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汽车涂装技术发展史

来源:汽车材料网|

发表时间:2020-03-09

点击:18504


文章来源:汽车之家


每个人远远看到一辆车,第一印象是它的车身颜色。拥有美丽亮泽的车漆是如今汽车制造的基础标准之一,但在一百多年前,给车身上漆可不是件容易的事儿,靓丽程度也远不如今天。车漆是如何发展到今天的程度呢?本期的好色主义,我将给大家讲一讲车漆的涂装技术发展史。


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十秒钟了解全文:


1、漆源于中国,工业革命后西方领先;

2、天然基料漆干燥速度慢,影响造车效率,杜邦发明了干燥快的硝基漆;

3、喷枪替代刷子,漆膜更加均匀;

4、从醇酸到丙烯酸,追求耐久和多样性;

5、用漆泡澡的“浸涂”,用磷化和电泳追求漆面质量;

6、为了追求环保,更换水性漆;

7、现在和未来的涂装技术越来越科幻,甚至将不用漆。


漆的主要作用是抗老化


漆的作用,大部分人的认知是赋予物品绚丽的颜色,但从工业制造的角度来讲,颜色其实是次要需求,防锈抗老化才是主要目的。汽车的车身从早期的铁木结合,到如今的纯金属白车身,都需要漆来作为保护层。


漆层所要面对的挑战,有日晒、风沙、雨淋等自然磨损,有刮、擦、碰撞等物理损坏,还有盐分、动物粪便等侵蚀。在涂装技术的进化中,慢慢地为车身开发出工艺越来越高效,且越来越耐久漂亮的皮肤,更好地应对这些挑战。


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源自中国的漆


漆的历史非常久,令人汗颜的是,漆料技术的领先地位在工业革命之前,是属于中国的。漆的使用最早可追溯至新石器时代,进入战国时代后,工匠用桐树种子里提炼桐油,再加入天然生漆制成混合涂料,不过当时的漆器是贵族的奢侈品。明朝建立后,朱元璋开始设立官营漆业,油漆技术得到了快速发展,中国第一部涂料技术著作《髹饰录》就是明代漆匠黄成编著的。得益于技术发展和内外贸易,漆器在明代已经发展出了成熟的手工业产业体系。


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明代最为高精尖的桐油涂料,更是船舶制造业的关键。十六世纪西班牙学者门多萨在《大中华帝国史》里提到:涂有桐油的中国船只,寿命是欧洲船只的两倍。


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十八世纪中叶,欧洲终于破解并掌握了桐油涂料技术,欧洲油漆产业逐渐成型。原料桐油除了用于漆,还是其它工业的重要原料,仍然由中国垄断着,并且成为两次工业革命的重要工业原料,直到20世纪初,北美和南美移栽的桐树形成规模,这才打破了中国的原料垄断地位。


解决干燥慢 不再耗时高达50天


船舶、火车和马车等交通工具总在户外使用,在风吹日晒雨淋下自然必须使用油漆,当汽车诞生后,作为交通工具自然也离不开油漆。20世纪初的汽车制造,使用的仍然是亚麻籽油等作为粘合剂的天然基料漆。


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即便是开创生产线造车的福特,为了追求制造速度而近乎极端地只使用日本黑漆,因为其干燥最快,但毕竟还属于天然基料漆,漆层仍然需要一周多才能干燥。


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20年代,杜邦公司研究出了干燥快速的硝基漆(又名硝化纤维漆),让汽车制造商们眉开眼笑,再也不用这么长周期的车漆施工了。


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战后的杜邦为了消化战时建立的庞大产能设施,开始转向以硝化纤维为基础的非炸药产品。1921年时,杜邦已经是硝酸盐电影胶片制造业的领导者。在1921年7月一个炎热的周五下午,杜邦电影工厂的一名工人在下班前将一桶硝酸盐棉纤维留在码头上。周一早上再打开时却发现,桶里已经变成了一种清澈粘稠的液体,这就是后来硝基漆的基础。


1924年,杜邦开发出DUCO硝基漆,以硝化棉为主要原料,加入合成树脂、增塑剂、溶剂与稀释剂调和而成。硝基漆最大的优点就是干燥快,相比需要一周甚至几周才能干燥的天然基料漆,硝基漆只需要2个小时就能干燥,大大提高了涂装速度。1924年,通用汽车公司几乎所有生产线都采用了Duco硝基漆。


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硝基漆自然也有缺点,在潮湿环境下喷涂的话,涂膜会容易发白,失去光泽。成型的漆面对于石油基溶剂的抗腐蚀性很差,例如汽油就会损坏漆面,加油时漏出的油气会加速周围的漆面老化。


用喷枪淘汰刷子 解决漆层不均匀


漆面的强度和耐久性,除了漆料本身特性之外,涂装方式也非常重要。喷枪的使用是涂装技术史上的重要里程碑。喷枪于1923年开始全面进入工业涂装领域,1924年进入汽车行业。


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德维比斯家族由此创立了专注于雾化技术的世界知名品牌DeVilbiss公司。后来艾伦·德维比斯医生的儿子汤姆·德维比斯让父亲的发明不再局限于医疗领域,他将最初的雾化器改造成了喷枪,用于油漆喷涂。


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在工业涂装领域,刷子迅速被喷枪淘汰。DeVilbiss公司一百多年来一直致力于雾化领域,目前已经是工业喷枪和医疗雾化器领域的领导者。


从醇酸到丙烯酸 更耐用更坚固


进入30年代,醇酸树脂搪瓷涂料出现了,简称醇酸搪瓷漆,被引入汽车涂装工序。车身金属件喷涂这类涂料后进入烘烤箱烘干,可以形成一层耐用度非常高的漆膜。与硝基漆相比,醇酸搪瓷漆的涂装速度更快,仅需2至3步,而硝基漆则需要3至4步。搪瓷涂料不但干燥速度快,而且耐受汽油等溶剂。


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不过醇酸搪瓷的缺点是怕晒,在阳光下漆膜会被加速氧化,颜色很快就会褪色变暗淡,有时这个过程甚至可以在短短几个月之内。醇酸树脂虽然有缺点,但并没有完全被淘汰,仍然是现今涂层技术中重要组成部分。


40年代出现了热塑性丙烯酸漆,大大提高了漆面的装饰性和耐久性。1955年,通用汽车公司开始使用新的丙烯酸树脂涂装汽车。这种涂料的流变性很独特,需要以较低的固体含量进行喷涂,因此需要进行多层喷涂。这种看起来是缺点的特性,在当时却是一种优点,因为它让涂层中可以加入金属薄片。丙烯酸清漆喷涂后初始粘度很低,使金属薄片可以平整下来,形成反光层,随后粘度快速提高,将金属薄片固定。于是,金属漆诞生了。


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值得一提的是,这一时期的欧洲在丙烯酸涂料技术方面突飞猛进。这源于二战后对欧洲轴心国的限制,在工业制造中限制使用一些化学材料,例如硝化漆所需要的硝化纤维,这种原料可以制造炸药。


在这种限制下,这些国家的企业开始专注于搪瓷涂料技术,开发出了一种丙烯酸聚氨酯涂料体系。1980年欧洲涂料进入美国时,美国的汽车涂料体系远不是欧洲的对手。


磷化与电泳推动自动化 开始追求漆面品质


二战后的二十年里,是车身涂层质量提升的时期。此时在美国,汽车除了交通工具,还拥有提高社会地位的属性,因此车主希望自己的车看起来更加高档,这就需要车漆看起来更具光泽,色彩更加靓丽。


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1947年开始,车企开始在喷涂前对金属表面进行磷化处理,以此来提高漆层的附着力和耐腐蚀性。底漆也从喷涂更改为浸涂式,也就是把车身件浸入漆料池中,这样更加均匀,涂装也更全面,保证空腔等难以触及的位置也能涂装。


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50年代,车企发现虽然使用浸涂法,但在之后的工序中,一部分的油漆还是会被溶剂洗掉,降低防锈效果。为了解决这一问题,1957年,福特联合PPG在乔治·布鲁尔博士(George Brewer)的带领下,开发出了现在普遍使用的电泳涂装法。


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随后福特公司在1961年建立了世界上第一个阳极电泳涂装车间。不过最初的技术存在缺陷,PPG公司在1973年推出了更优秀的阴极电泳涂装系统以及相应的涂料。


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漆面要持久靓丽 减少污染换水性漆


70年代中后期,石油危机带来的节能环保意识对涂料行业也产生了巨大影响。进入80年代,各国颁布了新的挥发性有机化合物(VOC)法规,这使得VOC含量高和耐久性较弱的丙烯酸漆涂料无法被市场接受。另外,消费者也希望车身漆面效果至少保持5年,这就需要解决漆面的耐用性。


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有了透明漆层作为保护层后,内部的色漆就不需要以前那么厚,只需要极其薄的一层起到装饰作用即可。漆层中还加了紫外线吸收剂,保护透明层和底漆中的颜料,大幅提高底漆和色漆的寿命。


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该涂装技术在初期的成本较高,一般只用在高档车型上。同时,透明漆层的耐久性也比较差,很快就会剥落,需要重新喷涂。不过在之后的十年里,汽车行业和涂料行业通过努力改进涂料技术,不但降低了成本,还开发了更新的表面处理剂,大幅提高了透明层的寿命。


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越来越神奇的涂装技术


时至今日,涂装技术越来越科幻。我们时常能看到一些奇葩的车身涂装,例如绚丽的渐变车身,这已经是人工喷涂完全达不到的工艺水平。例如2019年广州车展国内亮相的宝马X6特别版,外观采用特别的Vantablack VBx2涂层,号称是全世界最黑的黑色,可吸收超过99%的可见光。


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更未来的涂装主流发展趋势,业界有部分人认为免涂装技术。这项技术其实已经深入我们的生活,日常到的家电外壳其实就已经使用了免喷涂技术,外壳在注塑过程中就添加相应颜色的纳米级金属粉末,直接形成颜色绚丽、金属质感的外壳,根本不再需要喷漆,极大地降低了喷涂所产生的的污染。汽车上自然也有广泛使用,例如饰条、格栅、后视镜外壳等。


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在金属领域也是类似原理,也就是说,未来使用了免喷涂的金属材料在出厂时就已经拥有保护层甚至颜色层。这项技术目前在航天及军事领域有所使用,但距离民用还很远,也无法做到提供多变的颜色。


总结:


从刷子到喷枪再到机器人,从天然植物漆到高科技化合漆,从追求效率到追求品质再到追求环保健康,汽车工业对于涂装技术的追求一直没有停下来,科技程度越来越高。过去拿着刷子,在恶劣环境中工作的油漆工们不会想到,今天的车漆已经如此先进,而且仍在发展。未来,将是更加环保、智能和高效的时代。

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