纳米结构色油漆车身修补工艺研究

刘帮毅，汪光伟，陈矗，陈稳宏，夏文科

吉利汽车研究院(宁波)有限公司，浙江 宁波 315336

汽车车身及外饰高端车型常喷涂珠光漆。珠光漆是用云母代替铝粒，在漆基中添加涂覆二氧化钛和氧化铁的云母颜料，光线射到云母颗粒上，便可显出二氧化钛和氧化铁的颜色，然后在云母颗粒中发生复杂的折射和干涉，进而产生色彩斑斓的视觉效果。但是珠光漆涂膜缺陷较多，局部返修难度大，很难实现外观一致[1]。笔者受蝴蝶翅膀的微观结构启发，通过无机材料层间的纳米结构尺寸设计，制备了一种对称结构的光学薄膜，粉碎后得到纳米结构色粉。依据自然界可见光的光谱波长，对特定光波段的反射进行选择性控制，可以实现特定的颜色色调及变色效果，如图1所示。将这种纳米结构色粉放入预制好的油漆中，并添加一种特殊的定向排列助剂来促使色粉的定向排列，便可获得色彩鲜艳、光泽高、颜色渐变的炫彩油漆(即纳米结构色油漆)。该纳米炫彩油漆的变色效果优于珠光漆。本文对该油漆在局部返修时遇到的色差问题展开研究。

图1 纳米结构色油漆显色原理和色板Figure 1 Schematic diagram showing principle of coloration for the paint with multilayer-nanostructured pigment and relevant color templates

1 纳米结构色油漆的喷涂与返修工艺

采用高温漆模拟钣金车身漆制备纳米炫彩白油漆板，该制件从正面观察是白色的，倾斜一定角度观察时呈现渐变的红色，加大倾斜角度观察则呈现渐变的蓝色。具体的喷涂工艺流程为：前处理(包括脱脂、表调、磷化等)→电泳→烘烤→中涂→烘烤→喷涂底色漆→闪干流平→喷涂纳米结构色油漆(简称面漆喷涂)→闪干流平→喷涂清漆→闪干流平→烘烤→检查→下线。

油漆局部返修工艺流程为：P1500砂纸水磨底色漆→除尘和除油→喷涂底色漆2道→P1500砂纸水磨底色漆→P1500砂纸水磨驳口区域→除尘、除油和除水→喷涂纳米结构色油漆2道→喷涂清漆2道→P1500砂纸水磨。

2 结果与讨论

2.1 纳米结构色粉添加量对返修效果的影响

分别以4.0%、2.0%和1.2%的纳米结构色粉添加量，采用高温漆模拟钣金车身漆制备纳米炫彩白油漆板，各保留1件作为标板，其余制件采用低温修补漆进行局部返修，使用色差仪检测返修制件与标板之间的色差，并目视修补区域的色差变化，结果见表1和表2。

表1 纳米结构色粉添加量对返修层色差的影响Table 1 Effect of dosage of multilayer-nanostructured pigment on color difference between repainted coating and original coating

表2 纳米结构色粉添加量对返修层外观的影响Table 2 Effect of dosage of multilayer-nanostructured pigment on appearance of repainted coating

从表1和表2可知，在纳米结构色粉添加量较大的情况下，返修制件的难度加大，返修后制件的色差非常明显。纳米结构色粉添加量为4.0%时，15°角度下测得ΔL为负值，与标板相比修补区域应该变暗，但是实际目测结果为明显泛白，这是因为4.0%的色粉没有形成均匀的定向排列，无法遮盖下方底色漆的颜色(白色)，所以修补区域泛白；45°和110°角度下测量的ΔE*分别为2.40和3.14，但目视修补区域的颜色与标板接近。纳米结构色粉添加量为1.2%时，在不同角度下测得的色差均小于1.5，除15°角度下可见修补区域内轻微泛白之外，其余角度观察修补区域的色泽均十分接近于标板。这是因为修补油漆用量较少，对于相同质量的修补油漆，其纳米结构色粉添加量较高时，色粉难以混合均匀，并且返修采用手工喷涂，喷枪压力较小，很难实现纳米结构色粉的均匀定向排列。另外，标板制作使用的是高温漆，返修使用的是低温漆，二者在配方和工艺方面都有差别，这是产生色差的另一个重要原因[2]。为了使车身达到最佳的颜色效果，并验证该纳米结构色粉的应用可行性，下文都在纳米结构色粉添加量为4.0%的情况下进行研究。

2.2 返修深度对返修效果的影响

以4.0%的纳米结构色粉添加量配备高温漆，制作纳米炫彩白油漆板，保留一件作为标板，其余制件使用低温漆进行局部返修，其中返修深度依次为清漆层、面漆层和底色漆层，返修制件与标板的色差列于表3，目视修补区域的色差评价情况见表4。

表3 返修深度对返修层色差的影响Table 3 Effect of repair depth on color difference between repainted coating and original coating

表4 返修深度对返修层外观的影响Table 4 Effect of repair depth on appearance of repainted coating

从表3和表4可知，返修至清漆层时，无论从哪个角度观察，修补区域的颜色都十分接近标板。返修至底色漆层时，在45°和90°下观察修补区域的颜色都比较接近标板，15°下观察修补区域呈现一定的红黄色，但整体的可接受程度较高。而返修至面漆层(即纳米结构色油漆层)时，在45°和90°下观察修补区域呈现较明显的绿色，15°下观察修补区域呈现较明显的红色，如图2所示。如前说述，标板制作使用的高温漆和返修使用的低温漆在配方和工艺上都有差别是产生色差的重要原因之一。另外，所用纳米炫彩白油漆是依据纳米结构对特定波段的光进行选择性反射来达到所需色调及变色效果的，仅通过面漆来调整色调及变色，很难实现与标板一致，但若是连下方的白底色漆的配方一起调整，则可调节范围变宽，更容易达到与标板一致的外观效果。因此，在使用本配方的纳米结构色油漆时，如需要通过返修来解决外观缺陷问题，应返修至底色漆层，以便获得外观接近标板的返修漆膜。

图2 返修到不同深度后返修层的外观(左：90°观察；右：15°观察)Figure 2 Appearances of repainted coating when repairing at different depths (left: observed at 90°; right: observed at 15°)

2.3 面漆厚度对返修效果的影响

在纳米结构色粉的添加量为 4.0%的情况下使用高温漆制备纳米炫彩白油漆板，保留一件制件作为标板，其余制件使用低温漆进行局部返修，控制返修面漆厚度分别为3、4和7 μm，测量返修制件与标板之间的色差。从表5可知，面漆厚度对返修效果有较大的影响，与厚度3 μm和4 μm的返修面漆相比，返修面漆厚度为7 μm时修补效果更优异，虽然25°角度下色差大于1.5，但是从各个角度下目视修补区域外观效果都与标板接近，修复痕迹不明显，修复成功。

表5 返修面漆厚度对返修层色差的影响Table 5 Effect of thickness of repainted topcoat on color difference between repainted coating and original coating

2.4 返修样件试制

在上述研究的基础上，以4.0%的纳米结构色粉添加量，使用高温漆模拟钣金车身漆制备纳米结构色油漆翼子板，然后打磨到底色漆层，返修如下：

1) 喷修补用的驳口树脂；

2) 喷涂白底漆至完全遮盖底层；

3) 喷涂浊色涂层(由9份纳米结构色涂层和1份白底色漆涂层混合而成)；

4) 喷涂2道纳米结构色漆(面漆)，总厚度控制在7 ～ 8 μm，第一道不超过浊色区域涂层，闪干2 ～ 3 min，再以画弧方式喷涂第二道涂层至覆盖浊色区域；

5) 喷涂清漆，清漆接口处再喷涂一圈驳口树脂。

修补得到的制件如图3所示，其色差和目视评价结果分别列于表6和表7。虽然小角度下色差大于1.5，但是目视观察修补区域外观效果与其他区域接近，修复痕迹不明显。

表6 纳米结构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 纳米结构色油漆翼子板返修后的外观Table 7 Appearance of the fender sprayed with the paint containing multilayer-nanostructured pigment after being repaired

图3 纳米结构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对修补区域漆膜进行附着力测试[3-5]，先划百格，贴tesa4657绝缘胶带(拜耶斯朵夫公司出产)后再急速拔脱。由图4可看出，切割边缘完全平滑，无脱落现象，附着力可以达到0级，满足汽车外饰油漆的应用要求。

图4 修补区域的漆膜附着力测试结果Figure 4 Adhesion testing result of the coating at repaired area

3 结论

1) 纳米结构色粉含量的增加会导致零件返修难度增大，降低量产的可行性。

2) 纳米结构色油漆只需返修至清漆层时，返修难度较低，得到的返修漆膜外观接近标准板。若返修至结构色漆层，则很难达到标准板的颜色。若是连底色漆层一起调整，那么可调节的范围变宽，反而更容易达到与标准板一致的外观效果。

3) 纳米结构色油漆返修后，不同角度观察到的颜色效果不同，因此需要使用色差仪来控制色差，但这对于纳米结构色并不完全适用，在实际量产中还需要更多的目视对比。

4) 与普通油漆返修相比，纳米结构色零件返修需要精准地控制纳米结构色油漆的膜厚，返修深度和返修工艺都对制品返修后的外观有较大影响，这些都制约了纳米结构色油漆大批量生产的可性行。