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[油漆与涂料] 新型纳米汽车面漆

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发表于 2012-3-30 05:36:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
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纳米面漆的关键之处是纳米级的微小颗粒,虽然只有十亿分之一米,但却体现了最新的高科技技术。目前,纳米面漆已经在Audi TT轿车的复式仪表板中得以顺利应用。正因为如此,使得仪表板在运输过程中的防划包装几乎失去了使用意义。
纳米面漆的研发
从20世纪70年代开始,科学家们就有了对原子结构和分子结构进行改造的想法,但是,直到1989年,随着科学技术的进步,科学家才真正可以在电子显微镜的帮助下有目的地移动原子。从那时起,纳米技术开始快速发展,如不到10nm的“纳米”开关诞生了,这种纳米开关中的一个原子负责电路的接通与断开。
纳米技术研究的一个重要领域就是纳米粒子。在纳米粒子的研究中,科学家们通过交换原子来研究物质物理和化学性质的变化。
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图2:奔驰公司在纳米面漆的喷涂工艺中采用了静电喷涂方法

奔驰公司在汽车的喷漆生产中较早地采用了纳米技术。从2003年底起,逐步为奔驰E、S、CL和SL等级别的轿车选择了专用的面漆。从2004年起,他们又开始在Untertürkheim的奔驰汽车生产厂为C、 SLK和CLS级轿车订购了专用的表面漆。这些专用的表面漆含有非常小的陶瓷颗粒,这些陶瓷颗粒的直径最大为20μm,是头发丝的几万分之一。在静电喷涂过程中,这些微小的颗粒首先是杂乱无章地进入液体油漆中,当喷漆后的汽车零部件进入140℃高温的烘干室后,这些微小的陶瓷颗粒浮现到漆层的表面,形成一层非常细密、均匀且非常坚硬的网状结构,保护着下面的聚合物漆层不受损坏。由于陶瓷颗粒的尺寸小于光线的波长,因此,它是一层看不见的防护层,不会妨碍油漆颜色的显现。对于企业喷涂车间现仍在使用的传统喷漆设备可在改动不大、投资不多的情况下完成纳米面漆喷涂设备的技术改造。
除了奔驰公司,其他企业也在根据现有的科技资料研制开发纳米面漆,例如,德国Saarbrücker研究所就在研发与奔驰公司类似的纳米面漆,这种纳米面漆以二氧化铝为制造微细纳米颗粒的原料,这种二氧化铝纳米面漆的性能已经在几家不同的汽车生产厂家中进行了实际测试。此外,BASF和Dupont这两家大型化工企业也加入到纳米面漆的研发队伍中来,BASF公司研制的是利用烘干炉和紫外线进行干燥硬化的纳米面漆。在Ludwigshafen市,BASF公司利用纳米技术生产的油漆的强度比传统方法生产的油漆要高许多;另外,法兰克福的Degussa 公司研制开发了一种纳米面漆,它的防刻划和抗脱落性能比传统油漆提高了10倍。
纳米面漆还不是表面技术发展的最终结果。虽然自洁性油漆不能在像汽车这样的运动产品中使用,但它仍然有许多吸引人的地方,例如纳米面漆中的分子可在阳光的照射下重新液化,以消除微小的划痕;或者纳米面漆(自己或在一定电压作用下)会在雨天或雾天自动转换成醒目的红色。
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图3:在经过防刻划试验之后,在显微镜下对纳米面漆层的表面进行检验分析

油漆质量的评判指标
不论是哪家企业生产的油漆,只要在油漆生产中采用了纳米技术,加入了纳米颗粒,对汽车生产厂家来说都是“福音”。奔驰公司的试验表明:采用纳米技术,加入陶瓷微粒的纳米面漆的防刻划性能比原来的油漆提高了3倍。纳米面漆粘合剂分子的长度相对较大,在受到外界负载的作用时,如洗车毛刷、公路上的砂石、紫外线照射、鸟类的粪便、树脂或化学介质的侵蚀时,纳米面漆可以保持光泽的时间更长。
油漆质量的第一个评判指标是耐受性能,纳米面漆的耐受性能试验是在各汽车部件上、在实验室的条件下进行测试的。从2001年起,就开始在试验车上进行测试,如洗车试验,用含有一定数量石英砂的洗车液在纳米面漆汽车上进行刷洗。在试验中,洗10次车相当于实际生活中洗50~100次汽车。在经过10次这样的洗车试验后,普通油漆的剩余光泽度仅为35%,而纳米面漆的剩余光泽度仍在70%以上。
评判油漆表面质量的第二个特征指标是外力的承受能力,即在外力作用下异物进入漆层的抵抗能力。斯图加特的颜料与油漆研究所对纳米面漆的这种性能进行了测试,将2μm大小的金刚石锥体在规定的不断增加的外力作用下压向漆层。实验结果显示,当外力达到0.02N时,纳米面漆开始出现裂纹,而传统油漆,已经被压碎。
第三个评判指标是抗化学介质的腐蚀性,在通常的耐化学腐蚀试验中,使用的4种不同的化学介质(硫酸、鸟粪、松胶树脂和无机盐)试验时,将这些介质涂敷到油漆表面,在30℃~70℃的温度下保留几个小时,测试结果表明,纳米面漆与传统油漆相同。另外,人们对新型纳米面漆还进行了难度更大的测试,如数千小时的紫外线照射试验等,结果依然很让人欣慰。
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图4:含有灰尘和沙粒的洗车液可对铁板形成强烈的磨蚀

漆层担负不同任务
汽车的各个漆层担负着不同的任务,从与铁板接触的磷化开始,磷化锌层保护铁板不发生锈蚀,同时它也是其他底漆漆层的基础,而底漆的首要作用也是防止锈蚀。
车架在油漆中浸渍,在电极的帮助下可以使车架的各个空腔、角落和折叠处都均匀地涂好油漆。奔驰轿车的漆层共有5层,总厚度约为0.1mm。磷化层和浸渍底漆的总厚度约为22μm;在这两层之上的腻子厚度约为25μm,能吸收石块打击所产生的能量,并能填补凹凸不平的铁板表面,它可用水稀释,并含有机物成分,旋转喷出的气流可将气流中的腻子均匀地涂敷到车架的表面;接下来是涂敷一层厚度为15μm的水溶性底漆,底漆的颜色与该汽车的颜色一致,在使用金属漆时,应同时混合上细微的铝片,而在这层汽车漆的喷涂过程中,静电电荷对于均匀一致的层次也有着非常重要的作用。
汽车漆的面漆担负着光泽永存和延长使用寿命的任务,承受着日常各种负担,例如石块的打击、阳光的照射、一天中温度变化的影响以及化学物质引起的反应,如树木的树脂、鸟粪和烟雾的侵蚀等。对于纳米面漆来说,这些都由陶瓷微颗粒所承受。

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