Ремонт кузовов легковых автомобилей

9. Окраска кузовов

9.1. Лакокрасочные материалы

К основным свойствам лакокрасочных материалов относятся адгезия, время и степень высыхания, дисперсность, прочность при ударе, степень разбавления, твердость, вязкость, совместимость с другими материалами, полимеризация, стойкость, температура сушки, термостойкость и усадка.

Адгезия — способность покрытия прилипать и удерживаться на подложке. Она 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 четырехбалльной системе (выше адгезия — ниже балл). Чем меньше расстояние между рисками, при котором начинается отслоение эмали, тем лучше адгезия. Она зависит от качества поверхности, на которую наносится материал, свойств самого материала и условий его нанесения. Адгезия любых материалов сильно ухудшается, если поверхность не обезжирена, покрыта слоем силиконовой либо тефлоновой полироли или обработана шлифовальной бумагой со слишком мелким зерном. Наибольшие трудности с адгезией возникают в случае окраски алюминиевых и оцинкованных деталей. Оксиды этих металлов практически не окрашиваются и должны удаляться химическим или механическим путем. Даже небольшое 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 дисперсность 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. Она определяется вдавливанием твердого индикатора. Используя маятниковый прибор, вычисляют отношение времени затухания колебаний маятника, установленного на лакокрасочном покрытии, к времени затухания колебаний этого 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 заданного объема жидкости через отверстие определенного сечения. Она измеряется с помощью специального прибора — вискозиметра. При окраске от вязкости лакокрасочного материала зависит правильность факела распыления, равномерность переноса частиц материала 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 мес. В первые 1...24 ч сушки (в зависимости от ее условий) происходит полимеризация около 99 % материала.

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

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 (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.

Свойства лакокрасочных покрытий в значительной степени зависят также от свойств дополняющих их компонентов, перечисленных ниже.

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. Если смачиваемость и адгезия низкие, то 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 два вида: основные (эмали, краски, грунтовки и шпатлевки) и 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 слоя краски не улетучивается, а придает ему прочность.

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

Пигменты подразделяются на несколько групп. Антикоррозионные пигменты защищают окрашиваемую основу (например, сталь, алюминий, медь) от коррозии. Покрывные пигменты — это светонепроницаемые частицы определенного цвета (например, красные, зеленые, синие). Благодаря особенностям состава либо структуры пигментов они 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 и др.

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.

Качество краски определяется характером несущей основы, концентрацией его в краске и свойствами добавок. Без добавок лакокрасочное покрытие не может отвечать заданным требованиям.

К добавкам относятся (рис. 9.1):

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 краски;
дисперсаторы — уменьшают образование комков и сгустков в краске;
антиседиментаторы — предотвращают выпадение пигмента в осадок;
эмульгаторы — улучшают процесс смешивания составных частей краски.

Рис. 9.1. Добавки

Для окраски автомобилей применяют главным образом меламиноалкидные и нитроцеллюлозные эмали, а также акриловые краски. Меламиноалкидные эмали изготавливают 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 качественные грунтовки.

Покрытия из нитроэмалей относительно стойки к воздействию минеральных масел, бензина, а также слабых щелочных растворов. Длительное воздействие воды приводит к отслаиванию покрытия. Эти 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 невысоких температурах краски типа COLOMIX или SYNTOL. Длительность высыхания таких красок — 8 ч при температуре 20 °С.

Акриловые автоэмали — это краски нового поколения, основой которых являются полиуретановые и акрилуретановые смолы. Это высококачественные двухкомпонентные краски, характеризующиеся высоким качеством покрытия. Они прочные, эластичные, химически стойкие, хорошо полируются, имеют яркий блеск, устойчивые к атмосферным воздействиям. Два компонента — краску и прилагаемый отвердитель — смешивают в строго определенной пропорции непосредственно перед применением, затем для получения нужной вязкости добавляют растворитель.

При высыхании окрашенного слоя происходит полимеризация смолы. Это химический процесс взаимодействия краски и отвердителя, 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 ч после нанесения. Не рекомендуется смешивать различные акриловые красители, так как в этом случае покрытие будет растрескиваться.

Основной недостаток акриловых красок — их высокая стоимость. При работе с этими красками в связи с выделением токсичных летучих веществ следует строго соблюдать правила техники безопасности.

Наносятся акриловые краски в 2-3 слоя толщиной 40...60 мкм каждый.

Краски на акриловой основе выпускаются в большом ассортименте (Spies Hecker, Glasurit, Standox и др.).

В настоящее время начинают внедряться акриловые краски на водной основе. Качество красок на водорастворимых смолах мало отличается от качества обычной краски, но приготовление их обходится дороже, поэтому в организациях автосервиса они применяются редко. Примером может служить водорастворимая краска серии 280/285 (Permahyd), которая применяется для двухслойного окрашивания легковых автомобилей. Краска содержит менее 10 % органических растворителей и является экологически чистым продуктом. Система для смешивания красок позволяет получать практически любой оттенок цвета, в том числе с металлическим и перламутровым эффектом. После нанесения на поверхность прозрачного лака образуется блестящее, стойкое к атмосферным воздействиям лакокрасочное покрытие.

Краски «металлик» и «перламутр» пользуются особой популярностью. Для их получения используются пигменты, которые отражают свет и при попадании солнечных лучей создают эффект цвета металла, причем оттенок меняется в зависимости от угла зрения. В составе краски «металлик» содержатся алюминиевые частицы, которые отражают свет и придают поверхности металлический блеск. Дополнительное покрытие лаком придает окрашенной поверхности глубину и служит ее защитой. Для краски «перламутр» в качестве пигмента используются более мелкие частицы (полупрозрачные частички железной слюды). В краске они располагаются в несколько слоев, что и дает «переливающийся» эффект.

Люминесцентная краска содержит флуоресцентные красители, которые преобразуют часть УФ-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 связующим покрытием между металлом и последующими слоями эмали, поэтому они должны обладать хорошей сцепляемостью. На подготовленную к окрашиванию поверхность их наносят первыми.

Существуют следующие типы грунтовки: травильная, лаковая, на основе уретана, на основе эпоксидных связующих, грунтовки — преобразователи ржавчины, двухкомпонентные поро-заполняющие грунтовки.

Основные составляющие травильной грунтовки — винил-бутирильные смолы и пигменты хромата цинка, обеспечивающие защиту от коррозии. Кроме того, в эту грунтовку добавляют отвердитель, приготавливаемый преимущественно из фосфорной кислоты. Ее наносят непосредственно на металлическую поверхность, на которой образуется 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.

Основные составляющие лаковой грунтовки — нитроцеллюлоза и алкидные полимеры. Эта грунтовка быстро высыхает, ее очень удобно наносить. Однако ее антикоррозионные и сцепные свойства несколько хуже, чем у двухкомпонентных грунтовок.

Грунтовка на основе уретана состоит в основном из алкид-ных полимеров и является двухкомпонентной. В качестве отвер-дителя используется полиизоцианат — лигнин. Она отличается превосходными антикоррозионными и адгезионными свойствами.

Грунтовка на основе эпоксидных связующих состоит в основном из эпоксидной смолы и также является двухкомпонентной. В качестве отвердителя используется амин.

Грунтовки — преобразователи ржавчины применяют для подготовки под окраску без удаления продуктов коррозии.

Двухкомпонентная порозаполняющая грунтовка является основной грунтовкой, применяемой перед окраской 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 снижаются требования 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. 9.2).

Рис. 9.2. Составляющие шпатлевки

Основное отличие шпатлевки от краски заключается в высоком содержании пигментов, что обеспечивает более густой состав для лучшего заполнения вмятин.

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

Существует несколько типов шпатлевки: полиэфирная, эпоксидная, лаковая.

Полиэфирная (кузовная) шпатлевка является двухкомпонентной. Ее основа состоит в основном из ненасыщенных полиэфирных смол, неорганических наполнителей и стироловых мономеров, а отвердитель — 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 слоем и тонким.

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 шпатлевки, не разлагается в воде или растворителе. Выпускается в виде порошка.

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

Растворитель — жидкость, разлагающая смолу и обеспечивающая лучшее смешивание всех компонентов шпатлевки.

Эпоксидная шпатлевка состоит в основном из эпоксидной смолы и является двухкомпонентной. В качестве отвердителя используется амин. Благодаря превосходным антикоррозионным 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 состоит в основном из нитроцеллюлозы и алкидной или акриловой смолы и является однокомпонентной. Используется для заполнения небольших углублений, например царапин и пор после нанесения грунта-порозаполнителя.

Растворители и разбавители применяются для придания лакокрасочным материалам необходимой рабочей вязкости. Они представляют собой однокомпонентные органические летучие и бесцветные жидкости или их смеси с различным сочетанием компонентов. При смешивании с лакокрасочными материалами растворители не должны вызывать коагуляцию (свертывание) пленкообразователя, а также 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 способствуют быстрому высыханию 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.