Как красят автомобили?

ПЛАТЬЕ ДЛЯ АВТО

Практически во всех журналах автомобильного толка периодически публикуются материалы, утоляющие информационный голод автолюбителей-«железнячников», интересующихся историей развития различных автомобильных компонентов, таких, как двигатель, трансмиссия, рулевое управление и т. д. Между тем, забывается одна очень интересная и одновременно сложная тема — автомобильные краски и все, что с ними связано. На долю лакокрасочного покрытия автомобиля выпадает круг очень серьезных задач и испытаний. Солнце, вода, жара, мороз, постоянная атака летящих камней и абразива из песка — краска должна не просто выдерживать эти испытания, но и защищать кузов автомобиля и сохранять первозданный вид, радуя владельца своим блеском. Для того, чтобы понять, из чего состоит краска, как происходит нанесение покрытия, и «с чем его едят», мы открываем серию материалов, посвященных лакокрасочному покрытию современного автомобиля. Чтобы не бросаться сразу на горящую избу, представляем вам на суд материал, посвященный истории развития красок с древних времен до современного автомобильного конвейера.

С ДРЕВНИХ ВРЕМЕН

Достоверно известно, что уже во втором тысячелетии до нашей эры мастерам из Юго-Восточной Азии уже были известны рецепты приготовления декоративных лаковых покрытий из природного сырья. К примеру, китайским и индийским мастерам исходным сырьем для приготовления лака служила смола лакового дерева (Rhus verniciflua), ядовитая, вызывающая ожоги кожи вязкая масса. Но при этом производимые из нее лаки и лаковые покрытия были прочными и долговечными, обладали хорошей сопротивляемостью к воздействию кислот и абразивному истиранию, единственным их недостатком была низкая устойчивость к ультрафиолетовому излучению.

За несколько веков до нашей эры людям, населявшим территории современной Мьянмы, Таиланда и западных штатов Индии, уже был известен секрет получения лака из смолянистых, янтарного цвета выделений небольшого насекомого Laccifera Lacca, т.?н. «шеллака», нетоксичного, прозрачного, быстросохнущего, хорошо поддающегося шлифовке декоративно-защитного материала. Эти смолянистые выделения носят название «lac», производное от слова «lakh», что в переводе с санскрита звучит как «сто тысяч». Во время наступления инкубационного периода из этого материала насекомые формируют кокон, и именно эти коконы служили и служат человеку исходным материалом для получения шеллака. Любопытно, что долгое время производство шеллака культивировалось не только с целью получения из него защитных лаковых покрытий, но и для получения высоко ценимого за свое качество красителя янтарного цвета.

Приблизительно в тот же период египтяне работали с лаками, произведенными на основе природных смол — янтаря, мастикса и некоторых других видов. Прошла еще одна тысяча лет, и в VII—VIII веке люди научились изготавливать лак из сохнущих растительных масел, таких, к примеру, как льняного, конопляного, макового и некоторых других.

ПРОИЗВОДСТВО НА СМЕНУ ПРИРОДЕ

Вплоть до 30?х годов ХХ века природные смолы, растительные масла, а также продукты их совмещения оставались основными (пленкообразующими) компонентами для приготовления лаков.

В 1856 году независимо друг от друга польский химик Я. Натансон и английский У. Перкин сумели в своих лабораториях получить образцы первых искусственных красителей, а в следующем 1857 году был налажен их промышленный выпуск. Эпоха природных красителей стремительно сходила на нет. К началу ХХ века природные красители были практически отовсюду вытеснены своими синтетическими аналогами. Так, экстракты из можжевельника, шафрана, молочая уступили место нафталину, антрацену, бензолу.

Начало ХХ века — время, когда и железный конь уже спешил на смену деревенской лошадке. В 1900 году всего на территории Соединенных Штатов Америки было собрано около четырех тысяч автомобилей, в 1910 году этот показатель уже равнялся ста восьмидесяти семи тысячам. Развитие автомобилестроения влекло за собой рост всей промышленности в целом. Из года в год увеличивался спрос на продукцию легкой и тяжелой промышленности, экономический подъем испытывали химическая, нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая отрасли, шло активное строительство новых дорог, мотелей, бензозаправочных станций и авторемонтных мастерских.

ПЕРВЫЙ КОНВЕЙЕР — ПЕРВЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Определенно одним из символов тех лет стал Форд…, «Форд-Т».

Всего за период с 1908 по 1927 год, год когда был завершен выпуск этой легендарной модели, их было произведено 15?703?000 штук.

Несколько угрюмый юмор сквозил в словах Генри Форда, когда он произнес: «Мы готовы предоставить для наших покупателей на выбор автомобиль абсолютно любого цвета, при том условии, что этот цвет будет черным». Но все же в высказывании «отца первого народного автомобиля» скорее слышится вздох облегчения, чем издевка над своими покупателями. Это было сказано уже после того, как автомобильная компания Форда нашла выход из непростой ситуации, в которую она попала сразу же, как только модель «Т» встала на конвейер. Произошло это в 1914 году, в результате время сборки «Форд-Т» сократилось до 93 минут, тогда как для окраски автомобиля по-прежнему требовалось от 10 до 14 дней. Ситуация складывалась критическая.

Выход был найден при помощи «Черного лака» (Japan Black) — масляной асфальтобитумной смеси, разведенной в керосине или скипидаре. Этот лак наносили непосредственно на голый металл, а затем в течение часа спекали в камере при температуре +200 °С.?В результате образовывалась блестящая черная пленка, отличающаяся высокой химической и влагостойкостью. С началом использования «Черного лака» процесс окраски автомобиля сократился до 48 и даже менее часов. Так, прежде всего благодаря своей способности быстро сохнуть этот тип лакокрасочного покрытия с вполне естественным для себя черным цветом стал доминирующим в цветовой гамме «Форд-Т» и любимым цветом Генри Форда.

РЭНСОМ ЭЛИ ОЛДС (Ransome Eli Olds) — имя человека, которому принадлежит авторство первой, еще достаточно примитивной, но уже построенной по принципу разделения труда автосборочной линии. Эта линия была запущена в 1901 году. Организованный на ее базе выпуск а/м марки «Олдсмобиль» стал первым в истории коммерчески успешным автопроектом.

ГЕНРИ ФОРД (Henry Ford) — имя человека, не нуждающегося в специальном представлении.

В период 1913?1914 годов организовал сборку модели «Форд—Т» по принципу ленточного конвейера. Феноменальный успех модели «Т» в дополнительных комментариях не нуждается.

НЕ ТОЛЬКО «ЧЕРНЫЙ»

Гегемония «черного» в массовом автомобилестроении была нарушена лишь в конце 1923 года, когда из ворот одного из подразделений компании GM «Оакланд Моторз» выкатился автомобиль с кузовом, выкрашенным в ярко-голубой цвет. Выбор столь необычного цвета кузова для серийного автомобиля тех лет был продиктован стремлением руководителей компании привлечь внимание широкой публики не к конструкции самого автомобиля, а к его лакокрасочному покрытию, изготовленному сотрудниками компании «Дю Понт» на принципиально новой основе, на основе пироксилина, одного из видов нитрата целлюлозы, ныне хорошо нам известного как нитроэмаль. Эмали этого вида обладали не только замечательными декоративными свойствами, но они стали и самыми быстросохнущими из всех известных на то время защитных лакокрасочных покрытий. При температуре 20—25 °С слой нитроэмали полностью высыхает всего за 20—30 минут.

Цветовое решение нового лакокрасочного покрытия уже не ограничивалось лишь набором всевозможных оттенков черного, а первоначально доминировавшая в ней темная гамма цветов постепенно была дополнена и светлыми цветами.

БОРЬБА С ТРУДОЕМКОСТЬЮ

Но была и обратная сторона у этого успеха. Из-за высокого процентного содержания в них растворителя и низкой концентрации сухого вещества положенная в один слой нитроэмаль образовывает очень тонкую, хрупкую, ограниченно водостойкую защитную пленку. Поэтому для получения надежного и долговечного покрытия на автомобильный кузов наносилось несколько, порой более десяти слоев нитроэмали, чередуя нанесение каждого последующего слоя с тщательной полировкой предыдущего и с обязательным финишным вощением последнего.

Согласно мнению некоторых современников благодаря появлению нитроэмалей серийные автомобили впервые смогли обрести по-настоящему всепогодную защиту кузова. Но успешное развитие химической промышленности и создание новых синтетических материалов с уже заданными полезными свойствами практически не оставили никаких шансов для выживания материалам на растительной основе.

Период 30?х годов стал временем, когда произошел плавный, но в то же время неизбежный переход от эмалей на основе нитрата целлюлозы к синтетическим алкидным эмалям.

НОВОЕ СЛОВО

Судьба уготовила алкидным эмалям жизнь долгую и счастливую. В течение последующих 30 лет алкидные эмали служили основным лакокрасочным материалом для автомобилестроителей во всем мире. Производство алкидных эмалей велось всеми ведущими производителями лакокрасочных материалов, включая такие хорошо известные компании, как BASF и PPG. И сегодня на страницах их интернет-сайтов в разделе «History» можно поближе познакомиться с их славным прошлым, в котором лакокрасочная продукция на основе алкидных смол вполне заслуженно занимает одно из самых почетных мест. В то же время неослабевающая популярность алкидно-меламиновых эмалей (МЛ-1110, МЛ-1111, МЛ-1120) в среде отечественных авторемонтников говорит о том, что на этот счет у нас существует свое, особое мнение, согласно которому алкидную эмаль, невзирая на ее более чем почтенный возраст, еще не время сдавать в музей.

Итак, алкидная эмаль — это смесь пигментов и алкидной синтетической смолы. Качественная алкидная эмаль образовывает долговечное, стойкое, достаточно эластичное, не боящееся бензина защитное покрытие с хорошими декоративными качествами, износо- и коррозионно-стойкое, не требующее финишной шлифовки или полировки.

Процесс высыхания (полимеризации) алкидных эмалей происходит в результате испарения из их состава растворителей и вследствие окисления смолы содержащимся в атмосфере кислородом. Скорость первичной полимеризации алкидных материалов в значительной степени зависит от температуры сушки. Так, у меламиноалкидных эмалей, применяемых для окраски автомобилей, процесс воздушной сушки при температуре 120 °С займет 1 час, при 80 °С — часа 2—3, при 20 °С — более 10 часов, а для окончательной полимеризации алкидным эмалям может потребоваться от 15 до 30 дней. Применение ускорителей сушки позволяет сократить время первичной полимеризации (вытеснения растворителей) примерно в два раза.

В течение всего периода активного использования алкидных эмалей неоднократно предпринимались и продолжают предприниматься попытки улучшить их те или иные качества. Но некоторый прогресс, достигнутый в результате этих усилий, не избавил алкидные эмали от их двух и, пожалуй, главных недостатков: продолжительного периода высыхания и высокой токсичности, что, собственно, и явилось основной причиной для скорейшего вытеснения алкидных окрасочных систем следующим поколением защитных покрытий.

АКРИЛЫ

В период конца 50?х — начала 60?х годов сначала фирма GM а следом за ней FORD, CHRYSLER и другие автопроизводители начали активно использовать в своем производстве лакокрасочные материалы, полученные на основе синтетического полимера — акрилуретановой смолы. Главным достоинством нового лакокрасочного покрытия стала их принципиально новая схема полимеризации. В отличие от алкидных, однокомпонентных (1?К) материалов высыхающие под воздействием окружающей среды акриловые материалы уже создавались как двухкомпонентные (2?К) системы, состоящие из основы (смолы) и катализатора (отвердителя). Технология полимеризации двухкомпонентных систем построена на химической реакции, возникающей между смолой и отвердителем после их смешивания. Таким образом, превратив процесс высыхания (полимеризации) акриловых лакокрасочных материалов в управляемую химическую реакцию, человек в этом случае перестал зависеть от многих случайных и неподконтрольных ему факторов. Теперь теоретически высыхание акриловых лакокрасочных систем может протекать даже при температуре +5 °С, правда, при таких экстремальных для краски условиях не исключены некоторые потери в качестве полученных защитных покрытий. Комфортными условиями для работы с акриловыми материалами принято считать температурный разброс от 15 до 80 °С.?При этом, к примеру, при температуре воздуха 20 °С и влажности 80% процесс высыхания акриловой эмали займет 10—12 часов, а в течение следующих двух—трех дней в ней полностью завершится и процесс отвердевания. При температуре 60 °С процесс полимеризации акриловых материалов завершится уже через 40—60 минут.

Защитные лакокрасочные покрытия на акриловой основе отличает блеск, твердость, эластичность, высокая износо- и химическая стойкость. Они обладают хорошей адгезией к самым разнообразным поверхностям, включая металл, дерево, пластик, хорошо выдерживают воздействие солнечного ультрафиолетового излучения.

В разные годы окрашивание автомобилей велось различными способами.

В период активного использования масляных асфальтобитумных лакокрасочных материалов инструментами для их нанесения служили кисть и шпатель.

В 20?е годы с изобретением «нитроэмалей» кисть и шпатель сменил пневматический пистолет-распылитель. Простой и удобный пневматический метод и в наши дни служит основным способом окраски автомобильных кузовов.

В начале 70?х годов в автомобильной среде получили распространение т.?н. порошковые краски. Отсутствие в составе порошковых красок растворителей обуславливает их низкую токсичность, в то же время они могут быть использованы в тех же целях, что и обычные краски. Покрытия из порошковых красок формируются при повышенных или обычных температурах. В первом случае изделие с нанесенным слоем порошковых красок нагревают выше температуры плавления порошка, во втором —выдерживают в парах растворителя.

БОРЬБА ЗА ЭКОЛОГИЮ

За счет высокого содержания сухого вещества в современных акриловых лакокрасочных материалах удалось значительно снизить выброс экологически вредных веществ в атмосферу. Это стало возможным благодаря тому, что для получения надежной защитной пленки достаточно нанести всего лишь один слой такой краски. К примеру, акриловые эмали могут укладываться одним слоем толщиной до 60 микрон, в то время как пленка толщиной 40—50 микрон даже без дополнительной защиты уже обладает всеми необходимыми для эксплуатации качествами.

Вероятно, единственным недостатком акриловых материалов можно считать их относительно высокую стоимость — в среднем они дороже алкидных в два раза.

Ужесточение экологических норм наряду с непрерывно ведущимися работами по совершенствованию лакокрасочных покрытий привело к созданию акриловых эмалей на водной основе, где вместо растворителя в качестве носителя используется деминерализованная вода.

Активное внедрение новой окрасочной технологии, позволяющей работать с лакокрасочными материалами на водной основе, в Европе началось еще в середине 90?х годов. На сегодняшний день абсолютное большинство европейских автомобильных заводов уже перешли на использование водных окрасочных систем. Согласно плану, к 2007 году все европейские автосервисы обязаны перейти к работе с новыми водорастворимыми материалами.

В целом эмали на водорастворимых смолах столь же удобны в работе, как и традиционные лакокрасочные материалы. Сохранилось и традиционное для акриловых материалов высокое качество получаемых с их помощью защитных покрытий.

КРАСОТА, ДА И ТОЛЬКО

И в завершении нельзя не упомянуть о двух наиболее популярных в настоящее время специальных видах красок — «металлик» и «перламутр».

В первую очередь надо сказать, что и один, и второй вид этих красок ведет свою историю уже не первый десяток лет. Так, первые краски с эффектом «металлик» появились еще в 30?х годах прошлого века, с эффектом «перламутр» — двумя десятками лет позже.

Основой для первых «металликов» служили лакокрасочные материалы на алкидной основе, но широкой популярности этот вид эмалей в те годы не снискал, т. к. при добавлении в алкидную эмаль алюминиевых частиц последние становились причиной ее быстрого помутнения и выцветания.

Первые опыты с «перламутром» также можно назвать лишь отчасти удачными, т. к. экспериментировали с прозрачным лаком на нитроцеллюлозной основе, как правило, желтевшем уже в течение первых шести месяцев после напыления.

Напротив, акриловые лакокрасочные материалы лишены всех этих недостатков. Сегодня для получения красок «металлик» и «перламутр» используется специальная, отличающаяся прозрачностью краска-основа. Для получения эффекта «металлик» в краску добавляют вкрапления крошечных, способных отражать свет металлических хлопьев. В результате в зависимости от угла зрения меняется и оттенок цвета.

От «металлика» «перламутр» отличается прежде всего более мягким блеском. В данном случае проникающий в краску свет отражается от гораздо более мелких, расположенных слоями частиц. Для получения эффекта «перламутр» в краску добавляются полупрозрачные чешуйки железной слюды, окрашенные окисью металла.

Все краски типа «металлик» и «перламутр» относятся к трехкомпонентным (3К) окрасочным системам. По сути, это простое сочетание однокомпонентной и двухкомпонентной технологий, когда первым наносится слой базовой краски, приготовленной по однокомпонентной (1К) технологии, а вторым лак, приготовленный по двухкомпонентной (2К) технологии. Благодаря хорошим защитным свойствам трехкомпонентную технологию все чаще используют и при работе с обычными однородными красками.

Эволюция красок продолжается и в наши дни. Так, уже появились защитные лакокрасочные покрытия, чей цветовой тон управляется подаваемым на них электрическим напряжением, промышленные испытания проходят лакокрасочные системы, способные самостоятельно удалять со своей поверхности небольшие царапины. Что зреет в умах инженеров-химиков сегодня, мы скоро узнаем, точнее увидим.

Материал подготовил Алексей ПОЛОВНИКОВ