納米結構色油漆車身修補工藝研究

劉幫毅，汪光偉，陳矗，陳穩(wěn)宏，夏文科

吉利汽車研究院(寧波)有限公司，浙江 寧波 315336

汽車車身及外飾高端車型常噴涂珠光漆。珠光漆是用云母代替鋁粒，在漆基中添加涂覆二氧化鈦和氧化鐵的云母顏料，光線射到云母顆粒上，便可顯出二氧化鈦和氧化鐵的顏色，然后在云母顆粒中發(fā)生復雜的折射和干涉，進而產(chǎn)生色彩斑斕的視覺效果。但是珠光漆涂膜缺陷較多，局部返修難度大，很難實現(xiàn)外觀一致[1]。筆者受蝴蝶翅膀的微觀結構啟發(fā)，通過無機材料層間的納米結構尺寸設計，制備了一種對稱結構的光學薄膜，粉碎后得到納米結構色粉。依據(jù)自然界可見光的光譜波長，對特定光波段的反射進行選擇性控制，可以實現(xiàn)特定的顏色色調及變色效果，如圖1所示。將這種納米結構色粉放入預制好的油漆中，并添加一種特殊的定向排列助劑來促使色粉的定向排列，便可獲得色彩鮮艷、光澤高、顏色漸變的炫彩油漆(即納米結構色油漆)。該納米炫彩油漆的變色效果優(yōu)于珠光漆。本文對該油漆在局部返修時遇到的色差問題展開研究。

圖1 納米結構色油漆顯色原理和色板Figure 1 Schematic diagram showing principle of coloration for the paint with multilayer-nanostructured pigment and relevant color templates

1 納米結構色油漆的噴涂與返修工藝

采用高溫漆模擬鈑金車身漆制備納米炫彩白油漆板，該制件從正面觀察是白色的，傾斜一定角度觀察時呈現(xiàn)漸變的紅色，加大傾斜角度觀察則呈現(xiàn)漸變的藍色。具體的噴涂工藝流程為：前處理(包括脫脂、表調、磷化等)→電泳→烘烤→中涂→烘烤→噴涂底色漆→閃干流平→噴涂納米結構色油漆(簡稱面漆噴涂)→閃干流平→噴涂清漆→閃干流平→烘烤→檢查→下線。

油漆局部返修工藝流程為：P1500砂紙水磨底色漆→除塵和除油→噴涂底色漆2道→P1500砂紙水磨底色漆→P1500砂紙水磨駁口區(qū)域→除塵、除油和除水→噴涂納米結構色油漆2道→噴涂清漆2道→P1500砂紙水磨。

2 結果與討論

2.1 納米結構色粉添加量對返修效果的影響

分別以4.0%、2.0%和1.2%的納米結構色粉添加量，采用高溫漆模擬鈑金車身漆制備納米炫彩白油漆板，各保留1件作為標板，其余制件采用低溫修補漆進行局部返修，使用色差儀檢測返修制件與標板之間的色差，并目視修補區(qū)域的色差變化，結果見表1和表2。

表1 納米結構色粉添加量對返修層色差的影響Table 1 Effect of dosage of multilayer-nanostructured pigment on color difference between repainted coating and original coating

表2 納米結構色粉添加量對返修層外觀的影響Table 2 Effect of dosage of multilayer-nanostructured pigment on appearance of repainted coating

從表1和表2可知，在納米結構色粉添加量較大的情況下，返修制件的難度加大，返修后制件的色差非常明顯。納米結構色粉添加量為4.0%時，15°角度下測得ΔL為負值，與標板相比修補區(qū)域應該變暗，但是實際目測結果為明顯泛白，這是因為4.0%的色粉沒有形成均勻的定向排列，無法遮蓋下方底色漆的顏色(白色)，所以修補區(qū)域泛白；45°和110°角度下測量的ΔE*分別為2.40和3.14，但目視修補區(qū)域的顏色與標板接近。納米結構色粉添加量為1.2%時，在不同角度下測得的色差均小于1.5，除15°角度下可見修補區(qū)域內輕微泛白之外，其余角度觀察修補區(qū)域的色澤均十分接近于標板。這是因為修補油漆用量較少，對于相同質量的修補油漆，其納米結構色粉添加量較高時，色粉難以混合均勻，并且返修采用手工噴涂，噴槍壓力較小，很難實現(xiàn)納米結構色粉的均勻定向排列。另外，標板制作使用的是高溫漆，返修使用的是低溫漆，二者在配方和工藝方面都有差別，這是產(chǎn)生色差的另一個重要原因[2]。為了使車身達到最佳的顏色效果，并驗證該納米結構色粉的應用可行性，下文都在納米結構色粉添加量為4.0%的情況下進行研究。

2.2 返修深度對返修效果的影響

以4.0%的納米結構色粉添加量配備高溫漆，制作納米炫彩白油漆板，保留一件作為標板，其余制件使用低溫漆進行局部返修，其中返修深度依次為清漆層、面漆層和底色漆層，返修制件與標板的色差列于表3，目視修補區(qū)域的色差評價情況見表4。

表3 返修深度對返修層色差的影響Table 3 Effect of repair depth on color difference between repainted coating and original coating

表4 返修深度對返修層外觀的影響Table 4 Effect of repair depth on appearance of repainted coating

從表3和表4可知，返修至清漆層時，無論從哪個角度觀察，修補區(qū)域的顏色都十分接近標板。返修至底色漆層時，在45°和90°下觀察修補區(qū)域的顏色都比較接近標板，15°下觀察修補區(qū)域呈現(xiàn)一定的紅黃色，但整體的可接受程度較高。而返修至面漆層(即納米結構色油漆層)時，在45°和90°下觀察修補區(qū)域呈現(xiàn)較明顯的綠色，15°下觀察修補區(qū)域呈現(xiàn)較明顯的紅色，如圖2所示。如前說述，標板制作使用的高溫漆和返修使用的低溫漆在配方和工藝上都有差別是產(chǎn)生色差的重要原因之一。另外，所用納米炫彩白油漆是依據(jù)納米結構對特定波段的光進行選擇性反射來達到所需色調及變色效果的，僅通過面漆來調整色調及變色，很難實現(xiàn)與標板一致，但若是連下方的白底色漆的配方一起調整，則可調節(jié)范圍變寬，更容易達到與標板一致的外觀效果。因此，在使用本配方的納米結構色油漆時，如需要通過返修來解決外觀缺陷問題，應返修至底色漆層，以便獲得外觀接近標板的返修漆膜。

圖2 返修到不同深度后返修層的外觀(左：90°觀察；右：15°觀察)Figure 2 Appearances of repainted coating when repairing at different depths (left: observed at 90°; right: observed at 15°)

2.3 面漆厚度對返修效果的影響

在納米結構色粉的添加量為 4.0%的情況下使用高溫漆制備納米炫彩白油漆板，保留一件制件作為標板，其余制件使用低溫漆進行局部返修，控制返修面漆厚度分別為3、4和7 μm，測量返修制件與標板之間的色差。從表5可知，面漆厚度對返修效果有較大的影響，與厚度3 μm和4 μm的返修面漆相比，返修面漆厚度為7 μm時修補效果更優(yōu)異，雖然25°角度下色差大于1.5，但是從各個角度下目視修補區(qū)域外觀效果都與標板接近，修復痕跡不明顯，修復成功。

表5 返修面漆厚度對返修層色差的影響Table 5 Effect of thickness of repainted topcoat on color difference between repainted coating and original coating

2.4 返修樣件試制

在上述研究的基礎上，以4.0%的納米結構色粉添加量，使用高溫漆模擬鈑金車身漆制備納米結構色油漆翼子板，然后打磨到底色漆層，返修如下：

1) 噴修補用的駁口樹脂；

2) 噴涂白底漆至完全遮蓋底層；

3) 噴涂濁色涂層(由9份納米結構色涂層和1份白底色漆涂層混合而成)；

4) 噴涂2道納米結構色漆(面漆)，總厚度控制在7 ～ 8 μm，第一道不超過濁色區(qū)域涂層，閃干2 ～ 3 min，再以畫弧方式噴涂第二道涂層至覆蓋濁色區(qū)域；

5) 噴涂清漆，清漆接口處再噴涂一圈駁口樹脂。

修補得到的制件如圖3所示，其色差和目視評價結果分別列于表6和表7。雖然小角度下色差大于1.5，但是目視觀察修補區(qū)域外觀效果與其他區(qū)域接近，修復痕跡不明顯。

表6 納米結構色油漆翼子板返修后的色差Table 6 Color difference of the fender sprayed with the paint containing multilayer-nanostructured pigment before and after being repaired

表7 納米結構色油漆翼子板返修后的外觀Table 7 Appearance of the fender sprayed with the paint containing multilayer-nanostructured pigment after being repaired

圖3 納米結構色油漆翼子板返修效果Figure 3 Repair effectiveness of the fender sprayed with the paint containing multilayer-nanostructured pigment

按ISO 2409:2020Paints and Varnishes — Cross-cut Test對修補區(qū)域漆膜進行附著力測試[3-5]，先劃百格，貼tesa4657絕緣膠帶(拜耶斯朵夫公司出產(chǎn))后再急速拔脫。由圖4可看出，切割邊緣完全平滑，無脫落現(xiàn)象，附著力可以達到0級，滿足汽車外飾油漆的應用要求。

圖4 修補區(qū)域的漆膜附著力測試結果Figure 4 Adhesion testing result of the coating at repaired area

3 結論

1) 納米結構色粉含量的增加會導致零件返修難度增大，降低量產(chǎn)的可行性。

2) 納米結構色油漆只需返修至清漆層時，返修難度較低，得到的返修漆膜外觀接近標準板。若返修至結構色漆層，則很難達到標準板的顏色。若是連底色漆層一起調整，那么可調節(jié)的范圍變寬，反而更容易達到與標準板一致的外觀效果。

3) 納米結構色油漆返修后，不同角度觀察到的顏色效果不同，因此需要使用色差儀來控制色差，但這對于納米結構色并不完全適用，在實際量產(chǎn)中還需要更多的目視對比。

4) 與普通油漆返修相比，納米結構色零件返修需要精準地控制納米結構色油漆的膜厚，返修深度和返修工藝都對制品返修后的外觀有較大影響，這些都制約了納米結構色油漆大批量生產(chǎn)的可性行。