странах Нового Света (США и Канада) этот показатель превышает 16 %. В Китае, где наблюдается быстрый рост лакокрасочного производства в целом, на долю ЛКМ для автомобилестроения приходится почти 9 % общего объема выпуска ЛКМ промышленного назначения.

В России в настоящее время насчитывается свыше 20 млн. легковых автомобилей, из которых почти пятая часть подвергается ежегодной частичной или полной ремонтной окраске, на что затрачиваются автоэмали в общем объеме свыше 6 миллионов литров.

По прогнозам специалистов, в ближайшие годы автомобильные лакокрасочные материалы ожидает хотя и невысокий, но устойчивый прирост производства. Ожидаемые темпы прироста потребления автомобильных ЛКМ, не превышающие в разных странах 1-2 %, объясняются не сокращением производства автомобилей, а снижением в их конструкции доли металла, который постепенно заменяется материалами, не требующими окраски. К ним относятся не только пластмассы и другие подобные материалы, но и металл с полимерным или другим противокоррозионным покрытием.

С конца 1970-х и до середины 1980-х годов среди автомобилестроителей Японии, Северной Америки и Европы была очень популярна холоднокатаная сталь с предварительно нанесенной цинкообогащенной эпоксидной грунтовкой. Эта сталь, получившая название цинкрометалла, широко использовалась для изготовления корпусных панелей, стоек, рам, капотов, крыльев и других труднодоступных узлов автомобильного кузова. Однако в последующие годы потребление цинкрометалла в автомобильном секторе снизилось из-за внедрения новых видов коррозионно-стойких электрогальванизированных сталей.

Снижению интереса автомобилестроителей к цинкрометаллу в значительной мере способствовало и ускоренное освоение этой отраслью полимерных материалов. Доля пластмассовых деталей в конструкции кузова, начиная с 1960-х годов, постоянно увеличивалась и к середине 80-х превысила 90 кг на один автомобиль.

В настоящее время элементы внутренней отделки салона автомобиля по большей части изготавливаются из полимерных материалов, тогда как в деталях внешней отделки соотношение стали и пластмасс составляет 90:10.

Конструкция современного автомобиля, выполненная главным образом из металла, ставит перед изготовителем целый ряд проблем, важнейшая из которых — защита автомобиля от коррозии. Учитывая специфические условия эксплуатации автомобиля, включающие воздействие влаги, кислотных дождей, противообледенительных составов, перепада температур, солнечного излучения, ударов мелких камней и других разрушающих факторов, автомобилестроителям приходится использовать для защиты корпуса, днища и элементов внешней отделки автомобиля коррозионно-стойкие, прочные и эластичные покрытия.

Второе, но не менее важное требование к автомобильным покрытиям — исключительно высокие декоративные качества, определяемые не только возможностями современного производства, но и пожеланиями потребителя.

В настоящее время автомобильные покрытия подвержены моде, как и все другие потребительские товары. Мода распространяется на цвет и его насыщенность, блеск и различные декоративные эффекты (металлический, перламутровый и т. п.). В 1995 г. в США, например, наиболее модными были автомобили, выкрашенные в естественные цвета - зеленый, светло-коричневый и бежевый, но прежде всего — в белый и черный. К 1997 г. свыше 50 % автомобильных кузовов окрашивалось в цвет металлик, т. е. ЛКМ с металлическим блеском.

По прогнозам специалистов, в XXI веке очень популярными становятся автомобили серебристого и других «технических» цветов. В США уже сейчас 16 % автомобилей класса «люкс» окрашиваются белыми металликами и 15 % — серебристыми. На европейском рынке новейших перспективных автомобильных ЛКМ первое место занимают системы серебристых тонов.

Кроме перечисленных выше факторов, на выбор ЛКМ для окраски автомобилей серьезное влияние оказывает экологический аспект. Дело в том, что в большинстве промышленно развитых стран существуют законодательные ограничения на использование ЛКМ, загрязняющих окружающую среду. Это касается и автомобильных ЛКМ, содержащих летучие органические растворители или какие-либо токсичные компоненты.

Постоянно ужесточающееся экологическое законодательство привело к существенному изменению ассортимента ЛКМ, предназначенных для серийной и ремонтной окраски автомобилей. В результате, доля традиционных органоразбавляемых ЛКМ в этом секторе уменьшилась, а удельный вес экологически благоприятных систем на водной основе, с высоким сухим остатком (ВСО) и порошковых ЛКМ — значительно возросла.

В настоящее время для окраски автомобилей используются комплексные системы покрытий, включающие грунтовки, шпатлевки, композиции для промежуточных и верхних отделочных слоев. Такая структура покрытий предполагает последовательный поэтапный процесс окраски, в который входят предварительная подготовка поверхности металла, грунтование, шпатлевание, нанесение промежуточного и отделочного слоев. Первые два этапа обеспечивают защитные свойства, а последующие — декоративные характеристики покрытия. На каждом этапе окраски используются соответствующие материалы, специально разработанные для указанных целей.

Далее поэтапно описаны основные и неотъемлемые процессы обработки и последующей окраски металлических кузовных деталей автомобиля:

• Предварительная подготовка поверхности металла перед окраской;
• Шпатлевание и защитная обработка поверхностей автомобиля;
• Грунтование металлического кузова автомобиля;
• Ремонтная окраска автомобилей;
• Отделка автомобиля.

Материалы с высоким сухим остатком

Преимуществами материалов с высоким сухим остатком (ВСО) считаются в первую очередь экологичность, а также то обстоятельство, что они позволяют применять ту же технологию окрашивания, что и для материалов обычного типа. Параметры процесса в этом случае остаются одинаковыми, поэтому возможно использование уже имеющегося оборудования.

Недостатки обусловлены тем, что в составе этих материалов содержатся смолы с меньшей массой и вязкостью, в связи с чем увеличивается вероятность образования потеков при нанесении. Поэтому для получения качественного покрытия в процессе работы необходим контроль реологических свойств материала. Кроме того, в состав материалов с ВСО нужно вводить более реакционноспособные смолы. Только в этом случае покрытия будут обладать требуемыми физико-химическими свойствами.

Изменять и регулировать свойства материала можно, используя в композициях с ВСО микрогели, способные образовывать сшитые структуры.

Олигоэфирные лакокрасочные материалы

Из олигоэфиров наибольшее применение находят модифицированные (алкидные) олигомеры и ненасыщенные полиэфирные олигомеры.

Исходными продуктами для получения алкидных олигомеров являются пентафтали и глифтали, модифицированные растительными маслами и канифолью. На основе глифталевых алкидов выпускаются грунтовки и шпатлевки, в основном предназначенные для подготовки металлических поверхностей под окраску. Пентафталевые алкиды входят в состав лаков и эмалей, применяющихся для отделки древесины (паркета, оконных блоков) и получения атмосферостойких покрытий. Такие алкиды отверждаются быстрее глифталевых. Пентафталевые покрытия превосходят глифталевые по твердости, механическим характеристикам, атмосферостойкости.

Алкидные материалы недорогие, отверждаются в естественных условиях и при горячей сушке, имеют различные области применения.

Алкидные материалы с высоким сухим остатком

Полиэфирные материалы отличаются высоким содержанием пленкообразующих веществ (70–97%). Основная часть их компонентов при отверждении вступает в химическое соединение. Тем самым создается высокий сухой остаток покрытия.

Основными компонентами полиэфирных материалов являются: ненасыщенная полиэфирная смола, растворенная в мономере (который при отверждении не испаряется, а вступает в реакцию со смолой); инициатор–вещество, вызывающее химическое взаимодействие между смолой и мономером (вводится перед употреблением); ускоритель, интенсифицирующий процесс отверждения.

Олигоэфирмаленаты образуют покрытия с высокой твердостью, светостойкостью к химическим реагентам.

На их основе выпускают материалы двух типов: парафиносодержащие и беспарафиновые.

Парафиносодержащие применяются в мебельном производстве для получения высокоглянцевых закрытопористых покрытий, в т. ч. при отделке ДСП. Это двухупаковочные материалы. Так как содержание нелетучих в них составляет 95–97 %, за одно нанесение можно получить достаточно толстый слой покрытия.

Недостатком этих материалов является то, что их можно наносить только на горизонтальные поверхности. Кроме того, они имеют пониженную адгезию к подложке, плохо отверждаются на сильносмолистой древесине.

Беспарафиновые материалы являются одноупаковочными. Их можно наносить на горизонтальные и вертикальные поверхности. Получаемые покрытия имеют высокую эластичность и хорошую адгезию к различным подложкам.

Полиэфирные материалы могут отверждаться при комнатной температуре, при конвективном и терморадиационном нагреве, УФ-облучением, электронным облучением в атмосфере инертного газа.

Применение олигоэфираминоформальдегидных систем с ВСО позволяет не только снизить вредные выбросы растворителей на 65 %, но и уменьшить трудозатраты на их нанесение, снизить энергозатраты, транспортные и складские расходы. Их используют в автомобильной промышленности в качестве промежуточных покрытий. Низковязкие композиции такого типа применяются для окраски сельскохозяйственной техники, металлической мебели, бытовых приборов. Составы на основе полиэфирно-меламиновых композиций с ВСО (80 %) хорошо зарекомендовали себя в качестве автоэмалей. Совмещение их с акриловыми сополимерами позволяет получить грунт-эмали для защиты металлических строительных конструкций.

Олигоэфирмеламиновую основу с ВСО содержит отечественная грунтовка ПЛ-0213 горячего отверждения. Низковязкие композиции такого типа выпускаются германской фирмой HR (марки Vesturit 914 и 1211).

Акриловые лакокрасочные материалы

К лакокрасочным системам с ВСО (до 65%) относятся термореактивные полиакрилаты — продукты совмещения мономеров, имеющих реакционноспособную группу (гидроксильную, карбоксильную, эпоксидную и др.) с алкидными, карбамидо- и меламиноформальдегидными, эпоксидными олигомерами.

Покрытия на основе полиакрилатов отличаются хорошими физико-химическими свойствами: атмосферо- и светостойкостью, прочностью, декоративностью, а также хорошей адгезией к различным материалам. Материалы на их основе используют для антикоррозионной окраски автомобильных кузовов, бытовых приборов, алюминиевых конструкций. Недостатком их является относительно высокая стоимость.

Особый интерес представляют водные дисперсии полиакрилатов, получаемые эмульсионной полимеризацией акриловых полимеров и сополимеров. Их используют в водоразбавляемых композициях, образующих твердые, атмосферостойкие и блестящие покрытия. Эти материалы применяют в строительстве для наружной и внутренней отделки зданий и сооружений, а также для отделки древесины.

Полиуретановые лакокрасочные материалы

В качестве пленкообразователя в полиуретановых материалах с ВСО используют олигомеры с наличием гидроксильных групп. В одноупаковочных материалах олигомеры комбинируются с блокированными изоцианатами, в двухупаковочных — с изоцианатами.

Одноупаковочные системы более удобны в применении, однако они отверждаются при достаточно большой температуре.

Двухупаковочные системы перед употреблением необходимо смешивать, при этом жизнеспособность приготовленных материалов невелика, однако их преимуществом является гибкость параметров процесса отверждения.

Полиуретановые покрытия характеризуются высокими механическими показателями. Например, их твердость приближается к твердости стекла. Они атмосферо- и водостойкие, устойчивы к воздействию кислот, щелочей, растворителей, имеют хорошую адгезию к древесине, металлам, пластикам, покрытиям на основе других пленкообразователей.

Полиуретановые лакокрасочные материалы токсичны и сравнительно дороги, но высокая стоимость окупается долговечностью защитных покрытий на их основе. Такие материалы используют для окраски морских судов, металлических и бетонных конструкций, в авиастроении, мебельной промышленности и строительстве.

Кремнийорганические эмали

Особый интерес представляют кремнийорганические материалы олигоэфирного типа с ВСО. Силиконовые олигомеры хорошо совместимы с алкидными, акриловыми, олигоэфирными пленкообразователями. Такие материалы образуют атмосферо- и теплостойкие покрытия с хорошей износостойкостью. Их используют для окраски рулонных металлов, различных металлических поверхностей .

Эпоксидные лакокрасочные материалы

К новинкам олигомерных композиций без использования растворителей относятся низковязкие алифатические эфиры с высоким содержанием эпоксидных групп, отверждающиеся циклоалифатическими полиаминами.

Эти низковязкие составы обладают высокой стойкостью к растворителям и агрессивным средам. Кроме того, эпоксидные материалы имеют хорошую адгезию к подложке, высокие антикоррозионные и электроизоляционные показатели. Они образуют толстослойные покрытия при одноразовом нанесении. Их используют в тех случаях, когда к защитным свойствам покрытий предъявляют повышенные требования.

В нашей стране создан ряд эпоксидных материалов с ограниченным содержанием растворителей и без них.

Это эмали ЭП-793, ЭП-1155, ЭП-5116, ЭП-7100, Б-ЭП-421, Б-ЭП-433, Б-ЭП-0237, грунтовки Б-ЭП-0126, Б-ЭП-0124 и др. Эти материалы предназначены для антикоррозионной защиты трубопроводов, стальных строительных конструкций, полов производственных помещений, градирен, нефтегазопромышленного оборудования и оборудования химической промышленности.

Перечисленные выше грунтовки наряду с эмалями Б-ЭП-68 и Б-ЭП-421 широко используются в промышленном масштабе.

Предварительная подготовка поверхности металла перед окраской

Прежде чем наносить на поверхность кузова автомобиля лакокрасочные материалы, необходимо самым тщательным образом подготовить поверхность к покраске.

Выполняемые на этом этапе работы преследуют три основные цели:

1. Удаление с поверхности металла различного рода загрязнений, в т. ч. жиров, смазок, окалины и т. п.;
2. Повышение адгезии последующей грунтовки;
3. Создание барьера, препятствующего проникновению корродирующих элементов к поверхности металла.

Процесс предварительной подготовки включает стадии очистки, промывки, фосфатирования, хроматной (или бесхроматной) обработки и окончательной промывки.

На стадии очистки для удаления окислов, жира и грязи применяют составы, содержащие щелочные компоненты и поверхностно-активные вещества. Предпочтение отдается жидким составам с рН 10,5-11,5, т. к. препараты с более высокой щелочностью или кислотные непригодны для оцинкованной стали из-за опасности разрушения цинкового слоя.

Нанесение очистителей производится распылением или окунанием, причем последний способ получил более широкое распространение. Температура рабочей ванны с очистителем обычно составляет 85 °С, но существуют и более современные очистители, эффективные при температурах 35-45 °С.

Для удаления с поверхности стали следов очистителя производится ее промывка теплой водой, после чего на кузов наносят конверсионное цинкфосфатное покрытие. При этом на поверхности холоднокатаной стали образуется тонкокристаллический слой фосфофиллита, обладающий высокой щелоче- и коррозионной стойкостью.

При фосфатировании оцинкованной стали на поверхности возникает слой немодифицированного цинкфосфата, уступающий фосфофиллиту по защитным свойствам. Хорошие результаты дает введение в состав цинкфосфатного раствора никелевых и марганцевых добавок, которые при проникновении в фосфатный слой образуют поликристаллическое покрытие как на холоднокатаной, так и на оцинкованной стали.

На Волжском автозаводе, например, для фосфатирования автомобильной стали используют состав КФ-12 с низким содержанием цинка, обеспечивающий формирование на поверхности металла плотного слоя конверсионного покрытия с повышенной устойчивостью к щелочам. Для предварительной обработки оцинкованной стали разработаны специальные моечно-фосфатирующие составы: моечный состав КМ-17 для обезжиривания распылением и окунанием, фосфатирующие концентраты КФ-15 для распыления и КФ-17 для обработки погружением. Составы КФ-15 и КФ-17 содержат добавки катонов Zn, Ni и Mn, что позволяет существенно улучшить адгезию покрытия к стали.

Фосфатные пленки являются прекрасным барьерным покрытием, т. к. по своему действию ведут себя подобно керамической изоляции, устойчивой к воздействию влаги. Появление царапин и других повреждений не представляет серьезной опасности при эксплуатации цинкфосфатированных поверхностей.

Операцию цинкфосфатирования проводят с применением метода распыления или окунания. Последний метод предпочтительнее, т. к. он позволяет обработать полости, углубления и другие малодоступные элементы конструкции.

После фосфатирования во многих случаях сталь проходит стадию хроматной обработки составами, содержащими трехвалентный хром или его смесь с шестивалентным. Такая обработка позволяет ликвидировать пористость фосфатного слоя.

В последнее время хроматная обработка интенсивно заменяется бесхроматной, т. к. хромсодержащие соединения рассматриваются во многих странах как токсичные. Бесхроматная обработка предполагает использование составов на основе полимеров, способных реагировать с конверсионным слоем.

Окончательная промывка обработанной стали сначала обычной, а затем деионизированной водой обеспечивает достаточно высокую чистоту поверхности и делает ее пригодной для грунтования и последующего нанесения автоэмали.

Шпатлевание и защитная обработка поверхностей автомобиля

Эта операция остается обязательной при серийной окраске автомобилей, поскольку она позволяет устранить любые, даже очень незначительные дефекты поверхности.

Грунт-шпатлевка должна быть эластичной, водостойкой, легко шлифоваться. Укрывистость ее обеспечивается наличием пигментов (оксид железа, диоксид титана) и пигментов-наполнителей (бариты, тальк, каолин и т. п.). Этот промежуточный грунт способствует прочному сцеплению электрофорезной грунтовки с последующими слоями и повышает механическую прочность всего покрытия.

До внедрения электрофорезного грунтования грунт-шпатлевки (в основном алкидные и эпоксиэфирные) наносили толстым слоем (до 50 мкм), который требовал больших затрат при шлифовании и не всегда обеспечивал необходимую гладкость. Внедрение анафорезного грунтования способствовало появлению эпоксидных грунт-шпатлевок, отличающихся исключительной адгезией и водостойкостью. К такого рода материалам относится промежуточный эпоксиэфирный грунт ЭФ-083, который долгое время использовался на АвтоВАЗе при окраске кузовов «Жигулей». Впоследствии он был заменен на более современный эпоксиалкидно-меламиновый грунт ЭП-0228, отличающийся повышенным сухим остатком, улучшенным розливом и хорошей шлифуемостью. Грунтовка ЭП-0228 наносится в два слоя способом «мокрый по мокрому» с помощью импортной установки с электростатическим распылителем при скорости его вращения 15-25 тыс. об/мин.

В настоящее время из-за всеобщего распространения катафорезных ЛКМ изменился и ассортимент автомобильных промежуточных грунтовок. На смену алкидным пришли полиэфирные, признанные лучшими для нанесения поверх катафорезных грунтовок. Они не требуют тщательной шлифовки и отличаются исключительной прочностью. Полиэфирмеламинные грунт-шпатлевки горячей сушки с температурой отверждения не менее 150 °С довольно широко распространены за рубежом. Используются они и на отечественных автомобильных заводах, например, на АвтоВАЗе при окраске «Жигулей» модели ВАЗ 1110.

Новейшая тенденция в этой области - замена традиционных грунт-шпатлевок (органоразбавляемых или с ВСО) на водоразбавляемые или порошковые. Последние наиболее перспективны, т. к. прекрасно противостоят ржавчине.

В Японии порошковые грунт-шпатлевки первой начала использовать фирма Honda. За ней последовала итальянская компания Fiat. В США внедрение этого материала происходит медленнее. Однако фирма General Motors, которая первой среди прочих американских фирм начала использовать порошковые грунт-шпатлевки, существенно расширила масштабы применения таких порошков. Компания Chrysler использует порошковые грунт-шпатлевки на десяти своих автомобильных заводах.

Две последние фирмы применяют при окраске автомобилей разработанную компанией PPG порошковую грунт-шпатлевку на основе полиэфира, который синтезирован из изофталевой кислоты и тримеллитового ангидрида. Шпатлевка отличается устойчивостью к УФ-излучению и шелушению.

Весьма перспективными являются акриловые порошковые шпатлевки, в которых пленкообразователем служит сополимер глицидилметакрилата с бутилакрилатом, стиролом и метилметакрилатом. Пленкообразователь имеет молекулярную массу не выше 2500 и вязкость менее 400 пуаз при 150 °С.

Многие специалисты считают, что, несмотря на высокие температуры отверждения порошков, ограничивающие пока использование порошковых материалов в окраске пластмасс, порошковые грунт-шпатлевки даже более перспективны, чем водоразбавляемые аналоги. Однако в настоящее время, несмотря на серьезные недостатки, присущие водоразбавляемым грунт-шпатлевкам, они довольно широко используются на автомобильных заводах, например, при производстве автомобилей BMW.

Особое место в процессе окраски автомобилей занимают противоударные грунтовки, предназначенные для защиты некоторых наиболее уязвимых поверхностей автомобиля от разрушения при воздействии механических нагрузок (удары камнем, щебнем, попадание грязи и т. п.). Противоударные лакокрасочные материалы наносятся на днище, подножки и другие детали кузова поверх слоя грунт-шпатлевки.

Многие годы для этой цели использовали поливинилхлоридные пластизоли с наполнителями, которые распыляют толстым слоем (50-100 мкм). В свое время в России для противоударной защиты покрытия на острых кромках легкового автомобиля была разработана водно-дисперсионная грунтовка В-КЧ-0224 на основе сополимера бутадиена с акрилонитрилом. Грунтовку наносят одним слоем толщиной 70-100 мкм с помощью пневматического распылителя и сушат 1 час при обычной температуре.

За рубежом в качестве противоударных грунтовок применяют композиции, образующие тонкослойные покрытия. Как правило, это водные полиуретановые системы различного состава. С их помощью можно получать эластичные покрытия с хорошей шлифуемостью.

Почти 90 % водных грунт-шпатлевок, применяемых в Европе, основаны на модифицированных полиуретанах. Ведущим производителем противоударных водоразбавляемых грунт-шпатлевок является концерн Bayer. Он выпускает водоразбавляемые полиизоцианаты Bayhydur BZ, водные полиуретановые дисперсии и гидроксилсодержащие полиэфиры Bayhydrol. Комбинируя полиэфиры и полиуретановые дисперсии с блокированными полиизоцианатами и водными аминосмолами, можно получить грунт-шпатлевки с высокой ударопрочностью, причем последний показатель определяется содержанием в композиции уретана.

Грунтование металлического кузова автомобиля

Лакокрасочная продукция в своем огромном ассортименте видов имеет стртегически важный подвид — автомобильная грунтовка. Назначение автомобильных грунтовок, состоит в усилении коррозионной стойкости и механической прочности металлического кузова.

На заре автомобилестроения для грунтования использовали композиции, наносимые распылением до сварки корпуса. Позднее на смену распыляемым грунтовкам пришли наносимые методом окунания органоразбавляемые аналоги, а начиная с 60-х гг. — водорастворимые грунтовки.

Все эти материалы, предназначавшиеся для грунтования цельносварного корпуса автомобиля, позволяли успешно окрашивать малодоступные узлы и детали, например, крепежные элементы и дверные подпорки. Иногда они используются и сейчас — для защиты внутренних частей корпуса автомобиля.

Современные грунтовки для автомобилей, наносимые окунанием, изготавливают на основе алкидных, алкидноэпоксидных, эпоксиэфирных и эпоксидных смол в сочетании с железооксидным или сажевым пигментом, цинкхроматным ингибитором коррозий и наполнителем. Однако сфера применения грунтовок такого рода очень ограничена, т. к. метод окунания, отличающийся малой производительностью и трудоемкостью, был постепенно вытеснен электроосаждением.

В настоящее время методом электрофореза грунтуются практически все автомобили серийного производства. Этот метод обеспечивает формирование равномерных грунтовочных покрытий высокого качества даже на изделиях сложной конфигурации. Электрогрунтование осуществляется на полностью автоматизированных линиях с коэффициентом полезного использования материалов до 95% (для сравнения: другие методы окраски обеспечивают лишь 60-70%).

Использование электрофореза в автомобильной промышленности началось в 1960-х гг. в США на заводе фирмы Ford Motors и к середине 1980-х охватило все автомобильные заводы.

Метод заключается в осаждении грунтовки из водного раствора на поверхность кузова с помощью постоянного электрического тока. Для этого кузов, служащий электродом, помещают в ванну с водоразбавляемой грунтовкой и пропускают электрический ток. При этом полианионы или поликатионы, образующиеся в водном растворе пленкообразования (полиэлектролита), несущие на себе электрический заряд, передвигаются в электрическом поле к противоположно заряженному кузову и осаждаются на нем. В зависимости от того, где происходит осаждение, процесс электрофореза может быть анодным или катодным.

Первым у автомобилестроителей получило признание электроосаждение на аноде (анафорез), которое было очень популярным до середины 1970-х гг. Эта технология предусматривает использование относительно доступных, недорогих и в то же время достаточно высококачественных анафорезных грунтовок, которые изготавливают на основе малеинизированных масел, алкидов, эпоксиэфиров, акрилатов и других полимеров с карбоксильными группами, самобилизованных щелочами и основаниями.

В качестве пигментов в анафорезных грунтовках применяют оксид железа или диоксид титана в смеси с сажей. Для улучшения защитных свойств в их состав вводят антикоррозионные пигменты типа силикохромата свинца.

Наиболее популярными пленкообразователями для анафореза являются эпоксидные смолы, т. к. они позволяют получать покрытия с хорошей химической и коррозионной стойкостью.

Анафорезные акрилаты также широко используются для формирования грунтовочных покрытий в автомобилестроении. Предпочтение отдается однослойным анафорезным покрытиям для окраски небольших деталей и антикоррозионной защиты днища. Пленкообразующая система на основе акрилатов, нейтрализованных аминами, характеризуется щелочными свойствами и сохраняет свои гидрофобные свойства после испарения амина. Сушка осуществляется за счет нагрева и окисления пленкообразователя после отцепления аминов. Для формирования толстослойных покрытий на фосфатированных кузовах автомобилей рекомендуются анафорезные грунтовки на основе полибутадиен-акриловых систем, отверждающиеся при температуре 100-180 °С.

Японские лакокрасочники традиционно развивают направление, связанное с применением анафорезных акриловых грунтовок холодного отверждения. Им удалось создать модифицированные акриловые грунтовки для автомобильных кузовов с температурой сушки 80 °С.

В России внедрение анафорезных автомобильных грунтов началось в 1970-х гг., когда за рубежом уже четко наметился переход к катафорезным аналогам. Представитель первого поколения отечественных материалов анафорезного типа — фенольная грунтовка ФЛ-093 на основе растительных масел, до сих пор выпускаемая Ярославским заводом. Позднее для замены грунтовок ФЛ-093 были разработаны более совершенные аналоги на основе полибутадиенового каучука. К ним относятся грунтовки В-KЧ-02-7 и В-KЧ-0254, первая из которых используется на АвтоВАЗе для грунтования кузовов «Жигулей». По защитным свойствам она находится на уровне зарубежных материалов.

Несмотря на то, что анафорезное грунтование отличается высокой эффективностью в условиях серийного производства автомобилей, оно имеет ряд недостатков, связанных с недостаточной коррозионной стойкостью, неудовлетворительной ударопрочностью и пониженной рассеивающей способностью анафорезных систем.

Значительно более высокими защитными свойствами характеризуются катафорезные грунтовки, освоение которых автомобилестроителями началось в середине 1970-х гг.

Первая установка по катафорезному грунтованию автомобильных деталей была запущена в 1976 г. в США. Через 10 лет катафорезные грунты составляли уже от 60 до 80% общего объема грунтовок, используемых в автомобильной промышленности. В настоящее время катафорезные грунтовки практически вытеснили анафорезные на автозаводах США, Японии, Западной Европы.

Основные преимущества катафорезных покрытий — очень высокая степень защиты от коррозии при малой толщине покрытия (полученное этим способом покрытие имеет при толщине 15 мкм те же защитные свойства, что и анафорезное покрытие толщиной 20-22 мкм), хорошая химстойкость (в т. ч. к щелочам), высокая рассеивающая способность (эффективность защиты внутренних полостей достигает 70%) и др.

Установка для катодного грунтования в основном сходна с анафорезной, но имеет и некоторые отличия. Катафорезные ванны, промывочные камеры и трубопроводы должны быть выполнены из материала, не корродирующего в кислой среде. Таким материалом служит, как правило, нержавеющая сталь, а в некоторых случаях — полиэфирные футеровочные материалы. В установке предусмотрена система ультрафильтрации, которая позволяет осуществлять высококачественную очистку и способствует более экономичному использованию ЛКМ, сохраняя при этом его высокое качество.

Катафорезные грунтовки изготавливают на основе акриловых и винильных сополимеров, эпоксидных, полиуретановых, полиэфирных и других смол с амино- или аммониевыми группами, которые путем нейтрализации кислотами переводят в солевую водорастворимую форму и затем разбавляют водой до получения 20-25%-го раствора.

Основу катафорезных грунтовок составляют эпоксиаминные продукты, в т. ч. модифицированные моно- и поликарбоновыми кислотами, акриловыми мономерами и другими соединениями. Крупнейшим поставщиком таких грунтовок выступает английская фирма PPG, которая обеспечивает своей продукцией 2/3 потребности США и Западной Европы.

Отечественная промышленность освоила производство нескольких катафорезных грунтовок. Среди них продукция, которую разработал Ярославский завод ЛКМ — эпоксиаминная грунтовка В-ЭП-0101, содержащая противокоррозионные пигменты и специальные добавки. Представляет интерес катафорезная грунтовка В-ЭП-0190 на основе эпоксикаучукоаминной смолы, модифицированной меламиновым компонентом. После успешных испытаний грунтовка внедрена на конвейере АЗЛК для окраски заднего моста и запасных частей автомобиля и на линии окраски кузовов «Таврии» на АвтоВАЗе.

Несмотря на значительные преимущества катафорезных грунтовок, они имеют и ряд недостатков, обусловленных более низкой адгезией, неудовлетворительной стойкостью к удару, токсичностью и т. д. Преодолеть эти недостатки помогает использование современных модификаций катафорезной технологии, к которым в первую очередь относится толстослойный катафорез, позволяющий получать на основе эпоксиаминных композиций однослойные покрытия толщиной 30-40 мкм.

Толстослойный катафорез приобрел большую популярность в 1980-е гг., когда его начали интенсивно внедрять на автомобильных заводах США. В странах Западной Европы и в Японии этот метод получил меньшее распространение, хотя на заводах фирм Volkswagen и Benter-Wercke его и сейчас используют для грунтования некоторых деталей автомобиля.

В толстослойном катафорезе применяют грунтовки на основе модифицированных эпоксиаминов с пониженной температурой сушки, что особенно важно при совместной окраске пластиковых и металлических поверхностей. Однако надежды специалистов на то, что внедрение толстослойного катафореза позволит перейти на двухслойную окраску автомобилей, не оправдались, т. к. для машин класса «люкс» это неприемлемо из-за невозможности исключить операцию шпатлевания, называемую иначе стадией промежуточного грунтования.

Ремонтная окраска автомобилей

Благодаря уникальному сочетанию эксплуатационных свойств двухупаковочные полиуретаны занимают лидирующее положение и в сфере ремонтной окраски автомобилей.

По объемам потребления полиуретановые ЛКМ превосходят все остальные авторемонтные системы. Такое положение объясняется высокой скоростью отверждения этих материалов при обычной температуре, устойчивостью к бензину и горючесмазочным материалам, хорошей механической прочностью и отменным глянцем.

При ремонте автомобильных кузовов приходится использовать многослойные покрытия, состоящие из адгезионной грунтовки, шпатлевки, базисного и отделочного ЛКМ. При этом в силу специфики ремонтных работ очень серьезное внимание приходится уделять экологическим и технологическим свойствам материала.

Проблема состоит в том, что в США, Германии и других промышленно развитых странах существует нормативное регулирование эмиссии, согласно которому содержание летучих органических растворителей в авторемонтных ЛКМ строго ограничивается.

В качестве примера приведем нормативы, обязательные для производителей и потребителей авторемонтных ЛКМ в США:

• грунт-шпатлевки - 575-580 г/л;
• покрывные лаки - 600 г/л;
• эмали - 625-680 г/л.

Кроме экологических нормативов, автомобильные лакокрасочные материалы должны соответствовать требованиям потребителей в отношении режима сушки, т. к. высокие температуры отверждения опасны для неметаллических элементов ремонтируемого кузова.

В качестве первого слоя при ремонте кузова используют адгезионную грунтовку, предназначенную для улучшения сцепления металла с последующими слоями покрытия и для защиты металла от коррозии. Грунтовка формируется из алкидных материалов холодной сушки. Среди отечественных материалов такого типа хорошо известна глифталевая грунтовка ГФ-021, отверждающаяся за 24 часа.

Поверх грунтовки или непосредственно на металлическую поверхность наносят слой двухупаковочной полиэфирной или эпоксиамидной грунт-шпатлевки.

Наиболее популярны полиэфирные шпатлевки, выпускаемые различными зарубежными фирмами в комплекте «полуфабрикат» + «инициатор полимеризации перекисного типа». Эти грунт-шпатлевки имеют жизнеспособность в пределах от 3,5 до 6 часов и высыхают при комнатной температуре в среднем за 30 мин. Поскольку отечественными предприятиями такие шпатлевки не изготавливаются, специалисты рекомендуют использовать импортные двухупаковочные полиэфирные шпатлевки Mobihel или Colomix производства Словении.

Альтернативой полиэфирным шпатлевкам на основе растворителей могут служить водоразбавляемые эпоксидные аналоги, отличающиеся низкотемпературным отверждением, хорошей шлифуемостью и превосходной совместимостью с другими видами ЛКМ. Эпоксидные шпатлевки представляют собой двухупаковочные системы с жизнеспособностью 5 часов. Они состоят из эпоксидной дисперсии и аминоуретанового отвердителя с добавками. После смешения компонентов шпатлевку наносят двумя слоями толщиной по 40 мкм каждый с промежутком 20 мин., подсушивают в течение 30 мин. и отверждают за 60 мин. при температуре 60 °С.

При выборе верхнего отделочного ЛКМ при ремонте автомобилей приходится руководствоваться качеством и типом первоначального покрытия, а также приемлемостью температурного режима отверждения.

За рубежом обычно применяют двухслойное покрытие, состоящее из базисной (как правило, водоразбавлямой) композиции и верхнего покрывного лака.

Ассортимент ЛКМ для базисных слоев достаточно широк и насчитывает не менее 20 тыс. различных оттенков. Для изготовления этих материалов применяют три основных компонента: пигментную пасту, водную дисперсию смолы с добавками и корректирующую основу с реологическими добавками. Все три компонента после смешения образуют стабильную дисперсию.

В качестве пленкообразователей в таких ЛКМ используют полимеры с очень хорошей способностью к измельчению и смачиванию пигментов. В то же время они должны иметь хороший розлив и легко сшиваться в мягких условиях. Всем этим условиям соответствуют полиуретаны. Например, германская фирма BASF изготавливает полиуретановые дисперсии марки Glasurit-90-Line для авторемонтных базисных покрытий, наносимых методом распыления, в т. ч. с помощью высокообъемного распылителя низкого давления.

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.

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.

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%;

- добавки — 1-2%;

- 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.