結構色油漆在車身漆上應用的可行性分析

劉幫毅　陳穩宏　徐鈞　夏文科　龔凡　丁松偉

摘 要：為探索結構色油漆用于汽車車身漆的可行性，文章主要是對結構色粉在包覆后加入車身水性基漆中，其油漆性能，變色效果，以及修補情況的研究。實驗結果表明，結構色粉包覆后再制備成珠光漆進行應用，并不影響其整體油漆性能；結構色粉在水性漆中的變色效果不如在油性漆中強；結構色粉在車身漆上應用具備一定的可修復性。

關鍵詞：結構色油漆 汽車車身漆

當前汽車車身變色油漆已越來越流行，這充分說明了消費群體對個性化的需求。但目前變色油漆大多數通過彩鋁（通常將各種彩色有機或無機顏料，沉積在鋁粉表面制得）或珠光顏料（由天然云母、二氧化鈦、氧化鐵等組成的層狀體系顏料，從不同的角度去看，會產生色彩斑斕的視覺效果）來實現變色，其設計自由度及量產可行性都相對較低，極大限制了主機廠的色彩定義，從而無法提供給消費者更多個性化的選擇。我們采用色彩領域突破性的發明——納米結構色來實現對油漆顏色的重新定義，得到了外觀變色效果更強，量產可行性及修補性更高的超級變色油漆。文章對該油漆應用在汽車車身上的可行性進行了研究。

1 結構色油漆原理及特點介紹

我們依據蝴蝶翅膀的微觀結構原理，通過真空鍍依次沉積不同折射率的金屬層，得到具有特定光譜特征的光學變色薄膜，再經過粉碎等一系列顏料化處理制備得到結構顏料。通過精確控制各層膜結構的厚度、沉積順序、金屬種類，實現對特定光波段選擇性的進行控制，如反射、折射、衍射率，從而實現所需的特定顏色色調及變色效果，并且顏色更高亮、高飽和、色彩過渡更加柔順，見圖1。膜層結構必須是奇數層對稱結構，才能保證材料在粉碎后，正反兩個方向的顏色一致性。不同折射率介質、不同沉積厚度可以呈現不同的顏色特征，進而設計出特定色彩。將結構顏料放入預制好的油漆中，并添加定向排列助劑促使色粉的定向排列，便可獲得比珠光類的變色顏料色彩更鮮艷、光澤度更高、顏色漸變效果更強的炫彩油漆，見圖2。

2 生產工藝

我們按照納米結構色顏料遮蓋力較差的特點，將納米結構色油漆當作珠光層油漆來使用，采用B1B2工藝進行整車生產，即如下工序進行制作：

白車身→前處理→電泳→烘烤→B1噴涂→B2噴涂→納米結構色噴涂→清漆噴涂→烘烤→檢查→下線。

試噴發現車身漆比保杠塑料件結構顏料顆粒感略顯粗糙，且變色效果不如保杠塑料件上明顯（因考慮到國內車輛法規上牌的影響，選擇冰晶白為底色，在白底上呈現紅/青變色），同時打燈發現結構顏料有“沉沒”現象，未像常規車身金屬漆中的鋁粉一樣均勻的橫向排布，膜厚也未達到噴涂塑料件時規定的最佳厚度。因此我們進行了工藝優化，調整B1B2的色漆固化含量，使其表干的更快；增加結構色噴涂的流量，來保障其膜厚；增加色漆及結構色珠光漆噴涂后的流平閃干時間等措施，甚至進行如下二次過線的工藝來驗證：

白車身→前處理→電泳→烘烤→B1噴涂→B2噴涂→清漆噴涂→烘烤下線→返回噴涂納米結構色漆→清漆噴涂→烘烤→檢查→下線。

結果發現二次過線工藝的車身漆效果比正常過線的要強，而此次正常噴涂的車漆效果相較于前期的車漆試噴，變色效果均有明顯改觀，但對比保杠等塑料件，變色效果依舊略遜一籌。我們對此進行了電鏡掃描分析佐證。

另外，分析還有一個重要原因是車身漆屬于水性漆，保杠是油性漆，納米結構色粉的包覆工藝的不同對于油性水性漆也會有不同的兼容或定向效果。

因此，為了最終量產保杠和車身的匹配以及一致性，考慮到車身水性漆的色粉“沉沒”現象，我們將車身漆中的結構色粉含量提升至6%，保杠塑料漆中的色粉含量對應車身同步進行調整。車身的B1B2工藝施工溫度控制在23±2℃，濕度65±5%，BC1膜厚控制在12～14μm，BC2冰晶白控制在14～16μm，納米結構色層膜厚控制在6～8μm，清漆控制在45～55μm來實現量產。

3 試驗驗證

表1給出了按照文中調整工藝后正常下線以及二次下線的納米結構色產品，按照吉利汽車車身油漆涂料及涂層技術規范的要求開展摸底測試。其中附著力（劃格/刮擦）、耐潮濕、氣候老化、耐候性（人工加速老化）合格，耐水性正常下線工藝的產品出現附著力失效為2級的狀態如圖4，而二次下線的產品耐水性則滿足實驗要求合格。

依據失效樣件分析，脫落層為電泳漆層，而二次過線以及耐潮濕中高壓水沖洗均未失效，因此判定該失效原因為一次過線時電泳層附著力不良導致，與納米結構色無關。且后續的全套正式試驗驗證均未失效，也同樣證實本次一次過線耐水失效的原因。因此，在塑料件驗證失效后對納米結構色粉進行溶膠凝膠法包覆后再應用，已無試驗性能問題。

4 修補

4.1 修補工序

修補噴涂前準備→噴涂底層清漆→噴涂色漆層→色漆層駁口→珠光層渾濁噴涂→噴涂底層清漆→噴涂珠光層→噴涂清漆→清漆駁口→干燥→打磨拋光。

4.2 納米結構色顏料（炫彩白珠光漆）點修補圖解

修補色漆層時由A點到C點，舊涂膜結構顏料反射由強至弱如圖3左側所示，修補結構色珠光層時由A點到C點，結構顏料反射趨于相同。

在點修補駁口或區域補修駁口時，當色漆層噴涂形成均勻駁口之后，納米結構層（珠光層）必須平坦地噴涂，使形成一均勻的駁口。

4.3 底清漆駁口

此工藝是在實施點修補的駁口時使用，防止駁口部位漆塵影響及靜電導致珠光不均勻。珠光層駁口部位如果噴涂過量的底層清漆時：因溶劑較稀薄，底層清漆不易滲透進入駁口部位，而會滲入色漆層部位，導致駁口部位納米結構顏料排列變成濕涂膜，顏料排列較平整。結構顏料反射從側面較明顯，色漆層的顏色較易被看見，駁口側視方向看起來較白（該顏色為納米炫彩白）。因此，在珠光層的駁口位置不可噴涂過量的底清漆。

4.4 珠光層渾濁噴涂

此工藝是在珠光層涂料中加入少量的色漆層涂料攪拌均勻后噴涂1-2層，在色漆層與珠光層之間提供一種中間顏色層，使駁口部位模糊不清的方法。珠光層的噴涂范圍如下圖5所示。

第一次，噴涂至A部位色漆層區域；

第二次，噴涂至A和B部位的中間；

第三次，噴涂至B部位色漆層駁口區域為止；

第四次，噴涂至比C部位渾濁的珠光層稍大一點的區域。

5 結語

將納米結構色油漆應用于汽車整車上已完全成熟可行，通過解決結構色粉的包覆，消除影響油漆耐侯、耐熱性能的因素；通過噴涂工藝的調整，實現預期的超級變色效果；通過駁口法和珠光層渾濁法修補，實現了廠內修補的可行性。因此，變革汽車顏色的新時代已到來！

參考文獻：

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