Khi bạn nhìn thấy một chiếc ô tô, ấn tượng đầu tiên của bạn có lẽ sẽ là màu sắc của thân xe. Ngày nay, có một lớp sơn bóng đẹp là một trong những tiêu chuẩn cơ bản cho sản xuất ô tô. Nhưng hơn một trăm năm trước, sơn ô tô không phải là một công việc dễ dàng, và nó kém đẹp hơn nhiều so với ngày nay. Sơn ô tô đã phát triển như thế nào để đạt được mức độ như ngày nay? Surley sẽ cho bạn biết lịch sử phát triển của công nghệ phủ sơn ô tô.
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 vật liệu nền 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 phunthay thế cọ, tạo ra lớp sơn đồng đều hơn.
4, Từ alkyd đến acrylic, việc theo đuổi tính bền vững và đa dạng vẫn đang được tiếp tục.
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 việc theo đuổi mục tiêu bảo vệ môi trường.
7, Hiện nay 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
Nhận thức của hầu hết mọi người về vai trò của sơn là tạo cho các vật phẩm màu sắc rực rỡ, nhưng theo quan điểm sản xuất công nghiệp, màu sắc thực sự 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 bằng kim loại trắng nguyên chất ngày nay, thân xe cần 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, 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, quá trình này đang dần phát triển các lớp da 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 lịch sử rất lâu đời và thật đáng xấu hổ, vị trí dẫn đầu về công nghệ sơn mài thuộc về Trung Quốc trước Cách mạng Công nghiệp. Việc sử dụng sơn mài có từ thời đồ đá mới, và sau thời Chiến Quốc, thợ thủ công 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 mặt hàng xa xỉ đối với giới quý tộc. Sau khi thành lập nhà Minh, Chu Nguyên Chương bắt đầu thành 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 thợ làm sơn mài vào thời nhà Minh. Nhờ sự phát triển về kỹ thuật và thương mại trong và ngoài nước, đồ sơn mài đã phát triển một hệ thống ngành thủ công mỹ nghệ trưởng thành vào thời nhà Minh.
Sơn dầu tung tinh xảo nhất của triều đại nhà Minh là chìa khóa để chế tạo tàu. Học giả người Tây Ban Nha thế kỷ XVI Mendoza đã đề cập trong "Lịch sử của Đế chế Trung Hoa Đại Lục" 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 phá vỡ và nắm vững công nghệ sơn dầu tung, ngành công nghiệp sơn châu Âu dần hình thành. Dầu tung nguyên liệu, ngoài việc được sử dụng để 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 tung được cấy ghép ở Bắc và Nam Mỹ hình thành, phá vỡ sự độc quyền về 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 khi không còn phải làm việc trên những chiếc xe có chu kỳ sơn dài như vậy nữa.
Đến năm 1921, DuPont đã trở thành công ty dẫn đầu trong sản xuất phim ảnh nitrat, khi chuyển sang các sản phẩm không nổ gốc nitrocellulose để hấp thụ các cơ sở có công suất lớn mà công ty 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 thùng ra vào sáng thứ hai, anh ta thấy rằng thùng đã biến thành một chất lỏng trong suốt, nhớt 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 nền tự nhiên mất một tuần hoặc thậm chí nhiều 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 tự nhiên có nhược điểm của nó. Nếu phun trong môi trường ẩm ướt, màng sơn dễ bị trắng và mất độ bóng. Bề mặt sơn được tạo thành có khả năng chống ăn mòn kém đối với các dung môi gốc dầu mỏ, chẳng hạn như xăng, có thể làm hỏng bề mặt sơn và khí dầu rò rỉ ra ngoài 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 là một cột mốc quan trọng trong lịch sử công nghệ sơn. Súng phun được đưa vào lĩnh vực sơn công nghiệp hoàn toàn vào năm 1923 và vào 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, đã 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 bình phun ban đầu thành súng phun sơn.
Trong lĩnh vực sơn công nghiệp, cọ đang nhanh chóng trở nên lỗi thời do súng phun. deVilbiss đã hoạt động trong lĩnh vực phun sương trong hơn 100 năm và hiện là công ty dẫn đầu trong lĩnh vực súng phun công nghiệp và bình phun y tế.
Từ alkyd đến acrylic, bền hơn và chắc hơn
Vào những năm 1930, sơn men nhựa alkyd, 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 nhanh hơn khi thi công, chỉ cần 2 đến 3 bước so với 3 đến 4 bước đối với 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, và dưới ánh sáng mặt trời, màng sơn sẽ bị oxy hóa với tốc độ nhanh hơn và màu sắc sẽ sớm phai và trở nên xỉn màu, đôi khi quá trình này thậm chí có thể chỉ trong vòng vài tháng. Mặc dù có nhược điểm, 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 khả năng trang trí và độ bền của lớp 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 phun ở hàm lượng chất rắn thấp, do đó cần nhiều lớp sơn. Đặc điểm có vẻ bất lợi này lại là một lợi thế vào thời điểm đó vì nó cho phép đưa các mảnh kim loại vào lớp 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 tại chỗ. Do đó, sơn kim loại đã ra đời.
Điều đáng chú ý là giai đoạn này chứng kiến sự tiến bộ đột ngột trong công nghệ sơn acrylic ở châu Âu. Điều này bắt nguồn 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 các 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 không phải là đối thủ cạnh tranh của châu Âu.
Quá 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 thời kỳ chất lượng lớp phủ thân xe được nâng cao. Vào thời điểm này tại Hoa Kỳ, ngoài việc vận chuyển, ô tô còn có đặc tính nâng cao địa vị xã hội, vì vậy chủ xe muốn xe của mình trông sang trọng hơn, điều này đòi hỏi lớp sơn phải sáng bóng hơn và có màu sắc đẹp hơn.
Bắt đầu từ năm 1947, các công ty ô tô bắt đầu phosphat hóa bề mặt kim loại trước khi sơn, như một cách để cải thiện độ bám dính và khả năng chống ăn mòn của sơn. Lớp sơn lót cũng được thay đổi từ phun sang phủ nhúng, nghĩa là các bộ phận thân xe được nhúng vào một vũng sơn, làm cho sơn đồng đều hơn và lớp phủ toàn diện hơn, đảm bảo rằng những vị trí khó tiếp cận như hốc cũng có thể được sơn.
Vào những năm 1950, các công ty ô tô phát hiện ra rằng mặc dù phương pháp phủ nhúng đã được sử dụng, 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, vào 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 phổ biến.
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 khiếm khuyết, và PPG đã giới thiệu hệ thống sơn điện di catốt tiên tiến 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 sơn. Vào những năm 80, các quốc gia đã ban hành các quy định mới về hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC), khiến lớp phủ sơn acrylic có hàm lượng VOC cao và độ bền yếu không được thị trường chấp nhận. Ngoài ra, người tiêu dùng cũng mong đợi hiệu ứng sơn thân xe sẽ kéo dài ít nhất 5 năm, điều này đòi hỏi phải giải quyết độ bền của lớp sơn hoàn thiện.
Với lớp sơn mài trong suốt làm 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 thêm vào lớp sơn mài để bảo vệ các sắc tố trong lớp trong suốt và lớp sơn lót, làm tăng đáng kể tuổi thọ của lớp sơn lót và sơn màu.
Kỹ thuật sơn ban đầu rất tốn kém và thường chỉ được sử dụng trên các mẫu xe cao cấp. Ngoài ra, độ bền của lớp sơn bóng kém, lớp sơn bóng sẽ nhanh chóng bong ra và cần phải sơn lại. Tuy nhiên, trong thập kỷ tiếp theo, ngành công nghiệp ô tô và ngành công nghiệp sơn đã nỗ lực cải thiện 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 chính 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 của các thiết bị gia dụng hàng ngày thực sự đã sử dụng công nghệ không sơn. Các vỏ bổ sung màu tương ứng của bột kim loại cấp nano trong quá trình đúc phun, trực tiếp tạo thành vỏ có màu sắc rực rỡ và kết cấu kim loại, không còn cần phải sơn nữa, giúp giảm đáng kể ô nhiễm do sơn tạo ra. Tất nhiên, nó cũng được sử dụng rộng rãi trong ô tô, chẳng hạn như viền, lưới tản nhiệt, vỏ gương chiếu hậu, v.v.
Một nguyên lý tương tự được sử dụng trong lĩnh vực kim loại, có nghĩa là trong tương lai, các vật liệu kim loại được sử dụng mà không cần sơn sẽ có một lớp bảo vệ hoặc thậm chí là một lớp màu tại nhà máy. Công nghệ này hiện đang được sử dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ và quân sự, nhưng vẫn còn lâu mới có thể sử dụng cho mục đích dân sự và không thể cung cấp nhiều màu sắc.
Bản tóm tắt: Từ cọ đến súng đến rô bốt, từ sơn thực vật tự nhiên đến sơn hóa học công nghệ cao, từ theo đuổi hiệu quả đến theo đuổi chất lượng đến theo đuổi sức khỏe môi trường, việc theo đuổi công nghệ sơn trong ngành công nghiệp ô tô không dừng lại, và trình độ công nghệ ngày càng cao hơn. Những người thợ sơn từng cầm cọ và làm việc trong môi trường khắc nghiệt sẽ không ngờ rằng sơn ô tô ngày nay lại tiên tiến như vậy và vẫn đang phát triển. Tương lai sẽ là kỷ nguyên thân thiện với môi trường, thông minh và hiệu quả hơn.
Thời gian đăng: 20-08-2022
