Khi nhìn thấy một chiếc xe, ấn tượng đầu tiên của bạn có lẽ là màu sắc của thân xe. Ngày nay, một lớp sơn bóng đẹp là một trong những tiêu chuẩn cơ bản của ngành sản xuất ô tô. Nhưng hơn một trăm năm trước, việc sơn xe không hề dễ dàng, và vẻ đẹp của nó kém xa so với ngày nay. Sơn xe đã phát triển như thế nào để đạt được mức độ như ngày nay? Surley sẽ kể cho bạn nghe về lịch sử phát triển của công nghệ phủ sơn xe.
Mười giây để hiểu toàn văn:
1,Sơn màicó nguồn gốc từ Trung Quốc, phương Tây dẫn đầu sau cuộc cách mạng công nghiệp.
2, Sơn gốc tự nhiên khô chậm, ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình sản xuất ô tô, DuPont đã phát minh ra sơn khô nhanhsơn nitro.
3, Súng phun sơnthay thế cọ, tạo ra lớp sơn đồng đều hơn.
4, Từ alkyd đến acrylic, việc theo đuổi tính bền vững và tính đa dạng vẫn đang tiếp diễn.
5, Từ "phun" đến "phủ nhúng"Với bồn sơn mài, việc theo đuổi liên tục chất lượng sơn hiện nay chuyển sang công đoạn phosphat hóa và điện phân.
6, Thay thế bằngsơn gốc nướctrong nỗ lực bảo vệ môi trường.
7, Hiện tại và trong tương lai, công nghệ sơn đang ngày càng vượt xa sức tưởng tượng,thậm chí không cần sơn.
Vai trò chính của sơn là chống lão hóa
Quan niệm của hầu hết mọi người về vai trò của sơn là tạo cho vật phẩm màu sắc rực rỡ, nhưng từ góc độ sản xuất công nghiệp, màu sắc thực ra chỉ là nhu cầu thứ yếu; mục đích chính là chống gỉ và chống lão hóa. Từ những ngày đầu của sự kết hợp giữa sắt và gỗ cho đến thân xe kim loại trắng tinh khiết ngày nay, thân xe cần được sơn như một lớp bảo vệ. Những thách thức mà lớp sơn phải đối mặt là sự hao mòn tự nhiên như nắng, cát và mưa, các hư hỏng vật lý như trầy xước, cọ xát và va chạm, và sự xói mòn như muối và phân động vật. Trong quá trình phát triển của công nghệ sơn, quy trình này đang dần phát triển các lớp vỏ ngoài ngày càng hiệu quả, bền và đẹp hơn cho thân xe để đáp ứng tốt hơn những thách thức này.
Sơn mài từ Trung Quốc
Sơn mài có một lịch sử rất lâu đời, và thật đáng tiếc, vị trí dẫn đầu về công nghệ sơn mài thuộc về Trung Quốc trước Cách mạng Công nghiệp. Việc sử dụng sơn mài đã có từ thời kỳ đồ đá mới, và sau thời Chiến Quốc, các nghệ nhân đã sử dụng dầu trẩu chiết xuất từ hạt cây trẩu và thêm sơn thô tự nhiên để tạo ra hỗn hợp sơn, mặc dù vào thời điểm đó sơn mài là một mặt hàng xa xỉ dành cho giới quý tộc. Sau khi nhà Minh thành lập, Chu Nguyên Chương bắt đầu thiết lập ngành công nghiệp sơn mài của chính phủ, và công nghệ sơn phát triển nhanh chóng. Tác phẩm đầu tiên của Trung Quốc về công nghệ sơn, "Sách Hội Họa", được biên soạn bởi Hoàng Thành, một nghệ nhân sơn mài thời nhà Minh. Nhờ sự phát triển kỹ thuật và giao thương trong và ngoài nước, đồ sơn mài đã phát triển một hệ thống thủ công mỹ nghệ trưởng thành vào thời nhà Minh.
Loại sơn dầu tung tinh xảo nhất thời nhà Minh chính là chìa khóa cho ngành đóng tàu. Học giả người Tây Ban Nha Mendoza thế kỷ XVI đã đề cập trong cuốn "Lịch sử Đế chế Đại Trung Hoa" rằng tàu thuyền Trung Quốc được phủ dầu tung có tuổi thọ gấp đôi tàu thuyền châu Âu.
Vào giữa thế kỷ 18, châu Âu cuối cùng đã vượt qua khó khăn và làm chủ được công nghệ sơn dầu trẩu, ngành công nghiệp sơn châu Âu dần hình thành. Dầu trẩu nguyên liệu, ngoài việc được sử dụng cho sơn mài, còn là nguyên liệu quan trọng cho các ngành công nghiệp khác, vẫn do Trung Quốc độc quyền, và trở thành nguyên liệu công nghiệp quan trọng cho hai cuộc cách mạng công nghiệp, cho đến đầu thế kỷ 20, khi cây trẩu được trồng ở Bắc Mỹ và Nam Mỹ xuất hiện, phá vỡ thế độc quyền nguyên liệu của Trung Quốc.
Việc sấy khô không còn mất tới 50 ngày nữa
Vào đầu thế kỷ 20, ô tô vẫn được sản xuất bằng cách sử dụng sơn gốc tự nhiên như dầu hạt lanh làm chất kết dính.
Ngay cả Ford, công ty tiên phong trong dây chuyền sản xuất ô tô, cũng chỉ sử dụng sơn đen Nhật Bản gần như tối đa để theo đuổi tốc độ sản xuất vì nó khô nhanh nhất, nhưng xét cho cùng, nó vẫn là sơn nền tự nhiên và lớp sơn vẫn cần hơn một tuần để khô.
Vào những năm 1920, DuPont đã nghiên cứu một loại sơn nitrocellulose khô nhanh (hay còn gọi là sơn nitrocellulose) khiến các nhà sản xuất ô tô mỉm cười vì không còn phải làm việc trên những chiếc xe có chu kỳ sơn dài như vậy nữa.
Đến năm 1921, DuPont đã là công ty hàng đầu trong sản xuất phim điện ảnh nitrat, khi họ chuyển sang các sản phẩm không nổ gốc nitrocellulose để hấp thụ các cơ sở có công suất khổng lồ mà họ đã xây dựng trong chiến tranh. Vào một buổi chiều thứ Sáu nóng nực của tháng 7 năm 1921, một công nhân tại nhà máy phim của DuPont đã để lại một thùng sợi bông nitrat trên bến tàu trước khi rời khỏi nơi làm việc. Khi anh ta mở lại thùng vào sáng thứ Hai, anh ta thấy rằng thùng đã biến thành một chất lỏng trong suốt, nhớt mà sau này trở thành cơ sở cho sơn nitrocellulose. Năm 1924, DuPont đã phát triển sơn nitrocellulose DUCO, sử dụng nitrocellulose làm nguyên liệu chính và thêm nhựa tổng hợp, chất hóa dẻo, dung môi và chất pha loãng để pha trộn. Ưu điểm lớn nhất của sơn nitrocellulose là khô nhanh, so với sơn gốc tự nhiên mất một tuần hoặc thậm chí vài tuần để khô, sơn nitrocellulose chỉ mất 2 giờ để khô, giúp tăng đáng kể tốc độ sơn. Vào năm 1924, hầu hết các dây chuyền sản xuất của General Motors đều sử dụng sơn nitrocellulose Duco.
Sơn nitrocellulose đương nhiên có nhược điểm riêng. Nếu phun trong môi trường ẩm ướt, màng sơn dễ bị chuyển sang màu trắng và mất độ bóng. Bề mặt sơn sau khi phun có khả năng chống ăn mòn kém đối với các dung môi gốc dầu mỏ như xăng, có thể làm hỏng bề mặt sơn, và khí dầu rò rỉ trong quá trình tiếp nhiên liệu có thể đẩy nhanh quá trình xuống cấp của bề mặt sơn xung quanh.
Thay thế chổi bằng súng phun để giải quyết tình trạng lớp sơn không đều
Ngoài đặc tính của sơn, phương pháp sơn cũng rất quan trọng đối với độ bền và độ chắc của bề mặt sơn. Việc sử dụng súng phun sơn là một cột mốc quan trọng trong lịch sử công nghệ sơn. Súng phun sơn chính thức được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực sơn công nghiệp vào năm 1923 và trong ngành công nghiệp ô tô vào năm 1924.
Gia đình DeVilbiss đã thành lập DeVilbiss, một công ty nổi tiếng thế giới chuyên về công nghệ phun sương. Sau đó, con trai của Alan DeVilbiss, Tom DeVilbiss, chào đời. Con trai của Tiến sĩ Alan DeVilbiss, Tom DeVilbiss, đã đưa phát minh của cha mình vượt ra ngoài lĩnh vực y tế. DeVilbiss đã đưa phát minh của cha mình vượt ra ngoài lĩnh vực y tế và biến đổi bình phun ban đầu thành súng phun sơn.
Trong lĩnh vực sơn công nghiệp, cọ sơn đang nhanh chóng trở nên lỗi thời do sự thay thế của súng phun. deVilbiss đã hoạt động trong lĩnh vực phun sơn hơn 100 năm và hiện là công ty hàng đầu trong lĩnh vực súng phun sơn công nghiệp và bình phun sơn y tế.
Từ alkyd đến acrylic, bền hơn và chắc hơn
Vào những năm 1930, sơn men nhựa alkyd, còn được gọi là sơn men alkyd, đã được đưa vào quy trình sơn ô tô. Các bộ phận kim loại của thân xe được phun loại sơn này và sau đó sấy khô trong lò để tạo thành một lớp sơn rất bền. So với sơn nitrocellulose, sơn men alkyd thi công nhanh hơn, chỉ cần 2 đến 3 bước so với 3 đến 4 bước của sơn nitrocellulose. Sơn men không chỉ khô nhanh mà còn có khả năng chống lại các dung môi như xăng.
Tuy nhiên, nhược điểm của sơn alkyd là chúng sợ ánh sáng mặt trời. Dưới ánh sáng mặt trời, màng sơn sẽ bị oxy hóa với tốc độ nhanh hơn, màu sắc sẽ nhanh chóng phai và xỉn màu, đôi khi quá trình này thậm chí có thể diễn ra chỉ trong vòng vài tháng. Mặc dù có những nhược điểm này, nhựa alkyd vẫn chưa bị loại bỏ hoàn toàn và vẫn là một phần quan trọng của công nghệ sơn phủ ngày nay. Sơn acrylic nhiệt dẻo xuất hiện vào những năm 1940, cải thiện đáng kể tính trang trí và độ bền của lớp sơn hoàn thiện, và vào năm 1955, General Motors bắt đầu sơn ô tô bằng một loại nhựa acrylic mới. Tính lưu biến của loại sơn này rất độc đáo và yêu cầu phải phun ở hàm lượng chất rắn thấp, do đó cần nhiều lớp sơn. Đặc điểm tưởng chừng bất lợi này lại là một lợi thế vào thời điểm đó vì nó cho phép đưa các mảnh kim loại vào lớp sơn phủ. Véc ni acrylic được phun với độ nhớt ban đầu rất thấp, cho phép các mảnh kim loại được làm phẳng xuống để tạo thành một lớp phản chiếu, sau đó độ nhớt tăng nhanh để giữ các mảnh kim loại cố định. Từ đó, sơn kim loại đã ra đời.
Điều đáng chú ý là giai đoạn này chứng kiến sự phát triển đột ngột của công nghệ sơn acrylic ở châu Âu. Điều này xuất phát từ những hạn chế áp đặt lên các nước Trục châu Âu sau Thế chiến II, hạn chế việc sử dụng một số vật liệu hóa học trong sản xuất công nghiệp, chẳng hạn như nitrocellulose, một nguyên liệu thô cần thiết cho sơn nitrocellulose, có thể được sử dụng để chế tạo thuốc nổ. Với hạn chế này, các công ty ở những nước này bắt đầu tập trung vào công nghệ sơn men, phát triển hệ thống sơn acrylic urethane. Khi sơn châu Âu vào Hoa Kỳ vào năm 1980, hệ thống sơn ô tô của Mỹ còn kém xa các đối thủ châu Âu.
Quy trình tự động hóa quá trình phosphat hóa và điện di để theo đuổi chất lượng sơn tiên tiến
Hai thập kỷ sau Thế chiến II là giai đoạn chất lượng sơn phủ thân xe được nâng cao. Vào thời điểm này tại Hoa Kỳ, ngoài chức năng vận chuyển, ô tô còn mang ý nghĩa nâng cao địa vị xã hội, vì vậy chủ xe muốn xe của mình trông sang trọng hơn, đòi hỏi lớp sơn phải bóng bẩy và có màu sắc đẹp hơn.
Bắt đầu từ năm 1947, các công ty ô tô bắt đầu phủ phosphat lên bề mặt kim loại trước khi sơn, nhằm cải thiện độ bám dính và khả năng chống ăn mòn của sơn. Lớp sơn lót cũng được chuyển từ dạng phun sang dạng nhúng, nghĩa là các bộ phận thân xe được nhúng vào một vũng sơn, giúp lớp sơn đồng đều hơn và lớp phủ toàn diện hơn, đảm bảo có thể sơn cả những vị trí khó tiếp cận như hốc tường.
Vào những năm 1950, các công ty ô tô nhận thấy rằng mặc dù sử dụng phương pháp phủ nhúng, một phần sơn vẫn sẽ bị rửa trôi trong quá trình tiếp theo bằng dung môi, làm giảm hiệu quả chống gỉ. Để giải quyết vấn đề này, năm 1957, Ford đã hợp tác với PPG dưới sự lãnh đạo của Tiến sĩ George Brewer. Dưới sự lãnh đạo của Tiến sĩ George Brewer, Ford và PPG đã phát triển phương pháp phủ điện phân, hiện đang được sử dụng rộng rãi.
Sau đó, Ford đã thành lập xưởng sơn điện di anốt đầu tiên trên thế giới vào năm 1961. Tuy nhiên, công nghệ ban đầu còn nhiều thiếu sót, và PPG đã giới thiệu hệ thống sơn điện di catốt vượt trội cùng các lớp phủ tương ứng vào năm 1973.
Sơn bền đẹp giảm thiểu ô nhiễm cho sơn gốc nước
Vào giữa đến cuối những năm 70, nhận thức về tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường do cuộc khủng hoảng dầu mỏ mang lại cũng có tác động lớn đến ngành công nghiệp sơn. Sang những năm 80, các quốc gia đã ban hành các quy định mới về hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), khiến các loại sơn acrylic có hàm lượng VOC cao và độ bền kém không được thị trường chấp nhận. Ngoài ra, người tiêu dùng cũng mong muốn hiệu ứng sơn thân xe phải kéo dài ít nhất 5 năm, điều này đòi hỏi phải giải quyết vấn đề độ bền của lớp sơn.
Với lớp sơn mài trong suốt đóng vai trò là lớp bảo vệ, lớp sơn màu bên trong không cần phải dày như trước, chỉ cần một lớp cực mỏng để trang trí. Chất hấp thụ tia UV cũng được bổ sung vào lớp sơn mài để bảo vệ các sắc tố trong lớp sơn mài trong suốt và lớp sơn lót, giúp tăng đáng kể tuổi thọ của lớp sơn lót và sơn màu.
Kỹ thuật sơn ban đầu khá tốn kém và thường chỉ được sử dụng trên các mẫu xe cao cấp. Hơn nữa, độ bền của lớp sơn bóng kém, dễ bong tróc và cần sơn lại. Tuy nhiên, trong thập kỷ tiếp theo, ngành công nghiệp ô tô và sơn đã nỗ lực cải tiến công nghệ sơn phủ, không chỉ bằng cách giảm chi phí mà còn bằng cách phát triển các phương pháp xử lý bề mặt mới giúp cải thiện đáng kể tuổi thọ của lớp sơn bóng.
Công nghệ sơn ngày càng tuyệt vời
Xu hướng phát triển chủ đạo của lớp phủ tương lai, một số người trong ngành tin rằng công nghệ không sơn. Công nghệ này thực sự đã thâm nhập vào cuộc sống của chúng ta, và vỏ máy từ các thiết bị gia dụng đến hàng ngày đều đã áp dụng công nghệ không sơn. Vỏ máy được bổ sung bột kim loại nano màu tương ứng trong quá trình ép phun, trực tiếp tạo thành lớp vỏ với màu sắc rực rỡ và kết cấu kim loại, hoàn toàn không cần sơn, giúp giảm đáng kể ô nhiễm do sơn gây ra. Đương nhiên, công nghệ này cũng được sử dụng rộng rãi trong ô tô, chẳng hạn như ốp viền, lưới tản nhiệt, vỏ gương chiếu hậu, v.v.
Một nguyên tắc tương tự cũng được áp dụng trong ngành kim loại, nghĩa là trong tương lai, vật liệu kim loại không cần sơn sẽ được phủ một lớp bảo vệ hoặc thậm chí là một lớp màu tại nhà máy. Công nghệ này hiện đang được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ và quân sự, nhưng vẫn còn lâu mới có thể ứng dụng trong lĩnh vực dân sự, và chưa thể cung cấp nhiều màu sắc.
Bản tóm tắtTừ cọ sơn, súng phun sơn, robot sơn, từ sơn thực vật tự nhiên đến sơn hóa học công nghệ cao, từ việc theo đuổi hiệu quả, chất lượng đến sức khỏe môi trường, công cuộc theo đuổi công nghệ sơn trong ngành công nghiệp ô tô vẫn không ngừng phát triển, trình độ công nghệ ngày càng cao. Những người thợ sơn từng cầm cọ sơn và làm việc trong môi trường khắc nghiệt hẳn không thể ngờ rằng sơn xe ngày nay lại tiên tiến và vẫn đang tiếp tục phát triển đến vậy. Tương lai sẽ là một kỷ nguyên thân thiện với môi trường, thông minh và hiệu quả hơn.
Thời gian đăng: 20-08-2022
