Эволюция автомобильной краски

При­вет­ствую Вас на бло­ге kuzov.info!

В этой ста­тье мы рас­смот­рим исто­рию раз­ви­тия авто­мо­биль­ной крас­ки, совре­мен­ные тен­ден­ции её раз­ви­тия и буду­щие разработки.

Изобретение автомобиля

В 1886 году гер­ман­ским изоб­ре­та­те­лем Кар­лом Бен­цом было запа­тен­то­ва­но его транс­порт­ное сред­ство (Benz Motorwagen). Его мож­но счи­тать пер­вым серий­ным авто­мо­би­лем. Более ран­ние вер­сии транс­порт­ных средств мало напо­ми­на­ли совре­мен­ный авто­мо­биль и изго­тав­ли­ва­лись в еди­нич­ных экземплярах.

Круп­но­мас­штаб­ное про­из­вод­ство доступ­ных авто­мо­би­лей было нача­то Рен­сом Олдсом в 1901 году на заво­де Oldsmobile в Мичи­гане. Это была кон­цеп­ция сбо­роч­но­го кон­ве­е­ра, кото­рая в свою оче­редь была впер­вые при­ду­ма­на изоб­ре­та­те­лем Тома­сом Блан­чар­дом в 1821 году на ору­жей­ном заво­де. Кон­цеп­ция сбо­роч­но­го кон­ве­е­ра была впо­след­ствии зна­чи­тель­но усо­вер­шен­ство­ва­на Ген­ри Фор­дом на сво­ём авто­мо­биль­ном заво­де. Дру­гим доступ­ным мас­со­вым транс­порт­ным сред­ством, кото­рый уже боль­ше напо­ми­нал совре­мен­ный авто­мо­биль стал Ford Model T, пред­став­лен­ный в 1908 году.

1900‑е (Конец 1800‑х – начало 1900‑х). Автомобильная краска — начало стории.

Нача­лом исто­рии авто­мо­биль­ных покры­тий мож­но счи­тать нача­ло 1900‑х годов, когда, как упо­ми­на­лось выше, появи­лись пер­вые пол­но­цен­ные авто­мо­би­ли. Форд исполь­зо­вал такой же про­цесс окра­ши­ва­ния, кото­рый при­ме­нял­ся при покрас­ке карет. Окра­ши­ва­ние вклю­ча­ло 22 после­до­ва­тель­ных ста­дии, кото­рые рас­тя­ги­ва­лись вплоть до 40 дней для окра­ши­ва­ния все­го кузо­ва. Мно­го вре­ме­ни зани­ма­ла суш­ка каж­до­го нане­сён­но­го слоя краски.

Это были крас­ки, при­ме­ня­е­мые по дере­ву, кото­рые нано­си­лись кистью и сох­ли есте­ствен­ным путём. После высы­ха­ния крас­ку вырав­ни­ва­ли шли­фо­ва­ни­ем, сно­ва нано­си­ли слой и сно­ва вырав­ни­ва­ли, пока не дости­га­лась нуж­ная тол­щи­на. Послед­ний слой так­же вырав­ни­ва­ли шли­фов­кой и потом поли­ро­ва­ли, что­бы полу­чить глян­це­вое покрытие.

Крас­ка тех вре­мён име­ла низ­кую изно­со­стой­кость и низ­кую защи­ту от раз­ру­ши­тель­но­го дей­ствия сол­неч­ных лучей. Уже через 2 года экс­плу­а­та­ции были вид­ны сле­ды её разрушения.

Дей­стви­тель­но ли авто­мо­би­ли Ford Model T  были толь­ко чёр­но­го цвета?

«Поку­па­тель может полу­чить авто­мо­биль любо­го цве­та, кото­рый поже­ла­ет, при усло­вии, что он чёр­ный» — Ген­ри Форд, 1908.

Пер­вые про­то­ти­пы и про­из­вод­ствен­ные моде­ли Ford име­ли обо­зна­че­ния бук­ва­ми от A до T. Они окра­ши­ва­лись в раз­ные цве­та. Авто­мо­биль Ford Model T был пред­став­лен в 1908 году и до 1913 года поку­па­те­ли мог­ли выбрать раз­ные цве­та кузо­ва, вклю­чая чёрный.

Покрас­ка была сла­бым зве­ном в инно­ва­ци­он­ном кон­вей­ер­ном про­цес­се Форда.

Ком­па­ния Ford полу­чи­ла боль­ше зака­зов на авто­мо­биль Model T, чем она мог­ла выпол­нить. Ген­ри Фор­дом было при­ня­то реше­ние об упро­ще­нии и уско­ре­нии про­из­вод­ства. Так оста­лась толь­ко одна модель Model T и толь­ко один цвет – чёр­ный. Чёр­ный был един­ствен­ным цве­том, при кото­ром крас­ка сох­ла быст­ро, а ско­рость была важ­на для ком­па­нии Ford из-за боль­шо­го коли­че­ства зака­зов. Исполь­зо­ва­лась систе­ма покрас­ки, кото­рая быст­ро сох­ла толь­ко при при­ме­не­нии чёр­но­го пиг­мен­та. В ито­ге цель была достиг­ну­та – было орга­ни­зо­ва­но мас­со­вое про­из­вод­ство, кото­рое при­ве­ло к уде­шев­ле­нию авто­мо­би­лей, что сде­ла­ло их доступ­ны­ми для мас­со­во­го поку­па­те­ля. Осно­вы­ва­ясь на дан­ных ком­па­нии Ford, в 1914 году было сде­ла­но 300000 Model T, тогда как кон­ку­рент­ные авто­про­из­во­ди­те­ли все вме­сте изго­то­ви­ли око­ло 280000 машин.

Таким обра­зом, толь­ко в чёр­ный цвет маши­ны Ford кра­си­ли с 1914 по 1925 год. То есть авто­мо­биль Model T про­из­во­дил­ся в чёр­ном цве­те толь­ко 12 лет под­ряд из общих 19 лет про­из­вод­ства этой моде­ли. В дру­гие 7 лет цве­та были раз­ные – зелё­ный, ярко крас­ный, тём­но синий, корич­не­вый, тём­но-бор­до­вый и серый.

Потом, в 1926 и 1927 годах, цве­та вклю­ча­ли зелё­ный, свет­ло голу­бой, корич­не­вый, тём­но-бор­до­вый и чёрный.

1920‑е (изобретение нитроцеллюлозной краски и покрасочного пистолета)

Хими­ки ком­па­нии DuPont, кото­рые исполь­зо­ва­ли нит­ро­цел­лю­ло­зу для про­из­вод­ства кино­плён­ки, обна­ру­жи­ли, что при изме­не­нии моляр­ной кон­цен­тра­ции NO2 в осно­ве цел­лю­ло­зы, они полу­чат лак с низ­кой вяз­ко­стью, кото­рым мож­но будет фор­ми­ро­вать деко­ра­тив­но-защит­ное покры­тие. Так в 1923 году ком­па­ния DuPont раз­ра­бо­та­ла нит­ро­цел­лю­лоз­ную крас­ку. В это же вре­мя тех­но­ло­гии окра­ши­ва­ния авто­мо­би­лей  пере­шли на исполь­зо­ва­ние рас­пы­ля­ю­ще­го обо­ру­до­ва­ния и ста­ли исполь­зо­вать суш­ку в каме­рах. Эти два усо­вер­шен­ство­ва­ния сокра­ти­ли вре­мя нане­се­ния и суш­ки крас­ки. Вре­мя суш­ки сокра­ти­лось с несколь­ких дней до несколь­ких часов. Нит­ро­цел­лю­лоз­ная окра­соч­ная систе­ма вклю­ча­ла мно­же­ство цве­тов и пред­ла­га­ла улуч­шен­ные свой­ства для исполь­зо­ва­ния с покра­соч­ны­ми писто­ле­та­ми. Эта систе­ма пред­по­ла­га­ла нане­се­ние 3–4 сло­ёв для дости­же­ния лако­кра­соч­но­го покры­тия с тре­бу­е­мы­ми свой­ства­ми, но име­ла отно­си­тель­но сла­бую устой­чи­вость к воз­дей­ствию хими­че­ски актив­ных веществ окру­жа­ю­щей среды.

лако­кра­соч­но­го покры­тия до несколь­ких дней. Из-за новой тех­но­ло­гии нане­се­ния крас­ки рас­пы­ле­ни­ем покры­тие сра­зу полу­ча­лось более ров­ным и не тре­бо­ва­ло вырав­ни­ва­ния шлифованием.

В 1923, 1924 Oakland (пред­ше­ствен­ник Pontiac) стал пер­вым авто­мо­би­лем, покра­шен­ным мето­дом рас­пы­ле­ния. После это­го было сде­ла­но мно­го усо­вер­шен­ство­ва­ний про­цес­са рас­пы­ле­ния и суш­ки, но этот шаг стал пере­лом­ным в про­из­вод­ствен­ном про­цес­се окра­ши­ва­ния, зна­чи­тель­но повли­яв­шим на каче­ство и ско­рость производства.

1930‑е, 1940‑е (появление алкидной краски)

Нит­ро­цел­лю­лоз­ная крас­ка была очень про­дук­тив­ной, но финаль­ное покры­тие тре­бо­ва­ло поли­ров­ки для дости­же­ния блес­ка. Хими­ки-раз­ра­бот­чи­ки кра­сок в 1930‑х поста­ви­ли зада­чу полу­чить крас­ку с блес­ком после нане­се­ния, не тре­бу­ю­щей поли­ров­ки. В резуль­та­те была раз­ра­бо­та­на алкид­ная систе­ма окра­ши­ва­ния. Это был пер­вый поли­мер, раз­ра­бо­тан­ный для фор­ми­ро­ва­ния лако­кра­соч­но­го покры­тия. Он был син­те­зи­ро­ван с исполь­зо­ва­ни­ем трёх моно­ме­ров (ангид­рид фта­ле­вой кис­ло­ты, гли­це­рин и лино­ле­вая кис­ло­та). Таким обра­зом, полу­чи­лось объ­еди­нить син­те­ти­че­ские моно­ме­ры и нату­раль­ные про­дук­ты. Алкид­ные крас­ки обес­пе­чи­ли отлич­ные свой­ства плён­ки. Они про­дви­га­лись как крас­ки, спе­ци­аль­но пред­на­зна­чен­ные для авто­мо­би­лей. После суш­ки в спе­ци­аль­ных каме­рах с нагре­вом алкид­ные крас­ки фор­ми­ро­ва­ли очень изно­со­стой­кую плён­ку. Они хоро­шо про­ти­во­сто­я­ли воз­дей­ствию хими­ка­тов и рас­тво­ри­те­лей. Так­же их пре­иму­ще­ством было более быст­рое нане­се­ние, так как для полу­че­ния нуж­ных свойств тре­бо­ва­лось мень­шее коли­че­ство сло­ёв. Кро­ме того, алкид­ные крас­ки обес­пе­чи­ва­ли боль­ший спектр оттен­ков, удо­вле­тво­ря­ю­щий запро­сы потре­би­те­лей. Одна­ко, недо­стат­ком алкид­ных эма­лей было ухуд­ше­ние деко­ра­тив­ных свойств под сол­неч­ны­ми луча­ми. Крас­ка выцве­та­ла и мут­не­ла с тече­ни­ем времени.

Так, в тече­ние 1930‑х при окра­ши­ва­нии авто­мо­би­лей исполь­зо­ва­лись как нит­ро­цел­лю­лоз­ные, так и алкид­ные крас­ки. К при­ме­ру, ком­па­нии Chrysler, Ford, Nash, Willy’s и Studebaker исполь­зо­ва­ли алкид­ные эма­ли, тогда как General Motors и мно­же­ство неболь­ших неза­ви­си­мых про­из­во­ди­те­лей про­дол­жа­ли кра­сить нит­ро­цел­лю­лоз­ной краской.

В кон­це Вто­рой Миро­вой Вой­ны в Евро­пе было запре­ще­но исполь­зо­ва­ние неко­то­рых хими­ка­тов в про­из­вод­стве. Это сде­ла­ло неко­то­рые ком­по­нен­ты нит­ро­цел­лю­лоз­ной крас­ки незаконными.

1950‑е и 1960‑е (появление акриловых красок, изменение способа нанесения грунта)

В 1950‑х, на запа­де и в Евро­пе, авто­мо­биль стал не про­сто сред­ством пере­дви­же­ния, а ста­тус­ной вещью. Это зна­чи­ло, что покры­тие кузо­ва долж­но выгля­деть луч­ше и под­чёр­ки­вать фор­мы кузо­ва. Ком­па­ния (Rohm and Haas Co.) раз­ра­бо­та­ла новый син­те­ти­че­ский поли­мер акрил. Он стал пер­вым пол­но­стью искус­ствен­ным поли­ме­ром, кото­рый нача­ли исполь­зо­вать при окрас­ке авто­мо­би­лей. Крас­ка нано­си­лась рас­пы­ле­ни­ем, после чего суши­лась при опре­де­лён­ной тем­пе­ра­ту­ре в спе­ци­аль­ных камерах.

Акри­ло­вые крас­ки име­ли широ­кий выбор ярких цве­тов, а так­же ста­ли хоро­шей осно­вой для исполь­зо­ва­ния эффек­та «метал­лик». Части­цы алю­ми­ния энту­зи­а­сты-касто­май­зе­ры Аме­ри­ки и Евро­пы добав­ля­ли в крас­ку и рань­ше, а серий­но пер­вые блёс­ки в крас­ке появи­лись в 1930‑х годах на таких авто­мо­би­лях, как Cadillac and Packard, одна­ко, в мас­со­вом про­из­вод­стве их ста­ли исполь­зо­вать толь­ко после того, как ком­па­ния «Alcoa» нача­ла про­из­во­дить спе­ци­аль­ные алю­ми­ни­е­вые чешуй­ки для крас­ки. Эти чешуй­ки были более ярки­ми, боль­ши­ми и оди­на­ко­вы­ми по раз­ме­ру, чем те, что пред­ла­га­лись дру­ги­ми ком­па­ни­я­ми рань­ше. «Метал­лик» рас­ши­рял вос­при­я­тие изги­бов кузо­ва. Этот пиг­мент вывел окрас­ку авто­мо­би­лей на новый уровень.

Вна­ча­ле 1950‑х про­цесс нане­се­ния грун­та изме­нил­ся с рас­пы­ле­ния на погру­же­ние в резер­ву­ар, более авто­ма­ти­зи­ро­ван­ный про­цесс, но и более опас­ный из-за испа­ре­ний боль­шо­го коли­че­ства растворителей.

По этой при­чине, в 1960‑х ста­ли исполь­зо­вать водо­рас­тво­ри­мые элек­тро­оса­жда­е­мые грун­ты с погру­же­ни­ем в резер­ву­ар, кото­рые более эффек­тив­но покры­ва­ли кузов. Сна­ча­ла исполь­зо­вал­ся анод­ный пере­нос грун­та, потом катод­ный, обес­пе­чи­ва­ю­щий луч­шую анти­кор­ро­зи­он­ную защи­ту при помо­щи эпок­сид­ной осно­вы. Совре­мен­ный про­цесс нане­се­ния покры­тия элек­тро­оса­жде­ни­ем усо­вер­шен­ство­ван и даёт мак­си­маль­но глад­кое покрытие.

Акри­ло­вые крас­ки доми­ни­ро­ва­ли при окра­ши­ва­нии авто­мо­би­лей на заво­де с 1950‑х до 1970‑х годов. Акрил давал отлич­ный финиш­ный слой.

Конец 1970‑х, 1980‑е (появление двухслойного покрытия «база+лак» и водорастворимых красок)

В кон­це 1970‑х авто­мо­биль­ные про­из­во­ди­те­ли потре­бо­ва­ли у про­из­во­ди­те­лей кра­сок луч­шей изно­со­стой­ко­сти лако­кра­соч­ных покры­тий. Потре­би­тель ожи­дал, по край­ней мере, не менее 5 лет экс­плу­а­та­ции во вре­мя кото­рых кузов маши­ны дол­жен выгля­деть как новый. В тоже вре­мя, агент­ство по защи­те окру­жа­ю­щей сре­ды нача­ло про­воз­гла­шать новые пра­ви­ла VOC (volatile organic compound), огра­ни­чи­ва­ю­щие коли­че­ство лету­чих веществ в краске.

Для реше­ния про­бле­мы изно­со­устой­чи­во­сти покры­тия и улуч­ше­ния деко­ра­тив­ных свойств было раз­ра­бо­та­но двух­слой­ное покры­тие. Теперь, вме­сто одно­го деко­ра­тив­но­го и одно­вре­мен­но защит­но­го слоя нано­си­лось два раз­ных слоя. Это покры­тие вклю­ча­ло тон­кий базо­вый слой крас­ки и более тол­стый слой лака. Базо­вый слой явля­ет­ся пиг­мент­ным и даю­щим основ­ной цвет авто­мо­би­лю, после чего он защи­ща­ет­ся про­зрач­ным лаком, при­да­ю­щим блеск. В то вре­мя такой спо­соб окрас­ки исполь­зо­вал­ся толь­ко для доро­гих авто­мо­би­лей. К кон­цу 1980‑х про­цесс окрас­ки базой и после­ду­ю­щим покры­ти­ем лаком стал более доступ­ным и стал исполь­зо­вать­ся более широко.

Эта систе­ма име­ет ряд преимуществ:

• сокра­щён­ное содер­жа­ние растворителей
• луч­шая износостойкость
• воз­мож­ность исполь­зо­ва­ния кра­сок с раз­лич­ны­ми эффек­та­ми в базо­вом слое.

Лак даёт как хоро­шую защи­ту, так и отлич­ный блеск. В него добав­ля­ли УФ-инги­би­то­ры, что­бы защи­тить лак и пиг­мен­ты базы от окис­ле­ния. Такая систе­ма поз­во­ли­ла сба­лан­си­ро­вать пре­иму­ще­ства всех преды­ду­щих красок.

Кро­ме появ­ле­ния двух­слой­ной систе­мы окра­ши­ва­ния в кон­це 1970‑х нача­ле 1980‑х про­изо­шёл ряд дру­гих собы­тий в мире авто­мо­биль­ных покрытий:

• Была раз­ра­бо­та­на систе­ма окрас­ки трёх­слой­ным пер­ла­мут­ром, кото­рую впер­вые нача­ла исполь­зо­вать ком­па­ния Audi. В пер­ла­мут­ро­вых крас­ках метал­ли­че­ские частич­ки заме­не­ны кера­ми­че­ски­ми кри­стал­ла­ми (слю­дой mica), кото­рые не про­сто отра­жа­ют свет, но и пре­лом­ля­ют его, раз­де­ляя на раз­ные цве­та. Это при­да­ёт крас­ке не про­сто блеск, но и глу­би­ну цве­та, кото­рый может изме­нять­ся в зави­си­мо­сти от угла обзо­ра. Неко­то­рые цве­та могут иметь одну и ту же базо­вую крас­ку, но в каче­стве пиг­мен­та для при­да­ния «эффек­та» иметь метал­ли­че­ские частич­ки, либо пер­ла­мут­ро­вые. Раз­ни­ца в глу­бине и мер­ца­нии блес­ка будет замет­ной, осо­бен­но на тём­ных цветах.
• Поз­же про­из­во­ди­те­ли авто­мо­би­лей иска­ли крас­ку с улуч­шен­ной изно­со­стой­ко­стью и более быст­рой суш­кой. Нача­ли экс­пе­ри­мен­ти­ро­вать с поли­уре­та­но­вой крас­кой. Она име­ет отлич­ные экс­плу­а­та­ци­он­ные свой­ства, одна­ко доста­точ­но доро­гая и не широ­ко рас­про­стра­не­на. Поли­уре­та­но­вую крас­ку по сей день исполь­зу­ют неко­то­рые производители.
• В кон­це 1970‑х ста­ли оже­сто­чать­ся тре­бо­ва­ния к эко­ло­гич­но­сти кра­сок при про­цес­се окра­ши­ва­ния. Инду­стрия про­из­вод­ства авто­мо­биль­ных кра­сок ста­ла дви­гать­ся в сто­ро­ну сни­же­ния лету­чих орга­ни­че­ских соеди­не­ний (рас­тво­ри­те­лей). Нача­лись экс­пе­ри­мен­ты с исполь­зо­ва­ни­ем окра­соч­ных систем на вод­ной осно­ве. Базо­вая крас­ка на вод­ной осно­ве была впер­вые пред­став­ле­на на авто­за­во­де Opel в Гер­ма­нии в 1980‑х. В 1990‑х так­же появи­лись грун­ты на вод­ной основе.
• В 1970‑х была улуч­ше­на анти­кор­ро­зи­он­ная защи­та кузо­ва за счёт при­ме­не­ния элек­тро­оса­жда­е­мых грун­тов (e‑coat). Сна­ча­ла при­ме­нял­ся анод­ный метод нане­се­ния грун­та, а потом более надёж­ный катод­ный метод, раз­ра­бо­тан­ный ком­па­ни­ей PPG. Это зна­чи­тель­но улуч­ши­ло анти­кор­ро­зи­он­ную защи­ту кузо­вов авто­мо­би­лей, что ста­ло про­ры­вом в авто­мо­биль­ных защит­ных покрытиях.

1980‑е – 1990‑е (порошковое покрытие)

Были при­ня­ты новые зако­ны, огра­ни­чи­ва­ю­щие содер­жа­ние лету­чих веществ в крас­ке и спо­соб её рас­пы­ле­ния. Так ста­ли исполь­зо­вать­ся уре­та­но­вые и поли­уре­та­но­вые краски.

В 1970‑х неко­то­рые заво­ды ком­па­ний GM и Ford нача­ли исполь­зо­вать порош­ко­вый метод нане­се­ния финиш­но­го покры­тия. Было сде­ла­но несколь­ко тысяч авто­мо­би­лей с исполь­зо­ва­ни­ем гибрид­но­го поли­эфир­но­го порош­ка, но внеш­ний вид и дол­го­веч­ность этих покры­тий не смог­ли кон­ку­ри­ро­вать с акри­ло­вы­ми эма­ля­ми горя­чей суш­ки, поэто­му порош­ко­вый метод нане­се­ния финиш­но­го слоя не полу­чил про­дол­же­ния, но остал­ся в каче­стве мето­да для нане­се­ния грун­та. В 1990‑х был раз­ра­бо­тан порош­ко­вый акри­ло­вый лак. Впер­вые он исполь­зо­вал­ся на заво­дах Harley Davidson. Далее порош­ко­вый акри­ло­вый лак при­ме­нял­ся на одном из заво­дов Ford в Дет­ро­и­те с 1996 по 2000. В 1996 году BMW постро­и­ла линию по нане­се­нию порош­ко­во­го лака. На дан­ный момент у BMW 5 линий по порош­ко­во­му мето­ду нане­се­ния лака. По нача­лу, для нане­се­ния порош­ко­во­го лака исполь­зо­ва­лись крас­ко­пуль­ты, но в 2002 они были заме­не­ны на спе­ци­аль­ные порош­ко­вые так назы­ва­е­мые «коло­ко­ла», кото­рые дают луч­шую ско­рость пере­но­са мате­ри­а­ла и умень­ша­ют веро­ят­ность появ­ле­ние дефектов.

Конец 80‑х и нача­ло 90‑х при­нес­ли быст­рые и гло­баль­ные изме­не­ния в инду­стрии. Новые эко­ло­ги­че­ские зако­ны пред­пи­сы­ва­ли содер­жа­ние и нане­се­ние кра­сок. Были сни­же­но коли­че­ство рас­тво­ри­те­лей в крас­ках. Объ­ек­том инте­ре­са для авто­про­из­во­ди­те­лей дол­гое вре­мя было порош­ко­вое покры­тие. Поро­шок, содер­жа­щий поли­мер и пиг­мент нано­сят­ся на поверх­ность без помо­щи жид­ко­сти. Поро­шок поме­ща­ет­ся в кон­тей­нер с элек­три­че­ским заря­дом, кото­рый при­креп­лён к рас­пы­ли­те­лю. Так­же заряд пода­ёт­ся на окра­ши­ва­е­мую деталь. При рас­пы­ле­нии части­цы с заря­дом рас­пы­ля­ют­ся и плот­но при­тя­ги­ва­ют­ся к метал­ли­че­ской дета­ли. Далее окра­шен­ная деталь запе­ка­ет­ся. Во вре­мя нагре­ва поро­шок пла­вит­ся и фор­ми­ру­ет ров­ную защит­ную плён­ку. Этот про­цесс попу­ля­рен для окрас­ки дета­лей, исполь­зу­е­мых под дни­щем авто­мо­би­ля и при рестав­ра­ции, когда тре­бу­ет­ся высо­кая изно­со­стой­кость, но не тре­бу­ет­ся иде­аль­но ров­ное покрытие.

1990–2000‑е (водорастворимые краски и новый процесс нанесения)

В 1990‑х раз­ра­бо­та­ли  и ста­ли исполь­зо­вать водо­рас­тво­ри­мые крас­ки в каче­стве базы. Пер­вые водо­рас­тво­ри­мые крас­ки были пред­став­ле­ны на заво­де Opel в Гер­ма­нии. Глав­ным моти­вом исполь­зо­ва­ния водо­рас­тво­ри­мых кра­сок было сокра­ще­ние лету­чих веществ в крас­ке и умень­ше­ние вре­да эко­ло­гии. Но это не един­ствен­ное пре­иму­ще­ство исполь­зо­ва­ния водо­рас­тво­ри­мой базы для покрас­ки авто­мо­би­ля. Бла­го­да­ря осо­бым свой­ствам, она обес­пе­чи­ва­ет улуч­шен­ные деко­ра­тив­ный внеш­ний вид и улуч­шен­ный эффект «метал­лик». Поз­же были пред­став­ле­ны водо­рас­тво­ри­мый грунт и лак. Зако­но­да­тель­ство в Гер­ма­нии под­дер­жа­ло эту технологию.

Современный процесс окрашивания автомобилей

Сего­дня про­цесс окрас­ки авто­мо­би­лей более стан­дар­ти­зо­ван как нико­гда рань­ше. Изме­не­ния пре­тер­пел спо­соб нане­се­ния крас­ки. Сей­час на высо­ко­тех­но­ло­гич­ных заво­дах не тре­бу­ет­ся уча­стие маля­ра в про­цес­се окрас­ки кузо­вов. На заво­дах крас­ка нано­сит­ся робо­ти­зи­ро­ван­ны­ми рас­пы­ли­те­ля­ми и сох­нет в тече­ние несколь­ких часов.

Это при­ве­ло к выс­шей сте­пе­ни эффек­тив­но­сти пере­но­са мате­ри­а­ла, резуль­та­том кото­ро­го ста­ла 90% эффек­тив­ность и покры­тие без дефек­тов. Несколь­ко фак­то­ров спо­соб­ство­ва­ли раз­ви­тию робо­то­тех­ни­ки для окрас­ки авто­мо­би­лей. Во-пер­вых, это риск здо­ро­вью маля­ров и боль­шие вло­же­ния в без­опас­ное обо­ру­до­ва­ние для маля­ров. Вто­рой фак­тор – опас­ность элек­тро­ста­ти­че­ской тех­ни­ки нане­се­ния крас­ки. Дру­гим фак­то­ром было недо­ста­ток каче­ства руч­ной покрас­ки. Спе­ци­а­ли­сты-маля­ры теперь ста­ли инже­не­ра­ми, кото­рые про­грам­ми­ру­ют и запус­ка­ют робо­ти­зи­ро­ван­ные систе­мы окрас­ки и сле­дят за пара­мет­ра­ми окра­соч­ных камер. Совре­мен­ный про­цесс окра­ши­ва­ния, вклю­чая под­го­тов­ку, зани­ма­ет не более 8 часов на кузов.

Совре­мен­ный про­цесс окра­ши­ва­ния состо­ит из пяти глав­ных эта­пов и включает:

• Пред­ва­ри­тель­ную обра­бот­ку (очист­ка метал­ла и фор­ми­ро­ва­ние под­хо­дя­щей поверх­но­сти для хоро­шей адге­зии после­ду­ю­щих слоёв).
• Сле­ду­ю­щий шаг – элек­тро­оса­жде­ние (electrodeposition (ED)) анти­кор­ро­зи­он­но­го защит­но­го слоя.
• Нане­се­ние слоя ПВХ на отдель­ные дета­ли для анти­кор­ро­зи­он­ной и анти­гра­вий­ной защиты.
• Далее нано­сит­ся грунт для обес­пе­че­ния адге­зии меж­ду поверх­но­стью кузо­ва и базо­во­го слоя крас­ки. Грунт так­же дела­ет поверх­ность более глад­кой и име­ет демп­фи­ру­ю­щие свой­ства, умень­ша­ю­щие веро­ят­ность ско­лов при экс­плу­а­та­ции автомобиля.
• В завер­ше­ние нано­сят­ся финиш­ные слои, кото­рые вклю­ча­ют базо­вый слой (крас­ка) с лаком,  при­да­ю­щие поверх­но­сти деко­ра­тив­ные и защит­ные свойства.

Пред­ва­ри­тель­ная обработка

После того, как метал­ли­че­ские кузов­ные ком­по­нен­ты сва­ри­ва­ют­ся вме­сте, кузов авто­мо­би­ля про­хо­дит пред­ва­ри­тель­ную мно­го­этап­ную под­го­тов­ку. Она состо­ит из чист­ки поверх­но­сти кузо­ва, что­бы уда­лить остат­ки масел от про­цес­са штам­по­ва­ния, а так­же от остат­ков свар­ки. Чист­ка состо­ит из про­цес­са после­до­ва­тель­но­го погру­же­ния кузо­ва в три ван­ны (обез­жи­ри­ва­ние, кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ние, фос­фа­ти­ро­ва­ние). Допол­ни­тель­но может быть при­ме­не­но погру­же­ние в горя­чую pH9 воду. Пред­ва­ри­тель­ная обра­бот­ка помо­га­ет улуч­шить адге­зию грун­та к метал­лу. Фос­фа­ти­ро­ва­ние улуч­ша­ет анти­кор­ро­зи­он­ные свой­ства кузо­ва. Кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ние поверх­но­сти (так­же назы­ва­ет­ся акти­ва­ци­ей) под­го­тав­ли­ва­ет поверх­ность к фос­фа­ти­ро­ва­нию. Завер­ша­ю­щим эта­пом пред­ва­ри­тель­ной под­го­тов­ки явля­ет­ся фос­фа­ти­ро­ва­ние. Сред­ство для фос­фа­ти­ро­ва­ния состо­ит из орто­фос­фор­ной кис­ло­ты, солей фос­фор­ной кис­ло­ты, нит­ра­тов, цин­ка и дру­гих вспо­мо­га­тель­ных ком­по­нен­тов. Кис­ло­та про­трав­ли­ва­ет металл. В ито­ге фос­фа­ти­ро­ва­ния фор­ми­ру­ет­ся тон­кий плот­ный слой.

Авто­мо­биль­ная крас­ка. Нане­се­ние финиш­ных слоёв

Далее металл грун­ту­ет­ся, нано­сит­ся база, потом лак. Неко­то­рые авто­мо­биль­ные про­из­во­ди­те­ли исполь­зу­ют при окра­ши­ва­нии базо­вые крас­ки на вод­ной осно­ве (в основ­ном в Евро­пе), но лак, в боль­шин­стве слу­ча­ев, при­ме­ня­ет­ся обычный.

Вот ещё несколь­ко фак­тов, кото­рые каса­ют­ся совре­мен­ной инду­стрии окра­ши­ва­ния автомобилей.

• Сего­дня при­мер­но 1000 новых цве­тов появ­ля­ют­ся на рын­ке каж­дый год, а общий банк дан­ных за послед­ние 30 лет содер­жит 25000–40000 цве­тов. Широ­ко при­ме­ня­ют­ся пиг­мен­ты, при­да­ю­щие «эффек­ты» крас­ке (алю­ми­ни­е­вые чешуй­ки, слю­дя­ные чешуй­ки и дру­гие типы пиг­мен­тов). Воз­мож­но­сти дизай­на цве­та ста­ли неограниченными.
• Совре­мен­ные элек­тро­оса­жда­е­мые грун­ты нано­сят­ся на кузов при помо­щи погру­же­ния кузо­ва в резер­ву­ар с водо­рас­тво­ри­мым грун­том и покры­тие нано­сит­ся мето­дом катод­но­го элек­тро­оса­жде­ния. Этот метод гаран­ти­ру­ет 100% покры­тие всей метал­ли­че­ской поверх­но­сти грун­том. Грунт име­ет эпок­сид­ную осно­ву. Этот метод улуч­ше­ния анти­кор­ро­зи­он­ной защи­ты кузо­ва на сего­дняш­ний день оста­ёт­ся самым луч­шим. Хотя элек­тро­оса­ждён­ный грунт обес­пе­чи­ва­ет отлич­ную защи­ту от кор­ро­зии, он име­ет два недо­стат­ка: недо­ста­точ­но ров­ную поверх­ность и плохую све­то­стой­кость. Для устра­не­ния этих недо­стат­ков в 1980‑х были раз­ра­бо­та­ны грун­ты, кото­рые нано­сят­ся поверх элек­тро­оса­жда­е­мо­го грун­та для улуч­ше­ния глад­ко­сти и улуч­ше­ния защи­ты от УФ-раз­ру­ше­ния. Эти грун­ты (Primer-surfacers) обес­пе­чи­ва­ют защи­ту от ско­лов. Ком­би­на­ция элек­тро­оса­жда­е­мо­го грун­та и допол­ни­тель­но­го вырав­ни­ва­ю­ще­го грун­та обес­пе­чи­ва­ют хоро­шую защи­ту от кор­ро­зии и дают ров­ную поверх­ность под нане­се­ние базы и лака.
• Совре­мен­ная тех­но­ло­гия изго­тов­ле­ния и нане­се­ния порош­ко­во­го покры­тия зна­чи­тель­но улуч­ше­на. Оно удо­вле­тво­ря­ет тре­бо­ва­ния эко­ло­ги­че­ско­го регу­ли­ро­ва­ния. Порош­ко­вые покры­тия сей­час исполь­зу­ют­ся на неко­то­рых заво­дах для грун­то­ва­ния (к при­ме­ру, на заво­дах BMW), а так­же неко­то­ры­ми про­из­во­ди­те­ля­ми при про­цес­сах лаки­ро­ва­ния. Порош­ко­вый лак явля­ет­ся эко­ло­ги­че­ски без­опас­ной тех­но­ло­ги­ей, так как он не выде­ля­ет в окру­жа­ю­щую сре­ду какие-либо орга­ни­че­ские лету­чие веще­ства во вре­мя нане­се­ния. Кро­ме того, порош­ко­вый лак име­ет сле­ду­ю­щие пре­иму­ще­ства: 1. без­от­ход­ное нане­се­ние (собран­ный оста­ток порош­ка мож­но сно­ва исполь­зо­вать), 2. нет остат­ков мусо­ра после нане­се­ния лака, 3. не тре­бу­ет­ся рас­тво­ри­те­лей для чист­ки обо­ру­до­ва­ния и каме­ры (доста­точ­но толь­ко про­пы­ле­со­сить), 4. сокра­ще­ние обще­го рас­хо­да энер­гии, 5. полу­ча­ет­ся такая же тол­щи­на плён­ки и внеш­ний вид, как и при исполь­зо­ва­нии жид­ко­го лака.
• Тол­щи­на совре­мен­ных плё­нок ЛКП мень­ше, чем 25 лет назад, но защи­та от кор­ро­зии, дол­го­веч­ность цве­та и блес­ка при­мер­но в 2 раза выше. Это­му спо­соб­ство­ва­ли покры­тия нано­си­мые мето­дом катод­но­го элек­тро­оса­жде­ния и двух­слой­ная систе­ма нане­се­ния ЛКП.
• Цвет авто­мо­би­лей стал очень важ­ным инстру­мен­том дизай­на. По этой при­чине трен­ды оттен­ков цве­тов обсуж­да­ют­ся про­из­во­ди­те­ля­ми авто­мо­биль­ных кра­сок и авто­мо­биль­ной инду­стри­ей вместе.

Кси­ра­лик (Xirallic)

Кси­ра­лик явля­ет­ся доста­точ­но новым пиг­мен­том, кото­рый исполь­зу­ет­ся в совре­мен­ных авто­мо­биль­ных крас­ках. Он был раз­ра­бо­тан и запа­тен­то­ван иссле­до­ва­те­ля­ми ком­па­нии в япо­нии (Merck KGaA). Этот пиг­мент харак­те­ри­зу­ет­ся сво­им искря­щим­ся эффек­том. Кси­ра­лик сде­лан из пла­сти­нок окси­да алю­ми­ния, покры­тых окси­дом тита­на, кото­рый даёт силь­ный эффект блес­ка с отлич­ным мер­ца­ю­щим поведением.

Мато­вое покрытие

Мато­вое покры­тие не силь­но рас­про­стра­не­но и обыч­но быва­ет серым или чёр­ным. Ино­гда это боль­ше сати­но­вый блеск, чем мато­вый. Мато­во­го лако­кра­соч­но­го покры­тия мож­но достичь несколь­ки­ми спо­со­ба­ми, но в боль­шин­стве слу­ча­ев это дости­га­ет­ся высо­ким содер­жа­ни­ем ПВХ в крас­ке или нали­чи­ем спе­ци­аль­ной добав­ки в лак, даю­щей мато­вый эффект. Эта крас­ка тре­бу­ет осо­бо­го ухо­да, отли­ча­ю­ще­го­ся от обслу­жи­ва­ния обыч­но­го глян­це­во­го покрытия.

Авто­мо­биль­ная крас­ка, меня­ю­щая цвет

Пиг­мент «хаме­ле­он» (ориг. англ. назва­ние. ChromaFlair) исполь­зу­ет­ся в окра­соч­ных систе­мах при окрас­ке авто­мо­би­лей. Крас­ка с этим пиг­мен­том меня­ет цвет в зави­си­мо­сти от ресур­са све­та и угла обзо­ра. Эффект дости­га­ет­ся отра­же­ни­ем и пре­лом­ле­ни­ем све­та от окра­шен­ной поверх­но­сти. Крас­ка содер­жит малень­кие тон­кие син­те­ти­че­ские пла­стин­ки, сде­лан­ные из алю­ми­ния, покры­то­го фто­ри­дом маг­ния, внед­рён­но­го в полу­про­зрач­ный хром. Алю­ми­ний и хром дают крас­ке яркое метал­ли­че­ское искре­ние, а стек­ло­по­доб­ное покры­тие фто­ри­да маг­ния дей­ству­ет как пре­лом­ля­ю­щая приз­ма, изме­няя цвет поверх­но­сти при пере­дви­же­нии наблюдателя.

В Интер­не­те мож­но най­ти несколь­ко видео­ро­ли­ков, на кото­рых авто­мо­биль­ная крас­ка может менять свой цвет по нажа­тию кноп­ки. Это­му явле­нию пред­ла­га­ют­ся раз­лич­ные объ­яс­не­ния. Объ­яс­ня­ет­ся это как исполь­зо­ва­ние спе­ци­аль­ной «нано крас­ки» (элек­тро­маг­нит­ная или пара­маг­нит­ная). Как бы это не назы­ва­ли, базо­вая идея в том, что крас­ка кон­тро­ли­ру­ет­ся маг­нит­ны­ми импуль­са­ми, кото­рые изме­ня­ют моле­ку­ляр­ную струк­ту­ру пиг­мен­та крас­ки, застав­ляя испус­кать свет на вол­нах раз­ной дли­ны. Одна­ко, ниче­го из это­го не явля­ет­ся прав­дой. Цвет авто­мо­би­лей в этих видео меня­ет­ся в резуль­та­те циф­ро­во­го редак­ти­ро­ва­ния с исполь­зо­ва­ни­ем про­грам­мы (Adobe After Effects).

В авто­мо­биль­ной прес­се была инфор­ма­ция о раз­ра­бот­ке крас­ке меня­ю­щей цвет. К при­ме­ру, ещё в нояб­ре 2007 года было заяв­ле­но, что ком­па­ния Nissan раз­ра­ба­ты­ва­ет пара­маг­нит­ную крас­ку, меня­ю­щую цвет. Были даны сле­ду­ю­щие объ­яс­не­ния: высо­ко­тех­но­ло­гич­ная пара­маг­нит­ная крас­ка меня­ет отте­нок по нажа­тию кноп­ки. Перед покрас­кой маши­ны, металл кузо­ва покры­ва­ет­ся части­ца­ми окси­да желе­за. Когда элек­три­че­ский ток начи­на­ет воз­дей­ство­вать, рас­сто­я­ние меж­ду малень­ки­ми кри­стал­ла­ми изме­ня­ет­ся. Это мини­а­тюр­ное дви­же­ние вли­я­ет на то, как пара­маг­нит­ный слой отра­жа­ет свет, застав­ляя крас­ку менять цвет, в зави­си­мо­сти от пода­ва­е­мо­го напря­же­ния. Но с 2007 года боль­ше не было сооб­ще­ний от Нис­сан о пара­маг­нит­ной краске.

Недав­но ком­па­ния LitCoat анон­си­ро­ва­ла созда­ние пара­маг­нит­ной элек­тро­лю­ми­нес­цент­ной крас­ки, кото­рая может менять цвет, когда кон­так­ти­ру­ет с элек­три­че­ским заря­дом. Одна­ко, на видео­ро­ли­ке ком­па­нии крас­ка не меня­ет цвет с одно­го на дру­гой, а излу­ча­ет люми­нес­цент­ное све­че­ние при пода­че напряжения.

Пара­маг­нит­ная крас­ка LitCoat нано­сит­ся в 2–3 слоя. Мож­но под­пи­ты­вать током 1–2‑3 слои одно­вре­мен­но, 2–3 одно­вре­мен­но, 1–2 или 1–3. Эти ком­би­на­ции будут высве­чи­вать отдель­ный цвет. Не вклю­чен ток – 1 цвет, про­пу­щен ток через 1 слой – 2 цвет, про­пу­щен ток через 2‑ой слой – 3 цвет. Про­пу­щен ток через 1+2 слой – 4 цвет. и т. д. Крас­ка LitCoat нано­сить­ся на спе­ци­аль­ный грунт, кото­рый изо­ли­ру­ет метал­ли­че­скую поверх­ность. Такую крас­ку мож­но сме­шать с обыч­ной крас­кой, как доба­воч­ный пиг­мент и мож­но нано­сить на любую поверх­ность. После нане­се­ния сло­ёв пара­маг­нит­ной крас­ки мож­но поверх неё нане­сти любой лак.

Автомобильная краска. Будущие разработки

• В буду­щем крас­ки про­дол­жат менять­ся. Глав­ны­ми дви­жу­щи­ми сила­ми усо­вер­шен­ство­ва­ния авто­мо­биль­ных кра­сок явля­ют­ся каче­ство, сто­и­мость и эко­ло­ги­че­ские нор­мы. Каче­ство в этом кон­тек­сте отно­сит­ся к анти­кор­ро­зи­он­ной защи­те и дли­тель­но­сти блес­ка. Будет улуч­шать­ся изно­со­стой­кость лаков, а так­же адге­зия и цве­та кра­сок. Ско­рость про­из­вод­ства так­же все­гда будет дви­жу­щей силой в раз­ви­тии окра­соч­ных систем. Даже стра­хо­вые ком­па­нии пла­тят за ремонт, осно­вы­ва­ясь на затра­чен­ных нор­мо-часах, что тре­бу­ет уско­ре­ния про­цес­сов покрас­ки и исполь­зо­ва­ния соот­вет­ству­ю­щих материалов.
• В неда­лё­ком буду­щем авто­мо­биль­ные окра­соч­ные систе­мы будут раз­ви­вать­ся и полу­чат сле­ду­ю­щие усовершенствования:
• УФ-отвер­жде­ние, лаки стой­кие к цара­пи­нам. Неве­ро­ят­но быст­рое вре­мя суш­ки уже сего­дня воз­мож­но бла­го­да­ря исполь­зо­ва­нию в мастер­ских УФ-ката­ли­зи­ру­е­мых смол (UV-catalyzed resins). В буду­щем эта тех­но­ло­гия будет и даль­ше раз­ви­вать­ся.  Стан­дарт­ные лаки име­ют плот­ность вза­и­мо­свя­зей 8–12 MPa. С УФ-отвер­жде­ни­ем мож­но достичь гораз­до боль­шей плот­но­сти свя­зей частиц лака. Плот­ность вза­и­мо­свя­зей выше 30 MPa даст хоро­шую стой­кость к цара­пи­нам. Высо­кая плот­ность вза­и­мо­свя­зей УФ-лаков даст хоро­шую стой­кость к цара­пи­нам и воз­дей­ствию хими­че­ских эле­мен­тов. В то вре­мя, как обыч­ные лаки для суш­ки нагре­ва­ют­ся до 140 гра­ду­сов в тече­ние 20 минут, то УФ-отвер­жда­е­мые лаки могут пол­но­стью отвер­де­вать за секун­ды под воз­дей­стви­ем УФ-излу­че­ни­ем. Это зна­чи­тель­но уско­рит общий про­цесс окрас­ки. Огра­ни­че­ни­ем явля­ет­ся то, что не на все места кузо­ва будет попа­дать пря­мой УФ-свет, что явля­ет­ся при­чи­ной не отвер­ждён­ных зон. Это огра­ни­че­ние при­ве­ло к раз­ви­тию ком­би­ни­ро­ван­ной тех­но­ло­гии, поз­во­ля­ю­щей вклю­чать допол­ни­тель­ную реак­цию отвер­жде­ния в местах без воз­дей­ствия УФ-све­та. Когда види­мые обла­сти экс­те­рье­ра авто­мо­би­ля дости­га­ют пол­ной поли­ме­ри­за­ции под воз­дей­стви­ем УФ-све­та и допол­ни­тель­ной хим. реак­ции, обла­сти инте­рье­ра, куда свет не попа­да­ет, будут поли­ме­ри­зо­вать­ся за счёт хими­че­ской реак­ции с катализатором.
• Будут рас­про­стра­нять­ся водо­рас­тво­ри­мые грун­ты и лаки как при окрас­ке новых авто­мо­би­лей, так и при ремон­те ава­рий­ных машин.
• Про­цесс окрас­ки без грун­та. Базо­вый слой обыч­но нано­сит­ся в две ста­дии. Для без­грун­то­вой тех­но­ло­гии изо­ци­а­нат с добав­ка­ми будет добав­лять­ся на пер­вой ста­дии нане­се­ния крас­ки. Этот акти­ва­тор с добав­ка­ми будет моди­фи­ци­ро­вать харак­те­ри­сти­ки базо­во­го слоя так, что он будет высту­пать в каче­стве грун­та. Это уско­рит про­цесс окра­ши­ва­ния и сокра­тит коли­че­ство исполь­зу­е­мо­го материала.
• Одно из новых направ­ле­ний – раз­ра­бот­ка и исполь­зо­ва­ние умных покры­тий (smart coatings), кото­рые могут зна­чи­тель­но улуч­шить изно­со­стой­кость поверх­но­сти и доба­вить допол­ни­тель­ные функ­ции и свой­ства, такие как супер гид­ро­фоб­ность, олео­фоб­ность (оттал­ки­ва­ет жид­ко­сти на осно­ве масел), само­очи­ще­ние, самовосстановление.
• Само­вос­ста­нов­ле­ние может быть достиг­ну­то при­ме­не­ни­ем поли­ме­ров с «памя­тью» фор­мы, кото­рая акти­ви­ру­ет­ся воз­дей­стви­ем тем­пе­ра­ту­ры и влаж­но­сти или УФ-излу­че­ни­ем. Как кон­крет­ный при­мер мож­но при­ве­сти исполь­зо­ва­ние в соста­ве лако­кра­соч­ных мате­ри­а­лов спе­ци­аль­ной монт­мо­рил­ло­ни­то­вой гли­ны, кото­рая име­ет спо­соб­ность силь­но раз­бу­хать под воз­дей­стви­ем влаги.
• Лаки стой­кие к цара­пи­нам. В послед­ние годы про­из­во­ди­те­ли лако­кра­соч­ных мате­ри­а­лов раз­ра­ба­ты­ва­ют и тести­ру­ют лаки, стой­кие к появ­ле­нию цара­пин. Цара­пи­ны осо­бен­но замет­ны на авто­мо­би­лях с тём­ны­ми оттен­ка­ми. Одна из кон­цеп­ций для полу­че­ния лака стой­ко­го к цара­пи­нам бази­ру­ет­ся на внед­ре­нии твёр­дых нано частиц в гиб­кую мат­ри­цу полимера.