Краска, применяемая для покрытия кузовов, выполняет двойную работу: защищает металл кузова и создает общее впечатление об автомобиле. Составы автомобильных красок постоянно меняются, технология покраски претерпевает изменения.
В этой главе описаны различные компоненты красок, содержатся рекомендации по приготовлению и применению красок, а также советы по решению некоторых проблем, возникающих при проведении покрасочных работ, с которыми можно столкнуться при ремонте автомобиля.
Краска представляет собой механическую смесь цветного нерастворимого порошка (пигмента) в растворе связки с разбавителем. После нанесения и сушки краска создает пленку или цветное и непрозрачное покрытие с определенной степенью блеска. Если лак не цветной и образованная им пленка прозрачная, то он состоит только из связки и растворителя.
Готовая к применению краска состоит из следующих компонентов: связующего, пигмента, наполнителей, отвердителей, пластификаторов и растворителей. Связующее представляет собой высокомолекулярное соединение, обладающее высокой покрывающей способностью. Оно предназначено для полного обволакивания частичек красителя, чтобы создать однородное распределение смеси «краситель-связка» в краске и в полученной сухой пленке. Связующее образует основу для краски, т. е. смолу. Различные связующие, или смолы, подразделяются на восемь групп.
Масла (жирные кислоты). Различают три категории масел этой группы: сиккативы (сильно окисляемые), полусиккативы и неокисляемые.
По своему происхождению масла бывают растительные и животные.
К растительным маслам относятся: льняное масло, кокосовое масло, пальмовое масло, касторовое масло, соевое масло, масло китайского дерева и т. д.
К животным маслам относится рыбий жир.
Глифталевые смолы получают из трех компонентов: масел, многомолекулярного спирта (глицерин), многоосновных кислот (фталевый ангидрид). В зависимости от содержания масла различают три типа глифталевой смолы:
– длинные смолы, содержащие 55–80 % масла, подразделяются на сиккативы и полусиккативы. Их наносят кистью и сушат на воздухе;
– средние смолы, содержащие 45–55 % масла, подразделяются на сиккативы и полусиккативы. Их наносят кистью или из краскопульта и сушат на воздухе или в сушилке;
– короткие смолы с содержанием масла менее 45 % подразделяются на полусиккативы и на сиккативы (невысушивающие). Их наносят из краскопульта и сушат на воздухе или в сушилке, если смолы термотвердеющие.
Аминопластовые смолы (меламины и мочевино-формалиновые) являются продуктами синтеза побочных продуктов химической обработки угля. Некоторые изготовители смешивают их с глифталевыми смолами. Полимеризация этих смол происходит при повышенных температурах. Меламины полимеризуются при более низких температурах, чем мочевино-формалиновые смолы. Аминопластовые смолы в основном применяют в автомобильной промышленности.
Акриловые смолы являются результатом синтеза продуктов нефтеперегонки. Различают две группы акриловых смол: термопластичные и термотвердеющие.
Термопластичные смолы размягчаются при повышенных температурах. Сушка происходит за счет испарения растворителя и носит название «физической сушки». Сушат быстро, смола придает краске хороший блеск и высокое сопротивление в условиях сурового климата. Термопластичные смолы необходимо сильно разжижать растворителем. Их применяют при ремонте кузовов автомобилей и в автомобилестроении.
Термотвердеющие смолы сушатся при повышенной температуре (в сушильной камере), обладают высокой стойкостью в различных климатических условиях и к воздействию химических веществ, обеспечивают хороший блеск. Эти смолы применяют в автомобилестроении.
Нитроцеллюлозные смолы являются отходами при неполной выработке эфира путем обработки целлюлозы азотной кислотой. Сушка смол осуществляется посредством испарения растворителя. В чистом виде такие смолы имеют предельные характеристики. Часто в них добавляют пластификаторы, в зависимости от природы и содержания которых блеск обеспечивается сразу после нанесения краски или после полирования.
Нитроцеллюлозные смолы обладают меньшей стойкостью к воздействию атмосферных явлений и химическим веществам, чем акриловые. Нитроцеллюлозные смолы высыхают быстро, раньше они применялись для окраски кузовов автомобилей.
Эпоксидные смолы представляют собой полимерные материалы, получаемые из побочных продуктов нефтехимии. Для затвердевания в них добавляют катализаторы. При воздушной сушке образуются эпоксидные полиамиды, при горячей – эпоксидные фенолы.
Полиуретановые смолы представляют собой продукты, получаемые при переработке нефти и угля. Они получаются в результате химического взаимодействия соединений свободного гидроксила с изосианатом.
Полиуретановые краски бывают одно– и двухкомпонентными. Краски обладают исключительной стойкостью к атмосферному воздействию, к действию гидрокарбонатов и т. д. Их применяют в широком диапазоне: от покраски грузовых цистерн, автокаров и т. д. до покраски и лакировки дерева и металлов, подвергающихся воздействию суровых климатических условий.
Сушка происходит в результате протекания химической реакции (полимеризации).
Поливиниловые материалы с добавлением антикоррозионных красителей являются основой для защитных красок и грунтов. Сушка односоставных красок осуществляется за счет испарения растворителя, а двухсоставных – за счет полимеризации.
Пигменты (красители) представляют собой порошки, предназначенные для окрашивания связки, которая должна пропитывать и обволакивать каждую частицу красителя. Основными характеристиками красителей являются:
– покрывающая способность, зависящая от коэффициента преломления света, объемной концентрации и размера частиц красителя;
– окрашивающая способность (органические красители обладают большей окрашивающей способностью, чем минеральные красители);
– размер частиц и их распределение;
– форма частиц (сферическая, узловатая, пластинчатая).
Стойкость цвета зависит одновременно от стойкости красителя и стойкости связки, которые могут либо усиливать, либо ослаблять некоторые свойства красок.
Красители бывают минеральными или органическими. Последние получили наиболее широкое применение.
Цвет краски создается в результате дозирования, добавления и смешивания нескольких красителей.
Минеральные красители делятся на две группы:
а) природные красители, такие как окись железа, охра и т. д.;
б) синтетические красители, которые стали известны человеку задолго до изобретения автомобиля.
Например, природные органические красители получают: пурпурный – из гусениц, марена и индиго – из насекомых или растений. Красители, применяемые в настоящее время, – это в основном химические элементы, и вещества, получаемые в результате взаимодействия различых элементов. Их получают при переработке каменного угля, нефтепродуктов и т. п. Например, белые красители: триоксид сурьмы, свинцовые белила, окись цинка и т. д. Благодаря высокой покрывающей способности и инертности к химическому воздействию, более широкое применение находит двуокись титана.
Черные красители: окись железа, черный минерал (графит), черная сажа, черные животные и растительные красители.
Желтые красители: естественные и синтетические окиси железа, на основе кадмия (сернистый кадмий), на основе хрома (хроматы свинца), на основе цинка (хроматы цинка).
Красные красители: естественные и синтетические окиси железа, красный на основе кадмия, оранжевый и красный на основе молибдена, органические красители (красный толуидин).
Фиолетовые красители: синтетическая окись железа, органические красители семейства индиго.
Голубые красители: голубой органический индотрен, голубой ультрамарин, голубой органический фталоцианин, голубой цианистый.
Зеленые красители: окись хрома, зеленый, получаемый смешиванием желтого и голубого красителей, и др.
Металлические красители: алюминиевый порошок или блестки, порошки бронзы, цинка и т. д.
Растворители представляют собой жидкости, которые добавляют в краску при ее изготовлении и использовании. По своей природе растворители должны соответствовать природе связки.
Различают два семейства растворителей:
– растворители, применяемые первоначально при изготовлении краски. Они обладают неограниченной разжижающей способностью, их добавляют в краску в процессе ее приготовления;
– растворители-разбавители, которые отличаются ограниченной способностью к разжижению и добавляются в краску при ее использовании.
При содержании разбавителя больше определенного соотношения, которое изменяется в зависимости от природы краски, происходит выпадение в осадок связующего. Указания изготовителя при использовании разбавителя надо выполнять очень точно.
Разбавители определяют легкость нанесения краски и качество лакокрасочного покрытия. Растворитель, несовместимый со связкой, может вызвать образование хлопьев смолы и привести к возникновению зерен, к потере блеска, плохой прочности пленки краски или к созданию матовой поверхности.
Для изготовления красок применяют разные растворители: легкие, средние и тяжелые.
Легкие растворители имеют точку кипения ниже 100 °C. Средние растворители имеют точку кипения ниже 130 °C. Тяжелые имеют точку кипения выше 130 °C.
Испарение растворителя в процессе нанесения краски и после должно проходить постепенно, без нагревания, чтобы растворитель не оставался в краске. Вместе с тем сушка должна происходить быстро, чтобы не образовались подтеки при нанесении краски, и с постоянной скоростью, чтобы тяжелые растворители не остались в пленке краски.
С момента нанесения краски первыми испаряются легкие растворители, что предотвращает появление подтеков. Эта стадия называется схватыванием краски. По мере сушки происходит испарение средних, а затем и тяжелых растворителей.
Окисление (или полимеризация) пленки краски претерпевает несколько стадий:
– к поверхности пленки перестает прилипать пыль, затем, по мере сушки, деревянные опилки и, наконец, гигроскопическая вата;
– поверхность краски становится сухой (допускается осторожное ощупывание);
– краска затвердевает (допускается свободное ощупывание).
Затвердевание краски на всю глубину слоя происходит в течение определенного времени и зависит от типа краски.
Различают следующие типы растворителей:
– спирты этиловые и изопропиленовые денатурированные (легкие), бутанол (средний) и гликоли (тяжелые);
– сложные эфиры – ацетат этила (очень легкий), ацетат бутила (средний), ацетат этилового гликоля (тяжелый);
– кетоны – ацетон (очень легкий), метилэтилкетон (легкий), метил-изобутилкетон (средний);
– ароматические углеводороды – толуол (легкий), ксилол (средний), нафталиновый растворитель (тяжелый);
– углеводороды – уайт-спирит, скипидар, хлорированные растворители (трихлорэтилен, перхлорэтилен).
Присадки. К основным компонентам краски (связующим, пигментам, растворителям) добавляют различные присадки, позволяющие улучшить свойства красок. К присадкам относятся:
– наполнители, представляющие собой порошки минералов, не растворяемых в лаках, и влияющие на такие свойства как влагостойкость, стойкость к абразивному изнашиванию, облегчение обработки шлифованием. Наполнителями являются: асбест, тяжелый шпат, мел, каолин, слюда, тальк и другие минералы;
– сиккативы, предназначенные для ускорения окисления глифталевых красок и представляющие собой соли органических кислот. Это, например, соли кобальта, свинца, марганца, кальция, циркония и цинка. В краску обычно вводится смесь сиккативов.
Противопленочные вещества предназначены для предохранения от окисления краски, расфасованной в банки. Они повышают сохранность краски в процессе хранения. Замедлители окисления являются летучими, поэтому они не мешают действию сиккативов в процессе использования краски.
Камеди мало используются в наше время. Они способствуют повышению блеска лаков. Однако стойкость лаков при добавлении камеди со временем падает, они становятся ломкими.
Натуральные камеди имеют растительное или животное происхождение (канифоль, шеллак). Синтетические камеди состоят из кетоновых смол и т. д.
Рассмотрим способы сушки красок. Существуют два основных способа:
1) физическая сушка, заключающаяся в испарении растворителя, в результате чего создается пленка краски. Физической сушке подвергаются акриловые термопластичные краски, целлюлозные краски и виниловые краски.
2) химическая сушка которая подразделяется на виды:
– сушка окислением краски. Кислород воздуха вызывает окисление на поверхности пленки краски, которое, благодаря присутствующим в краске химическим реагентам, способствует отвердению смолы. Примером может служить глифталевая краска воздушной сушки;
– термическая сушка. Она заключается в том, что полимеризация начинается при определенном значении температуры. Если заданная температура не достигнута или дана малая выдержка сушки при заданной температуре, то требуемое качество красочного покрытия не обеспечивается. Примером могут служить акриловые термотвердеющие краски, эпоксидно-феноловые, глифталевые;
– полимеризация с помощью катализатора. Сушка смол осуществляется в результате полимеризации, происходящей в результате введения второго компонента – катализатора, который вызывает химическую реакцию. Период использования таких красок с момента приготовления смеси составляет несколько часов. Примером могут служить аминопластовые краски с кислотным катализатором (отвердителем), эпоксидно-полиамидные краски, полиэфирные и полиуретановые краски.
Потребительские характеристики красок
Покрывающая способность краски (в расчете на площадь) определяется поверхностью, которую можно закрыть одним килограммом или одним литром краски с обеспечением требуемой и достаточной толщины слоя на непористой подложке. Покрывающая способность сильно меняется в зависимости от природы краски и достаточной толщины слоя (в связи с наличием наполнителей или красителей).
Очень важна способность накладываемой краски закрывать различные цвета подложки, т. е. ее непрозрачность. Эта характеристика (укрывистость краски) связана с коэффициентом преломления красителя и разностью коэффициентов преломления красителя и связки. Для определения покрывающей способности краску наносят на контрастные картоны (похожие на шахматную доску). Краски, обладающие более высокой покрывающей способностью, – это грунты, так как в них добавляются наполнители.
Заполняющая способность – это способность краски закрывать дефекты основы сухим слоем определенной толщины после высыхания растворителя. Наибольшей заполняющей способностью обладают шпаклевки, далее идут грунты, затем лаки различного типа.
Целлюлозные и акриловые лаки обладают низкой заполняющей способностью. После испарения растворителя толщина сухой пленки составляет 20 % толщины слоя, наложенного перед сушкой. При равной вязкости глифталевые лаки имеют способность заполнения, равную 50 %. Из этих цифр видно, что требуется нанести два с половиной слоя целлюлозного лака, чтобы после сушки получить толщину, равную толщине пленки глифталевого лака.
Акрило-полиуретановые лаки обладают более высокими характеристиками, чем перечисленные выше материалы.
Все оговоренные показатели или характеристики красок имеют существенное значение, поскольку высокое сопротивление краски абразивному воздействию, окислению и коррозии позволяет дольше сохранить приятный внешний облик красочного покрытия автомобиля.
Нормы расхода краски зависят от ее вида и размера автомобиля. В качестве примера дадим нормы расхода лака и разбавителя для заданной толщины одного и того же типа краски на автомобиле среднего типа французского производства: целлюлозный лак – 5 л лака и 5 л разбавителя, глифталевый лак, соответственно, – 3 л и 1 л; акриловый лак – 5 л и 7,5 л.
Вязкость (текучесть) – это состояние продукта. Чем ниже вязкость вещества, тем оно более текучее, и наоборот. До разбавления краска обычно вязкая, поэтому ее необходимо разжижать.
Вязкость зависит от температуры краски: чем выше нагрета краска, тем ниже ее вязкость. Это свойство используют при нанесении некоторых красок в горячем состоянии без добавления разбавителя. После разжижения краска характеризуется своей рабочей вязкостью. За рубежом до недавнего времени разбавление краски выражалось в процентах. Большинство изготовителей указывали процентное содержание разбавителя по отношению к объему неразбавленной краски. При разбавлении на 50 % бралась одна часть разбавителя на две части краски. При разбавлении на 150 % на одну часть краски бралось полторы части разбавителя. Изготовители красок также поставляют градуированные линейки, посредством которых производится дозирование разбавителей и катализаторов.
У нас краски всегда поставляются готовыми к применению (так указывается на этикетке), но в некоторых случаях их также приходится разбавлять.
Вязкость определяется скоростью истечения жидкости через калиброванное отверстие. По этому принципу работает специальный прибор для определения вязкости.
В сопроводительных картах фирм-изготовителей красок указывается рабочая вязкость в секундах и процентах. Если время истечения больше указанного в сопроводительной карте, то для разжижения краски следует добавить разбавитель, что приведет к увеличению скорости ее истечения. Если время истечения краски меньше указанного в сопроводительной карте, то надо добавить густой краски для уменьшения текучести.
Вязкость измеряют при температуре краски 18–20 °C. В реальных условиях вязкость красок изменяется с изменением температуры. При работе с прибором определяющим вязкость надо следить, чтобы он всегда был чистым. Особое внимание следует обращать на размер отверстия – важно, чтобы он не изменялся при отложении на стенках отверстия краски.
Не допускается прочистка калиброванного отверстия металлическим предметом.
