2.1. СОСТАВ, КЛАССИФИКАЦИЯ И СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ПОКРЫТИЙ

Применяемые при нанесении лакокрасочных покрытий лакокрасочные материалы (ЛКМ) представляют собой многокомпонентные составы, из которых при нанесении тонким слоем на поверхность изделий формируются покрытия с заданным комплексом свойств. В их состав входят следующие компоненты.

Пленкообразующее вещество (связующее) — основа любого ЛКМ, которое после нанесения на поверхность в результате протекания химических и (или) физических процессов образует сплошную пленку с хорошей адгезией к поверхности, способную выполнять защитные, декоративные и иные функции. Для получения ЛКМ пленкообразующие вещества переводят в форму, удобную для нанесения на поверхность, т.е. в пленкообразующую систему. Такие системы чаще всего представляют собой растворы или дисперсии пленкообразующих веществ в органических жидкостях или воде. Известны также пленкообразующие системы, состоящие только из пленкообразующих веществ (так называемые 100%-ные пленкообразующие системы), к которым относятся, например, пленкообразующие системы на основе мономеров или порошковые материалы (аэродисперсии). В состав ЛКМ могут также входить пигменты, наполнители, а также специальные добавки.

Пигменты представляют собой окрашенные в разные цвета высокодисперсные вещества, не растворимые в воде, растворителях и пленкообразующих. Пигменты придают покрытию цвет, непрозрачность (укрывистость), повышают его эксплуатационные характеристики. Для приготовления ЛКМ используют главным образом неорганические пигменты, представляющие собой природные или искусственно получаемые оксиды (TiO₂, ZnO, Fe₂O₃ и др.) пли соли металлов (хромат цинка, сульфид кадмия и др.), металлические порошки (алюминиевая пудра, цинковая пыль), технический углерод (сажа). Применяют также органические пигменты (например, пигменты голубой, зеленый фталоцианиновый, алый и др.).

Наполнители — высокодисперсные неорганические вещества, не растворимые в пленкообразующих, воде и растворителях. В качестве наполнителей используют продукты природные (мел, слюда, тальк, каолин) и синтетические (оксид алюминия, сульфат бария). Наполнители вводят главным образом для улучшения таких характеристик ЛКМ, как вязкость, розлив для повышения прочности, влаго-, свето-, термостойкости и других эксплуатационных свойств покрытий.

Специальные добавки классифицируют по их целевому назначению. Так, различают добавки, повышающие эластичность покрытий (пластификаторы), их термо- и светостабильность (термо- и свето-стабилизаторы), стойкость к старению (антиоксиданты), огнестойкость (антипирены) и т.д.

Лакокрасочные материалы в зависимости от состава и назначения подразделяют на лаки, эмали, краски, грунтовки и шпатлевки.

Лак — раствор пленкообразующих веществ (смол, масел, эфиров целлюлозы, битумов) в органических растворителях, не содержащий пигментов и наполнителей. Он служит для получения твердого, однородного и прозрачного (кроме битумного лака) покрытия.

Эмаль — суспензия пигментов (или смеси пигментов с наполнителями) в лаке. Эмали используются для получения наружных слоев покрытий (по слою грунтовки или шпатлевки). Они должны придавать покрытию требуемый цвет, укрывистость и стойкость к внешним воздействиям. К этому типу ЛКМ не относятся материалы, где в качестве пленкообразующих веществ используются растительные масла или продукты их переработки. Соотношение между пленкообразователем и смесью пигментов с наполнителями в эмалях равно 1:1.

Краска — суспензия пигментов или их смеси с наполнителями в пленкообразующих веществах типа растительных масел и олиф, образующая после высыхания окрашенную твердую непрозрачную пленку. Красками называют также пигментированные ЛКМ на основе водных дисперсий полимеров (воднодисперсные краски) и аэродисперсий (порошковые краски).

Грунтовка (грунт) — суспензия пигментов с наполнителями в пленкообразователе, образующая после высыхания непрозрачную однородную пленку с прочными адгезионными свойствами к подложке и покровному слою. Грунтовки — пигментированные ЛКМ, формирующие нижние (первые по отношению к подложке) слои ЛКП. Соотношение между пленкообразователем и смесью пигментов с наполнителями в грунтовках колеблется от 1 : 1,3 до 1 : 3.

Шпатлевка — высоконаполненный ЛКМ, вязкая пастообразная масса, состоящая из пигментов, наполнителей и пленкообразователя, наносимая для сглаживания (шпатлевания — заполнения неровностей и углублений) окрашиваемой поверхности. Соотношение между пленкообразователем и смесью пигментов с наполнителями составляет от 1:5 до 1:12. В качестве наполнителей в шпатлевках используются мел, тальк, каолин, барит, в качестве пигментов — цинковые белила, литопон, охра, мумия и др.

В зависимости от агрегатного состояния различают жидкие и порошковые лакокрасочные материалы.

Смешанные пленкообразователи условно обозначаются по основному (превалирующему) продукту или по добавке, определяющей основные свойства лакокрасочного материала (табл. 2).

Обозначения водоразбавляемых ЛКМ на основе водорастворимых смол имеют индекс В (например, эмали ВФЛ, ВЭП; грунтовки ВМЛ, ВЭФ и т.д.).

Основные типы ЛКМ, используемые для окраски автомобилей: эмали МЛ, МЧ, МС, ГФ, ПФ, КО, КЧ; грунты ФЛ, ЭФ, ГФ, ПФ, МЛ; шпатлевки ПФ, МС, НЦ, ХВ. При отделке жилых и общественных зданий чаще всего применяются ЛКМ следующих типов: ВА, ГФ, КЧ, МА, МС, ПФ, ХВ.

Окраска предметов (изделий) осуществляется заводским, кустарным (в условиях нерегламентированных производств) способом и в условиях авторемонтных мастерских (применительно к ЛКП транспортных средств). Поэтому реально имеют место регламентированная и нерегламентированная технологии нанесения ЛКП. Регламентированная технология в криминалистическом исследовании ЛКМ-ЛКП-ОП изучается с использованием соответствующей технологической документации. Нерегламентированная технология требует конкретного изучения ее оперативным работником и следователем путем допросов (опросов) лиц, связанных с окраской предметов, затребования от артелей, промыслов и т.п. кустарных производств письменных документов о процессах окраски, отбора сравнительных образцов с аналогичными ЛКП и т.п.

Как наиболее существенные в практике работы криминалистических подразделений органов внутренних дел ниже кратко описываются технологии, используемые на отечественных и зарубежных автомобильных заводах.

Таблица 2. Классификация ЛКМ по типу связующего вещества

Технология нанесения ЛКП на отечественных автозаводах включает в себя следующие операции:

• подготовка поверхности кузова под окраску заключается в механической очистке ее от загрязнений, обезжиривании поверхности, фосфатировании, пассивировании.

При перекраске с поверхности кузова предварительно полностью или частично (с тех мест, где наблюдается плохая адгезия, вспучивание или коррозия) удаляют старое ЛКП механическим способом, путем выжигания или обработкой органическими растворителями. Подготовленную поверхность подвергают местному фосфатированию;

• грунтование поверхности проводится для создания прочной связи между окрашиваемой поверхностью и последующими слоями ЛКП;

• шпатлевание имеет своей целью выравнивание загрунтованных поверхностей, когда поверхность металла имеет дефекты. Проводят местное шпатлевание (шпатлевка наносится только на дефектные места поверхности) и общее шпатлевание (шпатлевкой покрывается вся поверхность). Шпатлевку наносят тонким слоем, числом слоев не больше трех. При необходимости нанесения большего числа слоев между ними наносят слой грунтовки во избежание растрескивания. Следует отметить, что в последние годы технология окрашивания транспортных средств (ТС) на отечественных заводах претерпела изменения; вместо нанесения слоя шпатлевки на ТС наносится второй слой грунтовки (см. ниже);

• шлифование проводится для выравнивания отдельных слоев и придания окрашиваемой поверхности шероховатости в целях увеличения адгезии между слоями. В качестве шлифовочного материала используют наждачные шкурки с различной величиной абразивных зерен;

• окраска декоративной эмалью проводится для придания поверхности декоративных свойств, стойкости к действию внешней среды. Окраска ведется в два-три слоя — «мокрый по мокрому» с промежуточной холодной сушкой по 5-10 минут (при морфологическом исследовании они воспринимаются как один слой).

Существуют различные способы нанесения ЛКМ на окрашиваемую поверхность. Различают способы нанесения жидких и порошковых ЛКМ.

Нанесение жидких ЛКМ основано на:

• превращении их в аэрозоли с последующим осаждением (коагуляцией) в тонком слое;

• смачивании поверхности (адсорбции);

• отложении (осаждении) вещества из жидкой среды (раствора или дисперсии) при воздействии электрического тока, нагревании и т.д.;

• испарении и последующей адсорбции из газовой или паровой фазы (для мономеров).

К первой наиболее распространенной группе способов относится распыление: пневматическое, электростатическое, гидравлическое (безвоздушное), аэрозольное. Общим для всех этих способов является то, что жидкий ЛКМ предварительно диспергируется — превращается в состояние аэрозоля.

Вторую группу способов составляют окунание, облив, окрашивание валиками, в барабанах, кистями и другими ручными приспособлениями.

Третью группу представляют такие перспективные способы, как электро- и хемоосаждение и электрополимеризация.

К четвертой группе относятся сравнительно новые способы: полимеризация в тлеющем разряде, инициированная полимеризация мономеров из паровой фазы и др. В этом случае, как и при электрополимеризации, процесс нанесения (осаждения) мономерного или олигомерного пленкообразующего вещества совмещается с процессом его химического превращения, приводящего к образованию покрытия.

Нанесение порошковых лакокрасочных материалов основано на их способности легко превращаться в аэрозоли. Аэрозоли осаждаются на твердой поверхности в результате:

• электризации аэрозольных частиц (сообщается заряд, противоположный по знаку заряду поверхности);

• контактирования аэрозоля с нагретой поверхностью;

• контактирования аэрозоля с липкой поверхностью подложки;

• конденсации аэрозоля на холодной поверхности.

В отдельных случаях применяют нанесение порошковых красок на горизонтальную поверхность насыпанием, насеиванием и т.д.

Более 75% всех ЛКМ (как жидких, так и порошковых) в настоящее время наносится способами, основанными на аэрозольной технологии. Это обусловлено тем, что в состоянии аэрозолей наиболее легко осуществляется дозирование ЛКМ, зарядка и тонкослойное распределение по поверхности. Однако многие из этих способов связаны с большими потерями ЛКМ. Особенно это относится к способу пневматического распыления, где среднее значение потерь составляет 45%.

Все способы нанесения жидких и порошковых красок подразделяются на механизированные и ручные. Первые используются при окрашивании объектов и изделий в условиях массового, поточного и нередко мелкосерийного производства; вторые — в быту, а также при единичном производстве в промышленности и строительстве.

ЛКП характеризуются определенными пределами толщины, чаще всего 10-300 мкм. Общая толщина ЛКП транспортного средства, полученного в соответствии с отечественной заводской технологией окраски, составляет, как правило, 90-110 мкм, при перекраске же в заводских условиях она может доходить до 130-140 мкм.

В настоящее время легковые автомобили в массовом производстве выпускаются на предприятиях: ВАЗ, ГАЗ, КамАЗ, Ижмаш, АЗЛК, ЛуАЗ, УАЗ, технология окрашивания автомобилей на которых различается. Грузовые автомобили на предприятиях ГАЗ, ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ, ММЗ, УралАЗ окрашиваются по одной схеме (табл. 3).

Таблица 3. Основные системы лакокрасочных покрытий, применяемые на отечественных автомобильных заводах

Технология окрашивания автомобилей зарубежного производства. Создание защиты от коррозии начинается с придания определенных свойств кузовному листу. Зарубежные фирмы, производящие легковые автомобили, используют в серийном производстве:

• оцинкованный лист;

• алюминированную сталь (стальные листы с покрытием из металлического алюминия или алюминиевых сплавов), окрашенную цинкообогащенными грунтовками;

• цинкрометалл[4] — стальные листы, окрашенные материалами на основе водной дисперсии цинковой и хромовой пыли в эпоксидной смоле.

Общая схема конвейерной окраски автомобилей состоит из нескольких этапов. Прежде всего кузов очищается от шлифовочной пыли, жира, антикоррозионного масла в очистительных и обезжиривающих ваннах. Затем на него напыляется цинкофосфатный слой. После просушки кузов погружается в ванну с водным раствором грунтовочного лака, который в результате электрохимической реакции оседает на поверхности и в полостях кузова. Затем кузов подвергается сушке в печи 20 минут при температуре 120°C, после чего сварные швы и стыки уплотняются и герметизируются специальным материалом для предотвращения щелевой коррозии. Затем наносится второй выравнивающий слой грунта, на который после промежуточной шлифовки с использованием ротационных распылителей наносится декоративный слой эмали. На днище, арки колес и пороги (участки, подверженные ударам камней) наносится вязкий защитный ЛКМ на основе ПВХ. Окончательная сушка длится 25 минут при температуре 120-140°C.

Для нанесения слоев грунта используются методы анафореза или катафореза. При анафорезе основной стадией процесса является подача напряжения между рабочей поверхностью (анодом, которым является корпус автомобиля) и катодом. В результате на рабочей поверхности образуется плотная пленка, имеющая высокую твердость и хорошую адгезию к фосфатированной металлической подложке. Катафорез — метод, при котором катодом является корпус автомобиля.

Использование катафореза привело к появлению толстостенного грунтовочного покрытия (30-40 мкм) в один слой как кузова, так и деталей автомобилей из пластмассы. Толстостенные грунты более эффективно защищают кузов от коррозии, стойки к удару и имеют более гладкую поверхность, что позволяет исключить промежуточный грунтовочный слой при окраске или уменьшить его толщину без снижения качества ЛКП.

Используемые в настоящее время системы ЛКП при конвейерной окраске легковых автомобилей приведены в табл. 4.

Основные типы декоративных покрытий импортных автомобилей делятся на следующие группы:

• алкидные или полиэфирные покрытия с насыщенным цветом — наносятся в два слоя способом «мокрый по мокрому». Для отверждения ЛКП сушку проводят в течение 20 минут при температуре 130°C;

• однослойные термореактивные и термопластичные акрилатные покрытия с насыщенным светом и типа «металлик». Термоотверждаемые покрытия получаются при взаимодействии акрилового полимера с меламиноформальдегидной смолой после отверждения в течение 20 минут при температуре 130°C. Для получения покрытий типа «металлик» в связующее вещество вносится тонкодисперсная алюминиевая пудра, чешуйки которой, располагаясь параллельно поверхности, обусловливают зеркально отражение света. При введении цветных пигментов создается широкая цветовая гамма покрытий;

Таблица 4. Основные системы лакокрасочных покрытий, применяемые на зарубежных автомобильных заводах

• покрытия типа «металлик», состоящие из основного (базисного) слоя и слоя прозрачного лака — в настоящее время получили наибольшее распространение. Для основного слоя толщиной 10-15 мкм используют либо полиэфиры, либо акрилатный полимер с добавлением меламиновых смол. Эффект «металлик» создается за счет определенной ориентации металлических пигментов, в роли которых используются бронзовые чешуйки, реже — медные, цинковые, железные и никелевые (размером в несколько микрон). Для прозрачного слоя толщиной 35-50 мкм используют термореактивный акрилатный полимер, отверждаемый меламиновой смолой. Окончательное отверждение покрытия происходит в течение 30 минут при температуре 130°C;

• покрытия с перламутровым эффектом — систему, включающую основной (основные — до трех слоев) и лаковый слои с использованием связующих тех же типов, что и для покрытий типа «металлик». Перламутровый эффект создается за счет тонких пластинок слюды или специально обработанного жемчуга, которые наносят на непоглащающий (светлый) слой или вносят в саму эмаль базисного слоя;

• полиуретановые покрытия — полиуретановые или акрилуретановые системы с полиизоцианатными отвердителями отверждаются при температурах 20-80°C и используются для ремонтных целей и при окраске грузовых и специальных автотранспортных средств. Получаемые покрытия отличаются высоким блеском, твердостью, устойчивостью к воздействию УФ-лучей, атмосферных осадков, кислот и щелочей.

В процессе эксплуатации транспортного средства происходит старение ЛКП, которое выражается в виде:

• изменения цвета и потери блеска;

• меления (поверхностного разрушения пигментированных покрытий), приводящего к образованию свободных частиц пигмента;

• грязеудержания, проявляющегося в способности покрытия удерживать на своей поверхности несмываемые водой механические загрязнения (пыль, грязь);

• коррозии, проявляющейся в виде вспучивания и отслоения ЛКП.

В первые 2-4 года эксплуатации владельцы автомобилей осуществляют его подкраску, а в дальнейшем (в среднем через 5-6 лет) проводят крупногабаритный ремонт, заключающийся в полной перекраске кузова нередко со сменой крыльев, дверей и т.д.

Ремонтная окраска легковых автомобилей может производиться как кустарным способом, так и в авторемонтных мастерских. Полная технологическая схема покраски включает в себя:

• полное или частичное удаление старого покрытия с применением смывок, пастообразных составов или зачисткой шлифовальными машинками или ручным способом;

• выполнение рихтовочных работ;

• грунтование ручным распылителем;

• шпатлевание вручную шпателем или напылением;

• шлифование;

• нанесение выявительного слоя эмали (эмалью, которой будет окрашен автомобиль, или эмалью другого цвета);

• исправление обнаруженных дефектов быстросохнущими шпатлевками;

• нанесение декоративного слоя эмали ручным распылителем.

Как показывает практика, при перекраске в условиях авторемонтных мастерских сушка каждого нанесенного слоя осуществляется в сушильной камере, при этом отсутствует строгий контроль за временем и температурой сушки. При перекраске кустарным способом покрытия получают широкий спектр свойств, носящих случайный характер. Произвольными могут быть и цвет отдельных слоев, и их число; толщина слоев неравномерная, а поверхность ЛКП неоднородная по тону и неровная: наблюдаются взбугривания, поры, пузыри, растрескивание.

Большинство покрытий, образованных строительными ЛКМ, также являются многослойными, что обусловлено технологией окраски (грунтовка, нанесение нескольких слоев краски для выравнивания поверхности и придания покрытию нужной толщины) и необходимостью перекраски конструкций, изделий (по мере износа и старения покрытия, в декоративных целях).