结构色油漆在车身漆上应用的可行性分析

刘帮毅　陈稳宏　徐钧　夏文科　龚凡　丁松伟

摘 要：为探索结构色油漆用于汽车车身漆的可行性，文章主要是对结构色粉在包覆后加入车身水性基漆中，其油漆性能，变色效果，以及修补情况的研究。实验结果表明，结构色粉包覆后再制备成珠光漆进行应用，并不影响其整体油漆性能；结构色粉在水性漆中的变色效果不如在油性漆中强；结构色粉在车身漆上应用具备一定的可修复性。

关键词：结构色油漆 汽车车身漆

当前汽车车身变色油漆已越来越流行，这充分说明了消费群体对个性化的需求。但目前变色油漆大多数通过彩铝（通常将各种彩色有机或无机颜料，沉积在铝粉表面制得）或珠光颜料（由天然云母、二氧化钛、氧化铁等组成的层状体系颜料，从不同的角度去看，会产生色彩斑斓的视觉效果）来实现变色，其设计自由度及量产可行性都相对较低，极大限制了主机厂的色彩定义，从而无法提供给消费者更多个性化的选择。我们采用色彩领域突破性的发明——纳米结构色来实现对油漆颜色的重新定义，得到了外观变色效果更强，量产可行性及修补性更高的超级变色油漆。文章对该油漆应用在汽车车身上的可行性进行了研究。

1 结构色油漆原理及特点介绍

我们依据蝴蝶翅膀的微观结构原理，通过真空镀依次沉积不同折射率的金属层，得到具有特定光谱特征的光学变色薄膜，再经过粉碎等一系列颜料化处理制备得到结构颜料。通过精确控制各层膜结构的厚度、沉积顺序、金属种类，实现对特定光波段选择性的进行控制，如反射、折射、衍射率，从而实现所需的特定颜色色调及变色效果，并且颜色更高亮、高饱和、色彩过渡更加柔顺，见图1。膜层结构必须是奇数层对称结构，才能保证材料在粉碎后，正反两个方向的颜色一致性。不同折射率介质、不同沉积厚度可以呈现不同的颜色特征，进而设计出特定色彩。将结构颜料放入预制好的油漆中，并添加定向排列助劑促使色粉的定向排列，便可获得比珠光类的变色颜料色彩更鲜艳、光泽度更高、颜色渐变效果更强的炫彩油漆，见图2。

2 生产工艺

我们按照纳米结构色颜料遮盖力较差的特点，将纳米结构色油漆当作珠光层油漆来使用，采用B1B2工艺进行整车生产，即如下工序进行制作：

白车身→前处理→电泳→烘烤→B1喷涂→B2喷涂→纳米结构色喷涂→清漆喷涂→烘烤→检查→下线。

试喷发现车身漆比保杠塑料件结构颜料颗粒感略显粗糙，且变色效果不如保杠塑料件上明显（因考虑到国内车辆法规上牌的影响，选择冰晶白为底色，在白底上呈现红/青变色），同时打灯发现结构颜料有“沉没”现象，未像常规车身金属漆中的铝粉一样均匀的横向排布，膜厚也未达到喷涂塑料件时规定的最佳厚度。因此我们进行了工艺优化，调整B1B2的色漆固化含量，使其表干的更快；增加结构色喷涂的流量，来保障其膜厚；增加色漆及结构色珠光漆喷涂后的流平闪干时间等措施，甚至进行如下二次过线的工艺来验证：

白车身→前处理→电泳→烘烤→B1喷涂→B2喷涂→清漆喷涂→烘烤下线→返回喷涂纳米结构色漆→清漆喷涂→烘烤→检查→下线。

结果发现二次过线工艺的车身漆效果比正常过线的要强，而此次正常喷涂的车漆效果相较于前期的车漆试喷，变色效果均有明显改观，但对比保杠等塑料件，变色效果依旧略逊一筹。我们对此进行了电镜扫描分析佐证。

另外，分析还有一个重要原因是车身漆属于水性漆，保杠是油性漆，纳米结构色粉的包覆工艺的不同对于油性水性漆也会有不同的兼容或定向效果。

因此，为了最终量产保杠和车身的匹配以及一致性，考虑到车身水性漆的色粉“沉没”现象，我们将车身漆中的结构色粉含量提升至6%，保杠塑料漆中的色粉含量对应车身同步进行调整。车身的B1B2工艺施工温度控制在23±2℃，湿度65±5%，BC1膜厚控制在12～14μm，BC2冰晶白控制在14～16μm，纳米结构色层膜厚控制在6～8μm，清漆控制在45～55μm来实现量产。

3 试验验证

表1给出了按照文中调整工艺后正常下线以及二次下线的纳米结构色产品，按照吉利汽车车身油漆涂料及涂层技术规范的要求开展摸底测试。其中附着力（划格/刮擦）、耐潮湿、气候老化、耐候性（人工加速老化）合格，耐水性正常下线工艺的产品出现附着力失效为2级的状态如图4，而二次下线的产品耐水性则满足实验要求合格。

依据失效样件分析，脱落层为电泳漆层，而二次过线以及耐潮湿中高压水冲洗均未失效，因此判定该失效原因为一次过线时电泳层附着力不良导致，与纳米结构色无关。且后续的全套正式试验验证均未失效，也同样证实本次一次过线耐水失效的原因。因此，在塑料件验证失效后对纳米结构色粉进行溶胶凝胶法包覆后再应用，已无试验性能问题。

4 修补

4.1 修补工序

修补喷涂前准备→喷涂底层清漆→喷涂色漆层→色漆层驳口→珠光层浑浊喷涂→喷涂底层清漆→喷涂珠光层→喷涂清漆→清漆驳口→干燥→打磨抛光。

4.2 纳米结构色颜料（炫彩白珠光漆）点修补图解

修补色漆层时由A点到C点，旧涂膜结构颜料反射由强至弱如图3左侧所示，修补结构色珠光层时由A点到C点，结构颜料反射趋于相同。

在点修补驳口或区域补修驳口时，当色漆层喷涂形成均匀驳口之后，纳米结构层（珠光层）必须平坦地喷涂，使形成一均匀的驳口。

4.3 底清漆驳口

此工艺是在实施点修补的驳口时使用，防止驳口部位漆尘影响及静电导致珠光不均匀。珠光层驳口部位如果喷涂过量的底层清漆时：因溶剂较稀薄，底层清漆不易渗透进入驳口部位，而会渗入色漆层部位，导致驳口部位纳米结构颜料排列变成湿涂膜，颜料排列较平整。结构颜料反射从侧面较明显，色漆层的颜色较易被看见，驳口侧视方向看起来较白（该颜色为纳米炫彩白）。因此，在珠光层的驳口位置不可喷涂过量的底清漆。

4.4 珠光层浑浊喷涂

此工艺是在珠光层涂料中加入少量的色漆层涂料搅拌均匀后喷涂1-2层，在色漆层与珠光层之间提供一种中间颜色层，使驳口部位模糊不清的方法。珠光层的喷涂范围如下图5所示。

第一次，喷涂至A部位色漆层区域；

第二次，喷涂至A和B部位的中间；

第三次，喷涂至B部位色漆层驳口区域为止；

第四次，喷涂至比C部位浑浊的珠光层稍大一点的区域。

5 结语

将纳米结构色油漆应用于汽车整车上已完全成熟可行，通过解决结构色粉的包覆，消除影响油漆耐侯、耐热性能的因素；通过喷涂工艺的调整，实现预期的超级变色效果；通过驳口法和珠光层浑浊法修补，实现了厂内修补的可行性。因此，变革汽车颜色的新时代已到来！

参考文献：

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