Лакокрасочные материалы

Основные свойства лакокрасочных материалов. Адгезия – способность покрытия прилипать и удерживаться на подложке. Определяется механическим разрушением соединения на границе «покрытие-подложка». Для этого используют метод решетчатых надрезов: на готовое лакокрасочное покрытие наносят «решетку» и визуально оценивают состояние покрытия по четырех бальной системе. Выше адгезия – меньше балл. Чем меньше расстояние между рисками, при котором начинается отслоение эмали, тем лучше адгезия. Адгезия зависит от качества поверхности, на которую наносится материал, от свойств самого материала и от условий его нанесения. Адгезия любых материалов сильно ухудшается, если поверхность не обезжирена, покрыта слоем силиконовой или тефлоновой полироли, или обработана шлифовальной бумагой со слишком мелким зерном. Наибольшие трудности с адгезией возникают в случае покраски алюминиевых и оцинкованных деталей. Оксиды этих металлов практически не окрашиваются и должны удаляться химическим или механическим путем. Даже незначительное снижение адгезии приводит к появлению сколов и отслоений эмали при незначительных механических воздействиях, неизбежных в процессе эксплуатации.

Время и степень высыхания определяют по способности покрытия в процессе отверждения удерживать на поверхности стеклянные шарики или бумагу после снятия нагрузки. Существует семь степеней высыхания. Для лакокрасочных материалов чаще всего определяется третья степень (практическое высыхание) – когда после снятия нагрузки 200 г бумага не прилипает к поверхности покрытия и не оставляет следа.

Дисперсность (степень перетира) – величина частиц в лакокрасочном материале. Чем они меньше, тем, естественно, лучше. Определяется с помощью гриндометра.

Прочность при ударе – способность покрытия противостоять ударным нагрузкам. Прочность пленок при ударе определяют по максимальной высоте, при падении с которой груз известной массы (1 кг) не вызывает видимых механических повреждений лакокрасочного покрытия на металлической пластине. Условно выражается в сантиметрах.

Степень разбавления – количество разбавителя, которое нужно ввести в краску для доведения ее до рабочей вязкости.

Твердость характеризует степень отверждения покрытия и законченность процесса его формирования. Определяется вдавливанием твердого индикатора. Используя маятниковый прибор, определяют отношение времени затухания колебаний маятника, установленного на лакокрасочном покрытии, ко времени затухания колебаний того же маятника, установленного на пластине из фотостекла. Оценка основана на уменьшении амплитуды колебаний в зависимости от степени отверждения покрытия.

Вязкость – физическое свойство материала, определяющее время, за которое происходит вытекание определенного объема жидкости через отверстие определенного сечения. Измеряется с помощью специального прибора – вискозиметра. Величина вязкости лакокрасочного материала при окраске влияет на правильность факела распыления, равномерность переноса частиц лакокрасочных материалов в воздушном потоке, равномерность распределения лакокрасочного покрытия по поверхности. Вязкость регулируется путем добавления в материал растворителя.

Совместимость – свойство материала, позволяющее использовать его в комплексе с другими материалами с гарантированным получением качественного покрытия.

Полимеризация – химическая реакция необратимого перехода материала из жидкого или тестообразного состояния в твердое. Процесс полимеризации начинается с момента введения в материал катализатора и продолжается до 2…3 месяцев. В первые 1…24 часа сушки (в зависимости от ее условий) происходит полимеризация около 99 процентов материала.

Стойкость – свойство лакокрасочного покрытия, характеризующее его способность противостоять механическому и химическому воздействию (бензин, растворитель, кислота и т.п.).

Температура сушки – температура, необходимая для начала и окончания полимеризации большей части лакокрасочного материала.
Низкотемпературная сушка (естественная) осуществляется без специальных нагревательных приборов при температуре близкой к комнатной (плюс 20° С). Высокотемпературная сушка производится в специальных термокамерах или с использованием инфракрасных излучателей.

Термостойкость – способность материала сохранять свои свойства под воздействием температур. Термостойкие краски предназначены для нанесения на наиболее нагреваемые детали автомобиля (выше 200°С).

Усадка – отрицательное свойство материала, характеризующее его способность изменять толщину покрытия в процессе полимеризации. Полностью избежать усадки невозможно. Этим свойством материалов объясняется проступание со временем на глянцевой поверхности краски или лака царапин и других дефектов нижних слоев покрытия, а также растрескивание шпатлевки после высыхания. Минимальную усадку дают материалы, изготовленные на основе эпоксидных и полиэфирных смол.

Свойство лакокрасочных покрытий в большой степени также зависит от, перечисленных ниже, дополняющих их компонентов.

Для прочного сцепления лакокрасоч­ной пленки с окрашиваемой поверхно­стью необходимо обеспечить хорошую смачиваемость и адгезию. При наличии этих свойств капля эмали, нанесенная на окрашиваемую поверхность детали, будет растекаться, образуя тонкую пленку, и прилипать к поверхности. В случае, когда смачиваемость и адгезия низкие, капля краски образует сферическое тело.

Прилипание покрытия в процессе сушки происходит на площади, которая зависит от структуры, окрашиваемой по­верхности, а также от наличия загрязне­ний и влаги. При большой шероховатости поверхности имеющиеся выступы не сма­чиваются краской, отрыв которой проис­ходит по выступающим местам. Жиры и масла также снижают сцепление лакокра­сочной пленки с окрашиваемой поверхно­стью.

Защитные свойства лакокрасочного покрытия определяются также толщиной пленки и ее блеском. При гладкой поверх­ности попадающие на нее световые лучи отражаются под одним углом, а при шеро­ховатой поверхности — под разными угла­ми, в результате чего покрытие кажется матовым. Глянцевые покрытия лучше сохраняются при атмосферных воздействи­ях, чем матовые.

Уменьшение толщины лакокрасочной пленки, ниже рекомендуемой приводит к увеличению количества микропор. Через поры и мельчайшие трещины проникает вода, которая, соприкасаясь с металлом, вызывает коррозию под лакокрасочной пленкой.

На качество покрытия решающее влияние оказывают правильный выбор ла­кокрасочных материалов, состояние окра­шиваемой поверхности и тщательность выполнения технологического процесса окраски.

При изготовлении и ремонте автомо­билей применяется большой ассортимент лакокрасочных материалов, которые под­разделяются на 2 вида:

основные — эмали, краски, грунты и шпатлевки;

вспомогательные — растворители, раз­бавители, отвердители, добавки, смывки, материалы для подготовки поверхностей к окрашиванию, средства для ухода за по­крытиями и др.

Все автомобильные краски состоят их четырех основных компонентов – несущей основы, пигмента, растворителя и добавок .

Несущая основа (связывающее вещество) применяется в качестве базовой субстанции для других составных частей краски и после высыхания краски не улетучивается, а придает прочность слою краски.

Пигменты представляют собой очень мелкие твердые частицы, нерастворимые в несущей основе. Они производятся посредством измельчения органических и неорганических веществ. Пигменты определяют в первую очередь такие качества краски, как цвет и светопроницаемость. Кроме того, существуют пигменты, которые определяют и другие качества красок.

Пигменты делятся на несколько следующих групп. Антикоррозийные пигменты, которые защищают окрашиваемую основу (например, сталь, алюминий, медь) от коррозии. Покрывные пигменты – это светонепроницаемые частицы определенного цвета (например, красные, зеленые, синие пигменты). Они служат для придания цвета покрытию. Вследствие особенностей их состава или структуры пигменты могут создавать цветовые или оптические эффекты. Алюминиевые и слюдяные частицы дают эффект «металлик» или «перламутр».

Пигменты наполнители служат наполнителем покрывных пигментов для придания им большей удельной плотности. Пигменты с особыми свойствами придают краскам особые качества, например, огнестойкость, влагостойкость.

Растворители добавляют к краскам для поддержания несущей основы в жидком состоянии во избежание ее высыхания (коагуляции) до момента нанесения на поверхность. После нанесения на поверхность растворители при сушке испаряются.

Добавки. Качество краски определяется характером несущей основы, концентрацией его в краске и свойствами добавок. Без добавок свойства лакокрасочного покрытия весьма ограниченны, и покрытие не может отвечать заданным требованиям.

К добавкам относятся (рис. 7.1):

— отвердители, служат для упрочнения и укрепления слоя краски;

— наполнители, определяют структуру поверхностного слоя, его шероховатость и зернистость;

— эластификаторы, определяют эластичность и пластичность лакокрасочного покрытия;

— загустители, улучшают процесс окраски и предотвращают потеки и наплывы;

— смачиватели улучшают гомогенизацию прочих составных частей.

— дисперсаторы, уменьшают образование комков и сгустков в краске.

— антиседиментаторы, предотвращают выпадение пигмента в осадок.

— эмульгаторы, улучшают процесс смешивания составных частей краски.

Для покраски автомобилей применяют главным образом меламиноалкидные и нитроцеллюлозные эмали, а также акриловые краски. Меламиноалкидные эмали изготовляют на основе смесей меламиноформальдегидной и алкидной смол. Высыхание эмалей происходит за счет испарения растворите­лей и поликонденсации смол. Для полного высыхания эмалей требуется температура 120…140° С (горячая сушка), при которой образуется необратимая пленка.

После горячей сушки покрытие из меламиноалкидных эмалей приобретает глянец, который можно усилить полированием, вы­сокую атмосферостойкость, эластичность и твердость, стойкость к изменению тем­пературы в пределах -40…+60 °С, высокую стойкость к воздействию воды, топлив и ма­сел.

Нитроцеллюлозные эмали являются суспензиями пигментов в нитролаках с до­бавлением пластификаторов и смол. Вы­сыхание нитроэмалей происходит вслед­ствие испарения летучих растворителей при комнатной температуре (18…20 °С). При высыхании образуется обратимая пленка, способная вновь растворяться в растворителях. Вследствие слабой адгезии по отношению к металлам нитроэмали на­носят на хорошие грунты.

Покрытия из нитроэмалей относитель­но стойки к воздействию минеральных масел, бензина, а также слабых щелочных растворов. Длительное воздействие воды приводит к отслаиванию покрытия. По­крытия стойки к действию температур в пределах -40…+60 °С, а при температурах выше 90 °С разрушаются и могут само­воспламениться.

При высыхании нитроэмали образу­ется полуглянцевая поверхность, которую можно довести до зеркального блеска по­лированием. Для повышения способности нитропленок к полированию последний слой эмали покрытия сушат при темпера­туре 50…60 °С.

Быстрота вы­сыхания нитроэмалей обусловливает их широкое применение для окраски кузовов при отсутствии устройств для горячей суш­ки покрытий.

В последнее время, учитывая применение в кузовах автомобилей большого количества пластмассовых деталей и электронного оборудования, которое может выходить из строя при воздействии высоких температур, применяют сохнущие при небольших температурах краски типа COLOMIX или SYNTOL. Время высыхания таких красок 8 ч при температуре 20 °С.

Акриловые автоэмали . Это новое поколение красок, основой которых являются полиуретановые и акрилуретановые смолы. Это высококачественные двухкомпонентные краски, которые обладают высоким качеством покрытия, очень устойчивы к атмосферным воздействиям, имеют отличный блеск окрашенной поверхности.

В состав акриловой краски входят три основных вещества – связующее, красящий пигмент, наполнитель, а также множество дополнительных добавок. Связующее придает акрилу прочностные характеристики и способность приклеиваться к поверхности, пигмент «отвечает» за цвет, а наполнитель добавляют в качестве сохранения связующего.

Полимерное связующее , или акриловая основа, изготавливается из смол, в процессе полимеризации затвердевает, делая покрытие стойким к повреждениям. После высыхания состава именно оно остается на поверхности, обеспечивает надежную адгезию – сцепление акрилового слоя с металлической поверхностью автомобиля .

Количество пигмента влияет на цвет эмали и расход красящего состава: чем его больше, тем выше укрывистость краски для автомобилей и меньшее количество материала требуется. От пигментных добавок также зависит простота нанесения смеси на поверхность, а их качество обеспечивает УФ-стойкость краски для автомобиля , способность не выгорать под воздействием солнечных лучей. Цветовым разнообразием акриловые эмали обязаны именно существованию большого числа пигментных наполнителей.

Добавки (стабилизаторы) отвечают за сохранение свойств состава в течение определенного времени: эластичности, пластичности, однородности и других.

Два компонента – краска и прилагаемый отвердитель – смешиваются в строго определенной пропорции непосредственно перед покраской, затем, чтобы получить нужную вязкость добавляется растворитель.

При высыхании окрашенного слоя происходит полимеризация смолы – это химический процесс взаимодействия краски с отвердителем, в результате которого происходит затвердевание окрашенного слоя. Этот процесс не требует высоких температур (вполне достаточно комнатной температуры), хотя для его ускорения можно увеличивать температуру до 60…80°С. Полное высыхание наступает через 16 часов после нанесения. Не рекомендуется смешивать различные акриловые красители, иначе покрытие будет растрескиваться.

Наносятся акриловые краски в 2-3 слоя, толщиной 40…60 микрон каждый слой.

Краски на акриловой основе выпускаются в большом ассортименте – это Spies Hecker, Glasurit, Standox и много других.

Основным недостатком можно считать стоимость – акриловые краски достаточно дорогие. При обращении с акриловыми красками (выделение токсичных летучих веществ) нужно строго соблюдать правила техники безопасности.

В настоящее время начинают внедряться акриловые краски на водной основе. Качество краски на водорастворимых смолах мало чем отличается от обычной, но технологии изготовления дороже, поэтому в ремонтных мастерских применяются редко. Примером может служить водорастворимая краска серии 280/285 (Permahyd), которая применяется для двухслойного окрашивания легковых автомобилей. Краска содержит менее 10 процентов органических растворителей и является экологически чистым продук­том. Система для смешивания на осно­ве красок позволяет полу­чить практически любой оттенок цвета, в том числе с металлическим и перламутровым эффектами. После на­несения на нее прозрачного лака создается блестящее, стойкое к атмосферным воздействиям лакокра­сочное покрытие. Первый существенный минус красок на водной основе – длительное время высыхания, что обусловлено более низкой испаряемостью воды по сравнению с растворителями. Второй их недостаток – необходимость нанесения с применением дорогостоящего спецоборудования, но эксперты прогнозируют, что со временем этот вид покраски автомобилей обязательно станет массовым.

Краски «металлик» и «перламутр». Для получения красок «металлик» и «перламутр» используются пигменты, которые отражают свет, и при попадании лучей создают эффект цвета металла, причем оттенок меняется в зависимости от угла зрения. Краски «металлик» содержат в своем составе алюминиевые частицы, они отражают свет и тем самым придают поверхности металлический блеск. Дополнительное покрытие лаком придает глубину окрашенной поверхности и служит его защитой. Для краски «перламутр» в качестве пигмента используются более мелкие частицы (полупрозрачные частички железной слюды), они в слое краски располагаются многослойно, что и дает «переливающийся» эффект.

Люминесцентная краска содержит флуоресцентные красители, которые преобразуют часть ультрафиолетового излучения в види­мом спектре, что придает лакокрасоч­ному покрытию особенно сильный светящийся эффект. Эта краска приме­няется для нанесения на специальные автомобили, такие как, скорая по­мощь, милицейские, пожарные, дорож­ной службы и т. п. Краска пригодна для нанесения на отвердевшее, хорошо сохранившееся и отшлифованное старое лакокрасочное покрытие, а также на загрунтованные или обработанные наполнителем по­верхности.

Грунтовки являются связывающим покрытием между металлом и последующими слоями эмали, поэтому они должны обладать хорошей сцепляемостью и их наносят первыми на подготовленную к окрашиванию поверхность.

Существуют следующие типы грунтовки: травильная грунтовка; лаковая грунтовка; грунтовка на основе уретана; грунтовка на основе эпоксидных связующих; грунтовки-преобразователи ржавчины; двухкомпонентные порозаполняющие грунтовки.

Основными составляющими травильной грунтовки являются винилбу-тирильные смолы и пигменты хромата цинка, обеспечивающие защиту от коррозии. Кроме того, в эту грунтовку добавляется отвердитель, изготавливаемый преимущественно из фосфорной кислоты. Она наносится непосредственно на металлическую поверхность, образуя на ней конверсионное покрытие. Травильная грунтовка предотвращает образование ржавчины и обеспечивает лучшую адгезию с последующим слоем. Имеются одно- и двухкомпонентные (с отвердителем и без) травильные грунтовки, причем последняя гарантирует лучшую защиту от коррозии и имеет лучшие адгезивные свойства.

Основными составляющими лаковой грунтовки являются нитроцеллюлоза и алкидные полимеры. Эта грунтовка очень быстро высыхает, и ее очень удобно наносить. Однако ее антикоррозийные и сцепные свойства несколько хуже, чем у двухкомпонентных грунтовок.

Грунтовка на основе уретана состоит в основном из алкидных полимеров, эта грунтовка является двухкомпонентной. В качестве отвердителя используется полиизоцианат-лигнин. Она отличается превосходными антикоррозийными и адгезионными свойствами.

Грунтовка на основе эпоксидных связующих состоит в основном из эпоксидной смолы, эта грунтовка является двухкомпонентной. В качестве отвердителя используется амин.

Грунтовки-преобразователи ржавчины используют для подготовки под окраску без удаления продуктов коррозии.

Двухкомпонентная порозаполняющая грунтовка. Это основная грунтовка, применяющаяся перед покраской автомобиля. Порозаполняющая означает то, что ее можно накладывать более толстым слоем, чем обычную грунтовку, и она заполнят микропоры, которые могли остаться на шпатлевке. Таким образом, при использовании этой грунтовки снижается требование к обработке шпатлевки.

Шпатлевки используются для устранения вмятин, рисок и царапин на окрашиваемой поверхности кузова. Они представляют собой пастообразный состав из трех основных компонентов: наполнитель (пигмент), смола и растворитель (рис. 7.2).

Основное отличие шпатлевки от краски заключается в высоком проценте содержания пигментов, что призвано обеспечить более густой состав для лучшего заполнения вмятин.

Шпатлевка изготавливается из ненасыщенной полиэфирной смолы, которая затвердевает в результате химического взаимодействия с органическим пероксидом (отвердителем).

Существует несколько типов шпатлевки: полиэфирная, эпоксидная, лаковая.

Полиэфирная шпатлевка (кузовная шпатлевка) является двухкомпонентной. Ее основа состоит в основном из ненасыщенных полиэфирных смол, неорганических наполнителей и стироловых мономеров. Отвердитель состоит из органических пероксидов. После смешивания основа и отвердитель вступают в химическую реакцию и превращаются в твердый прочный материал.

В зависимости от вида применения полиэфирная шпатлевка делится на два типа: для нанесения толстым и тонким слоем. Полиэфирная шпатлевка для нанесения толстым слоем используется для заполнения вмятин глубиной более 3 мм. Полиэфирная шпатлевка для нанесения тонким слоем используется для сглаживания поверхностей.

Наполнитель (пигмент) имеет порошкообразное состояние, обеспечивает цвет и густоту. Он не разлагается в воде или растворителе.

Смола представляет собой прозрачную жидкость, связывающую наполнитель. Она обеспечивает цвет, твердость и адгезию с первоначальным слоем лакокрасочного покрытия.

Растворитель является жидкостью, разлагающая смолу и обеспечивающая лучшее смешение всех составляющих шпатлевки.

Эпоксидная шпатлевка состоит в основном из эпоксидной смолы, эта шпатлевка является двухкомпонентной. В качестве отвердителя используется амин. Благодаря превосходным антикоррозийным свойствам и хорошей адгезии с любыми поверхностями эпоксидная шпатлевка используется для ремонта полимерных деталей. Однако, по сравнению с полиэфирной шпатлевкой, она дольше затвердевает, хуже вышкуривается и менее удобна при нанесении.

Лаковая шпатлевка является однокомпонентной шпатлевкой и состоит в основном из нитроцеллюлозы и алкидной или акриловой смолы. Используется для заполнения небольших углублений, например, царапин и пор после нанесения грунта-порозаполнителя.

Растворители и разбавители применяются для того, чтобы лакок­расочные материалы имели необходимую рабочую вязкость. Они представляют со­бой однокомпонентные органические ле­тучие и бесцветные жидкости или их сме­си в различном сочетании компонентов. При смешивании с лакокрасочными материалами растворители не должны вы­зывать коагуляцию (свертывание) пленкообразователя, расслоение и помутнение раствора.

Состав растворителей подбирают та­ким образом, чтобы обеспечить оптималь­ные условия для высыхания лакокрасоч­ного материала, достаточные розлив и плотность нанесенной пленки.

Отвердители обеспечивают поли­меризацию различных лакокрасочных материалов в любых производственных условиях. Они отличаются высокой химической активностью и обеспечива­ют быстрое высыхание красок, лаков, наполнителей, грунтов и других лако­красочных материалов даже на воздухе при невысоких температурах и в окра­сочных камерах с невысокой производи­тельностью и недостаточным воздухооб­меном.

Смывки используют для снятия лакокрасоч­ного покрытия. Они представляют собой смеси различных растворителей, при воз­действии которых покрытие разбухает, вспучивается и отстает от металла.

Дополнительно можно посмотреть фильмы

7.1: https://www.youtube.com/watch?v=YFVqN_mYuj4

7.2: https://www.youtube.com/watch?v=AtJxqXEKnqI

Контрольные вопросы к подразделу 7.1

1. Перечислите основные свойства лакокрасочных материалов.

2. Перечислите основные виды автомобильных красок.

3. Из каких компонентов состоят автомобильные краски?

4. Дайте характеристику акриловых автоэмалей.

5. Дайте характеристику красок «металлик» и «перламутр».

6. Перечислите основные виды грунтовок их состав и свойства.

7. Перечислите основные виды разбавителей и растворителей их состав и свойства.