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耗時數十天的干燥過程

每個人遠遠看到一輛車,第一印象是它的車身顏色。擁有美麗亮澤的車漆是如今汽車制造的基礎標準之一,但在一百多年前,給車身上漆可不是件容易的事兒,靚麗程度也遠不如今天。車漆是如何發展到今天的程度呢?本期的好色主義,我將給大家講一講車漆的涂裝技術發展史。

十秒鐘了解全文:

1、漆源于中國,工業革命后西方領先;

2、天然基料漆干燥速度慢,影響造車效率,杜邦發明了干燥快的硝基漆;

3、噴槍替代刷子,漆膜更加均勻;

4、從醇酸到丙烯酸,追求耐久和多樣性;

5、用漆泡澡的“浸涂”,用磷化和電泳追求漆面質量;

6、為了追求環保,更換水性漆;

7、現在和未來的涂裝技術越來越科幻,甚至將不用漆。

漆的主要作用是抗老化

漆的作用,大部分人的認知是賦予物品絢麗的顏色,但從工業制造的角度來講,顏色其實是次要需求,防銹抗老化才是主要目的。汽車的車身從早期的鐵木結合,到如今的純金屬白車身,都需要漆來作為保護層。

漆層所要面對的挑戰,有日曬、風沙、雨淋等自然磨損,有刮、擦、碰撞等物理損壞,還有鹽分、動物糞便等侵蝕。在涂裝技術的進化中,慢慢地為車身開發出工藝越來越高效,且越來越耐久漂亮的皮膚,更好地應對這些挑戰。

源自中國的漆

漆的歷史非常久,令人汗顏的是,漆料技術的領先地位在工業革命之前,是屬于中國的。漆的使用最早可追溯至新石器時代,進入戰國時代后,工匠用桐樹種子里提煉桐油,再加入天然生漆制成混合涂料,不過當時的漆器是貴族的奢侈品。明朝建立后,朱元璋開始設立官營漆業,油漆技術得到了快速發展,中國第一部涂料技術著作《髹飾錄》就是明代漆匠黃成編著的。得益于技術發展和內外貿易,漆器在明代已經發展出了成熟的手工業產業體系。

汽車改裝技術

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明代最為高精尖的桐油涂料,更是船舶制造業的關鍵。十六世紀西班牙學者門多薩在《大中華帝國史》里提到:涂有桐油的中國船只,壽命是歐洲船只的兩倍。

汽車改裝技術

十八世紀中葉,歐洲終于破解并掌握了桐油涂料技術,歐洲油漆產業逐漸成型。原料桐油除了用于漆,還是其它工業的重要原料,仍然由中國壟斷著,并且成為兩次工業革命的重要工業原料,直到20世紀初,北美和南美移栽的桐樹形成規模,這才打破了中國的原料壟斷地位。

解決干燥慢 不再耗時高達50天

船舶、火車和馬車等交通工具總在戶外使用,在風吹日曬雨淋下自然必須使用油漆,當汽車誕生后,作為交通工具自然也離不開油漆。20世紀初的汽車制造,使用的仍然是亞麻籽油等作為粘合劑的天然基料漆。

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即便是開創生產線造車的福特,為了追求制造速度而近乎極端地只使用日本黑漆,因為其干燥最快,但畢竟還屬于天然基料漆,漆層仍然需要一周多才能干燥。

汽車改裝技術

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20年代,杜邦公司研究出了干燥快速硝基漆(又名硝化纖維漆),讓汽車制造商們眉開眼笑,再也不用這么長周期的車漆施工了。

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戰后的杜邦為了消化戰時建立的龐大產能設施,開始轉向以硝化纖維為基礎的非炸藥產品。1921年時,杜邦已經是硝酸鹽電影膠片制造業的領導者。在1921年7月一個炎熱的周五下午,杜邦電影工廠的一名工人在下班前將一桶硝酸鹽棉纖維留在碼頭上。周一早上再打開時卻發現,桶里已經變成了一種清澈粘稠的液體,這就是后來硝基漆的基礎。

1924年,杜邦開發出DUCO硝基漆,以硝化棉為主要原料,加入合成樹脂、增塑劑、溶劑與稀釋劑調和而成。硝基漆最大的優點就是干燥快,相比需要一周甚至幾周才能干燥的天然基料漆,硝基漆只需要2個小時就能干燥,大大提高了涂裝速度。1924年,通用汽車公司幾乎所有生產線都采用了Duco硝基漆。

汽車改裝技術

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硝基漆自然也有缺點,在潮濕環境下噴涂的話,涂膜會容易發白,失去光澤。成型的漆面對于石油基溶劑的抗腐蝕性很差,例如汽油就會損壞漆面,加油時漏出的油氣會加速周圍的漆面老化。

用噴槍淘汰刷子 解決漆層不均勻

漆面的強度和耐久性,除了漆料本身特性之外,涂裝方式也非常重要。噴槍的使用是涂裝技術史上的重要里程碑。噴槍于1923年開始全面進入工業涂裝領域,1924年進入汽車行業。

汽車改裝技術

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德維比斯家族由此創立了專注于霧化技術的世界知名品牌DeVilbiss公司。后來艾倫·德維比斯醫生的兒子湯姆·德維比斯讓父親的發明不再局限于醫療領域,他將最初的霧化器改造成了噴槍,用于油漆噴涂。

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在工業涂裝領域,刷子迅速被噴槍淘汰。DeVilbiss公司一百多年來一直致力于霧化領域,目前已經是工業噴槍和醫療霧化器領域的領導者。

2 開始追求品質 走向環保

從醇酸到丙烯酸 更耐用更堅固

進入30年代,醇酸樹脂搪瓷涂料出現了,簡稱醇酸搪瓷漆,被引入汽車涂裝工序。車身金屬件噴涂這類涂料后進入烘烤箱烘干,可以形成一層耐用度非常高的漆膜。與硝基漆相比,醇酸搪瓷漆的涂裝速度更快,僅需2至3步,而硝基漆則需要3至4步。搪瓷涂料不但干燥速度快,而且耐受汽油等溶劑。

汽車改裝技術

不過醇酸搪瓷的缺點是怕曬,在陽光下漆膜會被加速氧化,顏色很快就會褪色變暗淡,有時這個過程甚至可以在短短幾個月之內。醇酸樹脂雖然有缺點,但并沒有完全被淘汰,仍然是現今涂層技術中重要組成部分。

40年代出現了熱塑性丙烯酸漆,大大提高了漆面的裝飾性和耐久性。1955年,通用汽車公司開始使用新的丙烯酸樹脂涂裝汽車。這種涂料的流變性很獨特,需要以較低的固體含量進行噴涂,因此需要進行多層噴涂。這種看起來是缺點的特性,在當時卻是一種優點,因為它讓涂層中可以加入金屬薄片。丙烯酸清漆噴涂后初始粘度很低,使金屬薄片可以平整下來,形成反光層,隨后粘度快速提高,將金屬薄片固定。于是,金屬漆誕生了!  

汽車改裝技術

值得一提的是,這一時期的歐洲在丙烯酸涂料技術方面突飛猛進。這源于二戰后對歐洲軸心國的限制,在工業制造中限制使用一些化學材料,例如硝化漆所需要的硝化纖維,這種原料可以制造炸藥。

在這種限制下,這些國家的企業開始專注于搪瓷涂料技術,開發出了一種丙烯酸聚氨酯涂料體系。1980年歐洲涂料進入美國時,美國的汽車涂料體系遠不是歐洲的對手。

磷化與電泳推動自動化 開始追求漆面品質

二戰后的二十年里,是車身涂層質量提升的時期。此時在美國,汽車除了交通工具,還擁有提高社會地位的屬性,因此車主希望自己的車看起來更加高檔,這就需要車漆看起來更具光澤,色彩更加靚麗。

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1947年開始,車企開始在噴涂前對金屬表面進行磷化處理,以此來提高漆層的附著力和耐腐蝕性。底漆也從噴涂更改為浸涂式,也就是把車身件浸入漆料池中,這樣更加均勻,涂裝也更全面,保證空腔等難以觸及的位置也能涂裝。

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50年代,車企發現雖然使用浸涂法,但在之后的工序中,一部分的油漆還是會被溶劑洗掉,降低防銹效果。為了解決這一問題,1957年,福特聯合PPG在喬治·布魯爾博士(George Brewer)的帶領下,開發出了現在普遍使用的電泳涂裝法。

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隨后福特公司在1961年建立了世界上第一個陽極電泳涂裝車間。不過最初的技術存在缺陷,PPG公司在1973年推出了更優秀的陰極電泳涂裝系統以及相應的涂料。

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漆面要持久靚麗 減少污染換水性漆

70年代中后期,石油危機帶來的節能環保意識對涂料行業也產生了巨大影響。進入80年代,各國頒布了新的揮發性有機化合物(VOC)法規,這使得VOC含量高和耐久性較弱的丙烯酸漆涂料無法被市場接受。另外,消費者也希望車身漆面效果至少保持5年,這就需要解決漆面的耐用性。

汽車改裝技術

有了透明漆層作為保護層后,內部的色漆就不需要以前那么厚,只需要極其薄的一層起到裝飾作用即可。漆層中還加了紫外線吸收劑,保護透明層和底漆中的顏料,大幅提高底漆和色漆的壽命。

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該涂裝技術在初期的成本較高,一般只用在高檔車型上。同時,透明漆層的耐久性也比較差,很快就會剝落,需要重新噴涂。不過在之后的十年里,汽車行業和涂料行業通過努力改進涂料技術,不但降低了成本,還開發了更新的表面處理劑,大幅提高了透明層的壽命。

汽車改裝技術

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越來越神奇的涂裝技術

時至今日,涂裝技術越來越科幻。我們時常能看到一些奇葩的車身涂裝,例如絢麗的漸變車身,這已經是人工噴涂完全達不到的工藝水平。例如2019年廣州車展國內亮相的寶馬X6特別版,外觀采用特別的Vantablack VBx2涂層,號稱是全世界最黑的黑色,可吸收超過99%的可見光。

汽車改裝技術

更未來的涂裝主流發展趨勢,業界有部分人認為免涂裝技術。這項技術其實已經深入我們的生活,日常到的家電外殼其實就已經使用了免噴涂技術,外殼在注塑過程中就添加相應顏色的納米級金屬粉末,直接形成顏色絢麗、金屬質感的外殼,根本不再需要噴漆,極大地降低了噴涂所產生的的污染。汽車上自然也有廣泛使用,例如飾條、格柵、后視鏡外殼等。

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在金屬領域也是類似原理,也就是說,未來使用了免噴涂的金屬材料在出廠時就已經擁有保護層甚至顏色層。這項技術目前在航天及軍事領域有所使用,但距離民用還很遠,也無法做到提供多變的顏色。

總結:

從刷子到噴槍再到機器人,從天然植物漆到高科技化合漆,從追求效率到追求品質再到追求環保健康,汽車工業對于涂裝技術的追求一直沒有停下來,科技程度越來越高。過去拿著刷子,在惡劣環境中工作的油漆工們不會想到,今天的車漆已經如此先進,而且仍在發展。未來,將是更加環保、智能和高效的時代。

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