汽车涂装技术

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一、汽车涂装的定义

  汽车涂装是指对汽车外部表面进行涂层处理的过程。涂装的目的主要是保护车身免受氧化、腐蚀和划伤,并提供美观的外观效果。涂装可以通过多种方式实现,例如,喷涂、粉末涂装和电泳涂装等。涂装通常包括底漆、面漆和清漆等多重涂层的涂布过程,它们在外观、耐久性和保护性能上都起着重要作用。涂装过程一般包括以下几个步骤:首先准备车身表面,其次依次施加底漆、面漆和清漆等涂层,最后进行烘干和抛光等后续处理。现代汽车涂装技术不断发展,以提高涂装质量和效率,同时也注重环保和可持续发展的要求。

二、汽车涂装的作用及特点

  (一)汽车涂装的作用

  汽车涂装的主要作用是保护作用、装饰作用、标志作用和特殊作用,如图1-1所示。

图1-1 汽车涂装的作用

  1.保护作用

  汽车作为交通工具,需要在室外使用,遇到复杂的运行环境,容易受到水分、微生物、紫外线和其他酸碱气体、液体等腐蚀物的侵蚀,也经常因磨擦、剐蹭、碰撞而造成损伤。尤其是在冬季,为了防止路面雪水结冰,经常会在道路上撒融雪剂,使得车体的腐蚀更为严重。针对这些问题,我们可以在汽车表面涂上涂料,形成具有一定耐水性、耐候性和耐油、耐化学品等性能的涂膜。这样的涂膜可以保护汽车免受损坏,并延长使用寿命。涂膜的作用主要包括以下几个方面。

  (1)防腐蚀。涂膜可以形成一个保护层,防止水分、微生物和其他酸碱气体、液体等腐蚀物对车身金属的侵蚀,提高汽车的抗腐蚀性。

  (2)抗划伤、耐磨损。涂膜可以减少石子和其他硬物对车漆的伤害,也可以防止划伤和磨损,让汽车保持崭新的外观。

  (3)抗紫外线。涂膜可以起到隔绝紫外线的作用,防止紫外线对车漆造成的褪色、发黄和失去光泽等损坏。

  (4)耐化学物质侵蚀。涂膜可以提供一层屏障,减少化学物质的侵蚀,保持汽车的清洁和美观。

  (5)防盐雾腐蚀。涂膜可以抵御路面上的盐粒和其他腐蚀性物质,从而减缓汽车的腐蚀速度。

  综上所述,涂膜可以为汽车提供多重保护,延长其使用寿命,同时也能让汽车更加美观和耐用。如图1-2所示。

图1-2 汽车涂装的保护作用

  2.装饰作用

  现代汽车不仅仅是实用的交通工具,更是一种艺术品。涂装可以赋予被涂物丰富的色彩、光泽、鲜艳度、平滑性、立体感和标志等特性,为人们带来美的视觉享受,并提升商品的销售价值。华丽的色彩与优雅的线条相结合,构成了汽车的造型艺术,协调的色彩衬托出汽车的外形设计,使其具备更高的艺术美。

  对于汽车而言,涂膜外观不仅要具备引人注目的外观光泽,还需要达到优异的鲜艳度(PGD值在0.8~1.0之间)。这意味着涂膜必须具备出色的色彩稳定性和视觉效果,确保豪华轿车呈现出令人心动的视觉效果。同时,涂膜的质感和光泽要符合高雅、非凡的品位,以进一步提升汽车的形象和吸引力。如图1-3所示。

图1-3 汽车涂装的装饰作用

   因此,在汽车涂装领域,不仅需要注重技术的先进性和材料的耐久性,更需要关注色彩的精致度和视觉效果的完美呈现。通过精心的选择和运用涂装技术,可以使汽车外观达到更高的艺术水准,为人们带来愉悦的审美体验。

  3.标志作用

  不同颜色的涂装作为标识来区分事物,已在国际上得到广泛采用,且正逐步走向标准化。不同颜色的涂层被用来表示警告、危险、安全或停止等信号,可以应用于各种管道、道路、容器、机械和设备上,以方便操作者的识别和操作。例如,将不同颜色的涂料用于气体钢瓶、危险品和化学药品上,有助于识别,利于安全保管与使用。此外,在道路上的标线和交通管制中,也利用不同颜色的涂层来表示警告、危险、前进和停止等信号,以确保交通安全和畅通。

  在汽车涂装方面,不同颜色和图案的应用可以用来区分不同用途的汽车。例如,消防车通常涂成大红色,警车涂成蓝白间色,邮政车涂成橄榄绿色,救护车一般为白色并带有红十字标记,工程车常涂成黄色并带有黑色相间的条纹,字号和车号也采用黑色等。这种不同颜色和图案的应用可以方便人们对不同类型的汽车进行辨识和区分。如图1-4所示。

图1-4 消防车涂装的标志作用

  4.特殊作用

  专用涂料可以形成具有各种特殊功能的涂层,例如,隔声、绝热、防火、防滑、防辐射、绝缘和伪装等。这种涂料在航空航天、舰船、汽车、光纤以及生活和实验等领域非常有用。为了防止化学品的腐蚀和渗漏,化工物品运输车辆的车体表面、货箱和罐仓内部,需要涂布具有耐酸碱、耐油、耐热和绝缘等性能的涂料。汽车底盘的塑胶涂层可以有效地防止沙石撞击、泥水酸碱腐蚀,并具有良好的隔声效果。军用汽车采用保护色涂装可以达到隐蔽的目的,如图1-5所示。舰船底部的涂料具有防污、防海洋生物附着和抗微生物腐蚀的功能,特殊的示温涂层还可以指示被涂物面的温度变化。为了确保导弹、航天器等在飞行过程中免受大气摩擦产生的高温烧蚀,它们的表面需要涂覆一种既耐高温又耐摩擦的防火涂料。

  此外,还有用于消音等方面的特殊涂料。

图1-5 军用汽车涂装的保护色作用

  (二)汽车涂装的特点

  1.保护性涂装

  汽车涂装对车身起到有效的保护作用。

  2.装饰性涂装

  汽车涂装可以为车身增添颜色和美感。

  3.多涂层体系

  汽车涂装通常采用多涂层体系,包括底材、底漆、中涂、底色漆和清漆等多层涂装工艺,以提供更好的保护和装饰效果。如图1-6所示为汽车涂装的多涂层体系。

图1-6 汽车涂装的多涂层体系

  4.工业涂装

  汽车涂装是典型的工业涂装。

三、汽车涂装的分类

  汽车涂装按照涂装的对象不同,大体可分为新车制造涂装(图1-7)和旧车修补涂装。

  (一)新车制造涂装

图1-7 新车制造涂装

  根据汽车的类型和结构,新车制造涂装通常可以分为以下几个部分。

  1.车身外表涂装

  车身外表涂装是指对汽车外部表面进行涂装的过程,包括车身、车门、车顶、前后保险杠等部位的涂装。

  2.车厢内部涂装

  车厢内部涂装是指对汽车内部空间进行涂装的过程,包括座椅、仪表盘、门板、中控台等部位的涂装。

  3.车身骨架涂装

  车身骨架涂装是指对汽车车身骨架进行涂装的过程,包括车架、车轮悬挂系统、底盘等部位的涂装。

  4.底盘部件涂装

  底盘部件涂装是指对汽车底盘部件进行涂装的过程,包括底盘板、油箱、排气管等部位的涂装。这部分涂装主要用于保护底盘部件,防止其遭受腐蚀、磨损及外界环境侵害,以提高底盘的耐久性和安全性能。

  5.发动机部件涂装

  发动机部件涂装是指对汽车发动机部件进行涂装的过程,包括发动机缸体、曲轴箱、汽缸盖等部位的涂装。这部分涂装主要用于提高发动机部件的耐高温性能和抗腐蚀能力。

  6.电气设备涂装

  电气设备涂装是指对汽车电气设备进行涂装的过程,包括电池、线束、电子控制单元等部位的涂装。这部分涂装主要用于保护电气设备免受湿气、腐蚀和外界环境的影响,以确保电气系统的正常运行。

  通过对不同部位的涂装,新车制造涂装可以实现对汽车的保护、美观装饰和功能改善等目标。

  (二)旧车修补涂装

  旧车修补涂装是指针对汽车已有的涂层进行恢复和修补,以达到原有状态的效果,如图1-8所示。根据需要修补的部位和面积的不同,修补涂装可以分为重新喷涂(简称整车重涂)和局部修补(根据修补面积不同又分为点修补和板件修补)。

图1-8 旧车修补涂装

  旧车修补涂装具体包括以下几种。

  1.整车重涂

  整车重涂修补法比较全面,会对整个汽车进行涂装处理,通常应用于汽车外观严重受损、颜色褪色、表面产生大量划痕,以及氧化、腐蚀等情况下。整车重涂会先将旧涂层去除,然后进行底漆处理、中涂处理和面漆处理,最终在表面涂上一层透明的清漆,以保护新涂层。

  2.点修补

  点修补法主要是对局部产生的小刮痕、小伤痕等进行修补,只在受损部位进行涂装处理。具体操作是先用砂纸打磨出损坏的旧涂层,然后喷上一层底漆,再喷上中涂和与车身颜色相同的色漆,最后在表面喷上清漆进行保护。

  3.板件修补

  板件修补法主要是对受损面积较大的部位进行修补,需要将该部位的板件更换后,再喷上与整车颜色相同的新涂层。板件修补需要经过打磨、喷漆、烘干、喷透明漆等多个步骤,操作难度较大,需要专业技术人员操作。

四、汽车修补涂装的涂装工艺和涂装方法

  (一)汽车修补涂装的涂装工艺

  (二)汽车修补涂装的涂装方法

  汽车修补涂装的涂装方法主要有喷涂和刮涂两种。

  1.喷涂

  喷涂是一种常用的涂装方法,它通过特制的喷涂设备(主要是空气喷枪)将涂料雾化,并将其均匀地涂布在被涂物表面上。这种方法能够使涂料均匀地分布在汽车表面,形成一层光滑的涂层,同时还能够提高涂层的附着力、硬度和耐久性。

  喷涂的原理是将涂料通过空气喷枪的高速喷射,让涂料在高速气流的冲击下雾化成细小颗粒状,然后通过喷嘴喷射出去。在喷涂过程中可以通过调节喷涂压力、温度和喷头的大小,来达到不同的涂布效果,以达到涂布的均匀性和美观度。如图1-10所示。

图1-10 喷涂

  2.刮涂

  刮涂是指用特制的刮板将涂料刮布于被涂物表面的涂装方法。它常用于汽车修补涂装中的凹陷填充与外形修复。

  刮涂的操作原理是将涂料直接铺在待涂物体表面,然后用刮板等工具进行刮涂、填充和整形,使其成为平滑而均匀的涂层。其中,刮板的选择和使用方法非常重要,需要根据不同的涂料类型、涂布面积、凹坑大小等因素进行调整,以达到最佳的涂布效果。如图1-11所示。

图1-11 刮涂

五、汽车涂料及辅料的分类

  (一)汽车涂料的分类

  按成膜物质分类,是涂料分类体系中最为广泛的一种分类方式,国内涂料目前共分为17大类,常用的是10大类,见表1-1。

表1-1 国内涂料的分类

序号

代号

类别

主要成膜物质

1

Y

油脂漆类

天然植物油、沥青(熟油)、合成油

2

T

天然树脂漆类

松香及衍生物、虫胶、乳酸、大漆及衍生物

3

F

酚醛树脂漆

改性酚醛树脂、纯酚醛树脂

4

L

沥青漆类

天然沥青、石油沥青、煤焦沥青

5

C

醇酸树脂漆

甘油醇酸树脂、季戊四醇酸树脂、其他改性醇酸树脂

6

A

氨树脂漆

脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、聚酰亚胺树脂

7

Q

硝基漆类

硝基纤维素、改性硝基纤维素

8

M

纤维素漆类

乙基纤维、苄基纤维、羟甲基纤维、醋酸纤维、醋酸丁酸纤维、其他纤维及醚类

9

G

过氧乙烯漆类

过氯乙烯树脂、改性过氯乙烯树脂

10

X

乙烯漆类

氯乙烯共聚树脂、聚酯酸乙烯及其共聚物、聚乙烯醇、缩醛树脂、聚二乙炔乙烯树脂、含氟树脂

  (二)辅料材料的分类

  辅助材料虽然不是主要的成膜物质,但在涂料施工和成膜过程中对涂层性能的影响非常大。这些辅助材料可以改善涂料的流动性、提高涂层的硬度、增强涂层的附着力、加快涂层的干燥速度等。例如,流平剂是一种常用的辅助材料,它能够改善涂料的流动性和延展性,使得涂料在涂布时更容易形成光滑而均匀的涂层。同时,它还能够防止涂料表面出现缺陷和气泡,提高涂层的美观度和品质。此外,硬化剂和催干剂也是常用的涂料辅助材料。硬化剂可以将涂料中的固体颗粒和涂膜中的挥发物进行连接,从而提高涂层的硬度、耐久性和化学稳定性;催干剂则可以加速涂层的干燥速度,从而缩短涂装周期,提高生产效率。

  总之,涂料中的辅助材料可以起到重要的作用,能够改善涂料性能,提高涂层的品质和性能。因此,在涂料生产和应用中,选择合适的辅助材料是非常关键的。

辅助材料的代号、名称,以及对涂料的作用见表1-2。

表1-2 辅料的分类

序号

代号

类别

作用

1

X

稀释剂

能溶解和稀释涂料,调整涂料的黏度

2

F

防潮剂

用于硝基漆、丙烯酸漆、过氯乙烯漆中,能防止涂膜吸潮泛白

3

G

催干剂

能促进氧化型涂料的干燥

4

T

脱漆剂

能溶解或溶胀旧涂膜,提高清除效率

5

H

固化剂

固化型涂料,能使涂膜实现固化并干燥

六、涂料、辅料的组成

  (一)涂料的组成

  涂料通常由助剂、溶剂、颜料和成膜物质四部分组成。根据性能要求,有时候成分会略有变化。例如,在亮光清漆中通常不含颜料,而粉末涂料可以不含溶剂。

  1.助剂

   助剂是一种用于改善涂料性能的辅助成分。它们可以提供涂料的流平性、增加涂层的硬度、调节涂料的黏度等。常见的助剂有流平剂、硬化剂、催干剂、防腐剂等。

  2.溶剂

  溶剂是使涂料具有一定黏度和流动性的成分。通过控制溶剂的挥发速率,可以影响涂料的干燥速度和涂膜的质量。常见的溶剂有有机溶剂,如醇类、酮类和酯类等。

  3.颜料

  颜料是涂料中用于赋予颜色及提供遮盖力的关键成分。颜料可以分为有机颜料和无机颜料,常见的有机颜料有偶氮、酞菁等,无机颜料包括金属氧化物和金属盐类等。

  4.成膜物质

  成膜物质是涂料中最重要的组分,它具有使涂料形成坚固涂层的特性。成膜物质可以是聚合物树脂,如丙烯酸酯、醇酸树脂等,也可以是天然物质,如沥青等。

  综上所述,涂料的组成可以根据不同的性能要求进行调整,在亮光清漆等特殊情况下成分可能略有变化,但通常包括助剂、溶剂、颜料和成膜物质四个主要部分。如图1-12所示。

图1-12 涂料的组成

  (二)辅料的组成与作用

  1.稀释剂的组成与作用

  涂料中常用的稀释剂通常由溶剂、助溶剂和冲淡剂三部分组成,也可以全部是溶剂或冲淡剂,或是两者的混合物。稀释剂在涂料施工中起着溶解和稀释涂料的作用,以使其符合施工要求,并实现涂层表面所需的平整光滑效果。

  (1)溶剂。溶剂是稀释剂的主要组成部分,它具有良好的溶解性和挥发性,用于将涂料中的固体颗粒或树脂完全溶解,并使其呈现流动性。常见的有机溶剂如醇类、酮类和酯类等,具有较高的挥发性和溶解力。

  (2)助溶剂。助溶剂是为了增强溶剂的溶解能力而添加的成分。助溶剂通常具有较低的挥发性和较高的溶解力,能够帮助将涂料中的成膜物质或颜料溶解并均匀分散。常见的助溶剂包括酮醇类、酮酸类等。

  (3)冲淡剂。冲淡剂用于调节涂料的黏度和流动性,以使其适应不同的施工要求。冲淡剂通常是低挥发性的成分,通过增加涂料体系中的溶剂含量,降低涂料的浓度,从而改变其流动性。常见的冲淡剂包括稀释树脂、稀释聚合物等。

  总之,稀释剂在涂料施工中起到溶解和稀释涂料的作用,帮助实现涂料的适应性和流动性,并以此达到涂层表面期望的平整光滑效果。稀释剂的组成可能包括溶剂、助溶剂和冲淡剂三个部分,也可能是其中的一部分或混合物形式,依据不同需求做出调整。稀释剂的固化过程如图1-13所示。

图1-13 稀释剂的固化过程

  2.固化剂的组成与作用

  固化剂是一种具有催化作用的化合物,主要应用于双组分涂料中。它能与合成树脂发生交联反应,形成坚固的涂膜结构。固化剂适用于那些无法通过自然干燥或烘烤来形成膜的涂料,例如,环氧涂料、聚氨酯涂料和聚酯涂料等。常见的固化剂包括以下几种。

  (1)环氧涂料固化剂。用于环氧树脂涂料的固化反应,使其形成耐磨损、耐腐蚀的涂层。常见的环氧固化剂有胺类固化剂和酸酐类固化剂。

  (2)聚氨酯涂料固化剂。用于聚氨酯树脂涂料的固化反应,使其形成柔韧、耐化学品和耐候性好的涂层。

  (3)聚酯涂料固化剂。用于聚酯树脂涂料的固化反应,使其形成耐溶剂、耐磨损的涂层。

固化剂的选择要根据涂料的性质和应用要求来确定,不同的固化剂会对涂膜的性能产生影响,如硬度、耐化学品性、耐磨损性等。因此,在使用固化剂时,需要严格按照产品说明进行配比和操作,以确保涂料能够达到所需的性能和效果。固化剂的固化过程如图1-14所示。

图1-14 固化剂的固化过程

七、汽车涂料新技术

  (一)新型汽车涂料

  新型汽车涂料有新型电泳涂料、新型水性涂料、新型粉末涂料和新型高固体分溶剂型涂料等。

  (二)汽车涂装新工艺

  目前,正在应用的汽车涂装新工艺和新技术有阴极电泳涂装工艺、静电喷涂工艺、粉末静电喷涂工艺、高红外快速固化技术、反渗透(RO)技术和机器人喷涂技术等。阴极电泳涂装工艺示意图和静电喷涂工艺示意图如图1-15和图1-16所示。

图1-15 阴极电泳涂装工艺示意图

图1-16 静电喷涂工艺示意图