Автомобильные покрытия: тенденции и технологии

Дорис Шульц, SCHULZ PRESSE TEXT
При выборе окрасочных материалов специалисты рекомендуют руководствоваться как соображениями надежности и качества, так и эстетическими свойствами покрытия.

Покрытие для автомобиля – нечто большее, чем просто защитный слой. Оно отвечает также и за его внешний вид, а, значит, в конечном итоге – и за уровень продаж всей модели в целом. Одновременно с этим, нанесение покрытий считается одной из самых энергоемких операций производственного цикла в автомобиле строении. Это приводит к тому, что разработчики автомобильных покрытий работают над созданием решений, которые позволили бы сэкономить потребление материалов и ресурсов и при этом способствовали повышению уровня качества обработки.

Одна из главных задач, которая стоит сегодня перед производителями автомобилей и компаниями поставщиками – это повышение эксплуатационных характеристик лакокрасочных материалов и покрытий. С одной стороны, это означает улучшение сопротивляемости покрытий воздействию коррозии, а также других химических, физических и механических факторов, которому постоянно подвергаются детали автомобилей. С другой – не меньшее внимание следует уделить эстетическим впечатлениям и тактильным ощущениям, возникающим при контакте с покрытием, поскольку именно они в первую очередь участвуют в формировании восприятия автомобиля покупателями. Рост производственных расходов, вызванный глобальной конкуренцией и ужесточением экологических требований, требует от разработчиков создания окрасочных технологий, которые позволили бы сделать весь процесс менее затратными более эффективным. Еще один фактор, усложняющий процесс нанесения покрытий – это постоянно растущее многообразие сплавов и комбинаций металлов и материалов при изготовлении автомобилей, обусловленное стремлением к снижению общей массы конструкции.

Специализированный транспортер с запрограммированной последовательностью действий, подобранной в соответствии с особенностями формы конкретной детали кузова автомобиля, позволяет оптимизи- ровать уровень качества предварительной обработки и окрашивания поверхности (Фото предоставлено компанией Eisenmann)

Специализированный транспортер с запрограммированной последовательностью действий, подобранной в соответствии с особенностями формы конкретной детали кузова автомобиля, позволяет оптимизировать уровень качества предварительной обработки и окрашивания поверхности (Фото предоставлено компанией Eisenmann).

Экологически безопасная обработка

Несмотря на то, что на некоторых производствах все еще сохраняются пережитки прошлого – в особенности, если речь идет об обработке кузова – однако, как правило, современные автопроизводители на стадии предварительной обработки применяют по большей части так называемые ?холодные? ванны и растворы. Все чаще в качестве процесса подготовки поверхности производители выбирают процессы, использующие нанокерамические компоненты, которые выполняются как методом окунания деталей в раствор, так и его распылением на поверхность. Причины столь резкого роста популярности нанокерамической технологии очевидны: в отличие от традиционной цинкфосфатной обработки, эта альтернатива использованию тяжелых металлов может применяться при комнатной температуре. Это позволяет сократить энергопотребление и снизить объемы токсичных выбросов. Среди ощутимых преимуществ этого метода нельзя не называть также и минимальные расходы на водоподготовку и очистку стоков, а также техническое обслуживание оборудования. Эта технология предварительной обработки соответствует и тенденции снижения общей массы конструкции автомобиля, поскольку подходит для обработки различных современных сплавов. Существуют экологически безопасные альтернативы и традиционным базовым покрытиям – таким как, катодное окрашивание окунанием, например. Новые растворы, разработанные в качестве их замены, содержат не более 1% растворителей и не содержат олова, что соответствует требованиям европейского законодательства, а также нормативам других стран. Кроме того, окрашивание окунанием обеспечивает получение равномерного слоя по всей обрабатываемой поверхности и надежную защиту от коррозии. На стадиях предварительной обработки и нанесения базового покрытия кузов автомобиля перемещается вдоль линии с помощью транспортера, оснащенного специальной осью, подъем, спуск и вращение которой настраивается с помощью специальной программы, что позволяет задать оптимальные параметры обработки и продолжительность каждой из операций, подходящие конкретному типу кузова. Эта упорядоченная последовательность процедур процесса также способствует получению равномерного слоя покрытия, поскольку снижает количество возможных посторонних включений и снижает мощность, рассеиваемую анодом, обеспечивая таким образом оптимальный уровень качества.

Безрамные конвейерные системы приобретают все большее распространение и находят применение не только на стадии предварительной подготовки, но и на этапе непосредственного нанесения покрытия. Эта популярность во многом обусловлена тем фактом, что подобные конструкции позволяют избежать больших тепло затрат на нагрев крупногабаритных рам печей, а, значит, сократить энергопотребление в целом.

Специализированные покрытия

В окрасочных системах, в состав которых входит грунтовочный слой, равно как и в так называемых интегрированных системах, более рациональным с экологической точки зрения является использование материалов на основе воды, нежели их ?конкурентов?, содержащих растворитель. И это даже несмотря на повышенный уровень энергопотребления и, как следствие, выбросов СО2.

В случае применения традиционных систем с грунтовочным покрытием наиболее эффективным – экономически и экологически – является метод окраски по влажному слою (т.е., грунтовочный слой, основное покрытие и финишный слой наносятся последовательно до высыхания каждого из слоев). Среди основных преимуществ этого метода: сокращение продолжительности производственного цикла, энергопотребления, количества производственных линий, токсичных выбросов. Все эти достоинства выражены даже ярче в комбинированных системах. В этом случае отпадает необходимость в нанесении грунтовочного слоя и сопровождающей его горячей сушке. Таким образом, энергопотребление и выбросы CO2 сокращаются почти на 20%. И последнее – но от этого не менее значительное – преимущество заключается в том, что в этом случае сам этап нанесения грунтовочного слоя как таковой становится излишним, равно как и связанные с ним расходы. Все это привело к тому, что комбинированные системы находят все большее применение на автомобилестроительных предприятиях, даже для обработки пластиковых деталей и компонентов. Стремление к сокращению расхода окрасочных материалов – еще один повод для модернизации процессов нанесения покрытий. Благодаря использованию электростатических распылителей и высокоскоростных ротационных форсунок можно добиться почти 90%го КПД процесса обработки. В связи с этим данные системы чаще всего применяются для окрашивания элементов внутренней отделки кузова. Этот вид окраски все чаще автоматизируют и ?поручают? выполнять роботизированным установкам. В настоящий момент ведутся интенсивные исследования, направленные на разработку новых технологий нанесения лакокрасочных материалов, позволяющих свести к минимуму избыточное распыление. Чтобы свести к минимуму потери лакокрасочных материалов, рекомендуется выполнять моделирование процесса окраски перед фактической обработкой. Однако, если возможности избежать окраски методом распыления нет, необходимо найти наиболее эффективный способ устранения окрасочного тумана. Один из них – электростатическое разделение (сепарация). По сравнению с традиционной мокрой очисткой газов этот процесс требует на три четверти меньше электроэнергии, и на 85% меньше воды.

Сушка с пониженным энергопотреблением

Не остается без внимания разработчиков и процедура сушки, которая позволила бы сократить расходы на электроэнергию. Среди предлагаемых вариантов: оптимизация перегонки воздуха по трубопроводам и отводам, а также энергосберегающие нагревательные приборы и утилизация неиспользованного пара. Еще один вариант решения проблемы – подача энергии по мере необходимости. Этот способ состоит в адаптации воздушного потока и параметров очистки выпускаемого воздуха к особенностям конкретных рабочих зон. Существенной экономии энергии также можно добиться за счет использования энергоэффективных воздушных форсунок. Благодаря им толстостенные компоненты автомобиля нагреваются быстрее, что сокращает продолжительность процесса сушки. Помимо экономии термо и электроэнергии, у этого способа есть еще одно преимущество: он снижает риск деформации тонкостенных компонентов, которым грозит продолжительный нагрев.

Трехмерная центральная панель из пластика PC/ABS с ультрафио- летовым прозрачным покрытием с черным пигментом (Фото предо- ставлено компанией Lankwitzer)

Трехмерная центральная панель из пластика PC/ABS с ультрафиолетовым прозрачным покрытием с черным пигментом (Фото предоставлено компанией Lankwitzer)

Окраска с применением ультрафиолетового излучения

Технология применения ультрафиолетового излучения для полимеризации жидких красок позволяет получить готовое покрытие за несколько секунд. Образующийся слой краски обладает высокими эксплуатационными характеристиками, в особенности после отверждения: стойкостью к механическому воздействию, истиранию и химической агрессии. Однако нанесение этого экологически безопасного покрытия и его отверждение на трехмерных компонентах пока представляет собой проблему, и потому на сегодняшний день оно используется только для обработки двухмерных деталей простой геометрии. Технические проблемы, связанные с этим видом обработки поверхности, заключаются в том, что окрасочный слой не отвердеет полностью, пока вся поверхность изделия не получит требуемый объем ультрафиолетового излучения заданной интенсивности. Тем не менее, уже сейчас существуют испытанные в лабораторных условиях решения, позволяющие нанести УФ покрытие достаточно высокого качества на трехмерные детали из металла и пластика. Все они предполагают использование атмосферы инертного газа, в которой и будет происходить нанесение краски, испарение растворителя и отвердевание слоя. Инертный газ (углекислый газ или азот) сводит к минимуму содержание кислорода, способствуя проникновению энергии излучения в покрытие на детали. Под действием одного только ультрафиолетового излучения, без дополнительного нагрева, краска застывает в течение всего нескольких секунд. Однако достоинства этого процесса не ограничиваются только его исключительно короткой продолжительностью, отличающей его от традиционных методов сушки и задающей новые стандарты производительности. Он позволяет вообще отказаться от использования стандартных сушек и поточных зон остывания, которое отнимало массу времени и энергозатрат. Благодаря этому экономится рабочее пространство цеха, снижаются производственные издержки и вложения, равно как и энергопотребление и объем выбросов углекислого газа. Теоретически, современные технологии позволяют нанести покрытия, отверждаемые под действием ультрафиолетовых лучей, на весь кузов автомобиля целиком, однако, опять же, на сегодняшний день это довольно затратная процедура.

Инновационное лаконаливное покрытие RIM с эффектом самовосстановления открывает новые возможности для обработки элементов внутренней отделки, изготовленных из дерева, пластика и металла (Фото предоставлено компанией Votteler)

Инновационное лаконаливное покрытие RIM с эффектом самовосстановления открывает новые возможности для обработки элементов внутренней отделки, изготовленных из дерева, пластика и металла (Фото предоставлено компанией Votteler)

В тренде – индивидуальный подход

В ответ на стремление пользователей всегда и во всем подчеркивать свою индивидуальность, автопроизводители расширили линейку цветов и оттенков не только кузова в целом, но и отдельных декоративных деталей. Особым спросом сегодня пользуются, например, покрытия с перламутровым отливом. Кроме того, одним из главных требований к окрасочным системам остается повышенная стойкость покрытий к механическому воздействию и царапинам. В ответна это разработчики предлагают новые материалы, совмещающие достоинства неорганических (?твердых?) и органических(?мягких?) веществ, обладающие так называемой самозалечивающейся способностью. Еще один тренд в отделке автомобилей – комбинирование металлических поверхностей и компонентов из пластика с хромовым покрытием. На компоненты из пластика наносят гальваническое покрытие (хром) или слой PVD. Чтобы обеспечить защиту металлического покрытия после его осаждения и придания ему дополнительных эстетических свойств, используются стандартные пигментированные системы и УФ отверждаемые покрытия. Высококачественные детали отделки интерьера из дерева, пластика или металла в последнее время все чаще обрабатывают с использованием инновационной лаконаливной технологии, основанной на реактивном литьевом прессовании (RIM). Эта модульная окрасочная система представляет собой комбинацию двух алифатических полиуретанов, не содержащих растворителей и обработанных под высоким давлением. Они позволяют получить слой покрытия толщиной от 0,1 до 2 мм в результате простой одношаговой процедуры. Детали, подлежащие обработке, опускают в объемную форму для литья, которую заполняют краской. В зависимости от сложности геометрии детали и типа материала, из которого она изготовлена, нанесение покрытия и полимеризация занимают от 2 до 3 минут. По истечении 24 часов после извлечения из литьевой формы деталь можно передавать на следующие этапы производства, при этом никакой запиловки или шлифования не требуется. В отличие от многослойных систем, этот экономически эффективный процесс позволяет сэкономить не только время, но и материалы. Этим же способом можно получить покрытия с повышенной сопротивляемостью механическому воздействию и способностью самовосстановления.