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工业涂料的应用和前景

2024-10-23

工业涂料一般来说,可分为交通涂料、其他涂料等众多类别。交通涂料又可细分出汽车涂料、船舶涂料等;建筑涂料也有墙内和墙外之分,墙内涂料包括内壁涂料、地板涂料、家具涂料等。按照一般的定义,工业涂料不仅涵盖汽车涂料、建筑、冶金、制造、医药、交通、船舶和集装箱涂料、工业地坪涂料、道路标识系统涂料等众多领域,还包含在人们日常所使用的各种生活生产用品当中,例如家具、家电、生产设备,乃至一只小小的铅笔、一个铝制饮料瓶子等等。可以说工业涂料与人们的日常生活息息相关。

2009 年数据显示,建筑涂料占涂料总产量的 30%-40%,而工业涂料占比高达 60%-70%。以中国为例,2009 年 1 - 7 月份,中国涂料总产量约为 470 万吨,其中工业涂料占 70%,且这一比例还有上升趋势。由此可见,工业涂料在涂料产业中占据着举足轻重的地位,是涂料产业的支柱。中国工业涂料市场远未饱和,还有很多潜在市场没有得到挖掘。由于工业涂料所涵盖的领域十分广泛,难以进行详细分析,但可以选取其中几个重要领域进行介绍,比如汽车涂料、高速铁路及城市轨道交通的防护涂料、高速公路以及大型桥梁的防护涂料和标识涂料、船舶涂料等。这些领域对工业涂料的需求巨大,也进一步凸显了工业涂料在经济发展中的重要性。

二、按应用领域区分

(一)汽车涂料

目前中国的车企很多是中外合资企业,在进入中国市场前就已与相应的涂料企业组成合作关系,所以进入中国后会首选使用国外品牌的涂料。据有关统计数据,中国 75% - 80% 的汽车原厂漆市场被国外品牌瓜分。然而,国内的汽车漆市场主要集中在修补漆市场,75% 左右的市场份额被国内品牌所占领,但大部分是修补漆中的低端市场。例如,2022 年全球汽车修补涂料市场规模为 144 亿美元,预计 2030 年将达到 218 亿美元,年均复合增长率约 5.32%。外资品牌在国内汽车修补漆市场占据主导地位,其中高端水性修补漆市场的垄断情况尤甚,美国 PPG、美国艾仕得、荷兰阿克苏诺贝尔和德国巴斯夫等四家外资品牌合计占据超过 50% 的市场份额。

(二)高速铁路及城市轨道交通的防护涂料

中国高速铁路建设进入高峰期。按照国家高速铁路建设规划,到 2020 年中国将有 1.8 万公里的高速铁路投入运营,而其中的 1.2 万公里将在 2012 年建成。高速铁路对桥梁隧道的防腐、防水性能等要求极高,需要使用到大量的高品质高性能的防护涂料。以全长 1318 公里的京沪铁路为例,其中桥隧长度比例高达 87.7%。高速铁路因为其高速的特性要求线路尽可能地平稳笔直,因此需要大量的架桥和挖隧道,这就对防护涂料的需求巨大。

(三)高速公路以及大型桥梁的防护涂料和标识涂料

高速公路上的标识牌包括进出口预告、道路指示、速度限制、高度限制等标识牌以及其支撑柱子的防护漆都属于工业涂料的范畴。高速公路建得越多,也就意味着标识牌设置得越多,由此就带动了相关涂料的需求增长。众多大型桥梁的建设同样需要大量防腐涂料以及路面标示涂料、标志牌涂料等。例如,众多大型桥梁的建设需要大量防腐涂料来保护桥梁结构,防止腐蚀,延长桥梁使用寿命。

(四)船舶涂料

随着中国造船业的发展壮大,中国船舶涂料的市场空间也将得到进一步的发掘。预计 2010 年中国造船产量将达到 2000 多万吨,超过韩国和日本跃居世界第一造船大国。2020 年全国船舶涂料产量达到 90 万吨,占全国工业防护涂料总产量的 4.95%,占全国涂料行业整体产量的 2.56%。各大船厂所需船舶涂料的市场规模约 70 亿元,占比 78%;而船舶维修涂料市场规模近 20 亿元,占比 22%。整体反映出造船市场对船舶涂料行业发展的影响较大。

(五)其它应用

工业涂料除了上述的使用领域外,还有像集装箱涂料、海洋石油钻井平台防腐涂料、窑炉、输送管道涂料、输变电塔涂料、电子涂料、塑胶涂料、工艺品涂料等也是其重要使用方向。而随着新兴产业的不断开拓,在光电子、生物工程、电脑及手机主板、光纤通信电缆、城市下水道废水处理等领域,涂料都在发挥着越来越重要的作用。例如在电脑及手机主板领域,绝缘涂料具有优良电绝缘性,多为清漆,也有色漆,根据用途可分为浸渍绝缘漆、漆包线漆、硅钢片漆等,为电子设备的正常运行提供保障。

三、按涂装材质分类

(一)机床 / 机械涂料

机械涂料是指涂装在机械表面及各类机器零部件上的涂料,主要用于机床、设备、汽车、五金、玻璃钢等表面装饰保护。按形态可分为平面漆(高光、平光、哑光)和美术漆(锤纹漆、桔纹漆、波纹漆、闪光漆)。机械漆包括溶剂型丙烯酸漆、聚氨酯漆、硝基漆、环氧漆、氨基漆、醇酸漆等。溶剂型丙烯酸漆具有极好的耐候性,分为单组份自干型和交联固化型,前者表干迅速、易于施工,后者固含量高、机械性能优良。聚氨酯漆机械性能良好、固体含量较高,双组分品种应用广泛但施工复杂。硝基漆装饰性较好、施工简便,但耐久性和漆膜保护作用不佳。环氧漆对无机材料附着力强、耐腐蚀、机械性能优良,但耐候性不好。氨基漆固化后漆膜性能极佳,但对涂装设备要求高。醇酸漆价格便宜、施工简单、耐久性和装饰性较好。

(二)卷材涂料

卷材涂料由基料、交联剂、颜填料、助剂及挥发分组分。按用途可分为底漆、背漆和面漆。铝材一般只需单一涂层,镀锌钢和冷轧钢则需要底漆和面漆。卷材涂料的主要成分有聚酯树脂、聚氯乙烯塑溶胶、环氧树脂、丙烯酸树脂等。聚酯树脂具有高可变性、良好的变形性和金属粘接力、耐候性佳,但涂层存在溶剂易爆孔、交联度低等问题。聚氯乙烯塑溶胶固体含量高、漆膜厚度大、变形性好,用于镀锌钢防腐蚀性能极佳,但在漆膜硬度、耐温性和回收利用方面存在问题。环氧树脂对金属粘接力和防腐蚀方面有优势,但变形性和耐候性薄弱,一般用作底漆、背面漆及罐头漆。丙烯酸树脂可变性较高、在高分子量聚合物时有良好金属粘接力,但机械性能调节不如聚酯容易,应用不多,常与聚偏二氟乙烯混合使用降低成本。

(三)电子元器件涂料

绝缘涂料是一种具有优良电绝缘性的涂料,由基料、阻燃剂、固化剂、颜填料和溶剂等组成。绝缘涂料能在电子元器件表面形成绝缘层,隔离电流,防止短路和电气故障发生;提供防潮保护,阻止水分渗入;提供耐热保护,抵御高温侵害;提供防腐保护,抵御化学物质侵蚀。绝缘漆一般有三种分类方法,按用途可分为漆包线绝缘漆、浸渍绝缘漆、覆盖绝缘漆、硅钢片绝缘漆、粘合绝缘漆、电子元件绝缘漆等;按图层固化机理可分为自干型绝缘漆、烘干型绝缘漆、紫外线固化绝缘漆;按耐热等级可分为 Y 级、A 级、E 级、B 级、F 级、H 级、C 级七类。

(四)航空航天涂料

航空涂料是指用于飞机上的涂料。按使用部位可分为飞机蒙皮涂料、飞机舱室涂料、飞机发动机涂料、飞机零部件涂料、特殊专用涂料(包括隔热涂料、防火涂料和示温涂料)等。以飞机表面机身涂料为例,机身底、面漆一般为环氧聚胺脂底漆和聚氨脂型面漆。我国航空工业自新中国成立后经历两个发展阶段,第一阶段以合成型树脂为主,代表性涂料是丙烯酸树脂涂料;第二阶段研究固化型涂料,典型代表为双组份固化聚氨脂涂料。从全球航空涂料地域分布来看,亚洲航空涂料销售市场占有率最高,达到 50%,欧洲和北美的销售市场额占有率最高,分别达到 32.6% 和 32.5%。2017 - 2021 年中国民航全行业飞机期末在册架数逐年增长,2021 年达到 4054 架,对航空涂料的需求逐渐上升。

(五)电泳涂料

电泳涂装的技术产生于 1930 年左右,是汽车公司为提高汽车车身内部和焊接面防腐蚀能力研发的技术。1961 年建设了首个运用在涂装车轮上面的阳极电泳槽,1963 年左右建设了用于涂装汽车主体车身的电泳坑。电泳涂装具有高效、优质环保的特点,受到全球各地欢迎,后来不断有公司成功研发阳离子电泳涂料以及阴极电泳涂装等技术,在汽车行业飞速发展和普及。中国研发电泳涂料及涂装技术已有近 30 年经验,70 年代中国汽车产业建成几条汽车组件电泳涂装产业线,70 年代中后期我国第一条电泳车身产品投产。电泳漆分为阳极电泳漆和阴极电泳漆两类,前者为带负电荷的高分子成膜物沉积到带正电荷的金属表面;后者为带正电荷的高分子成膜物沉积到带负电荷的金属表面。用电泳涂装工艺施于金属物面上,可实现工业自动化,特别适合流水线作业。涂料利用率高达 95% 以上甚至 100%。

四、工业涂料的未来展望


随着科技的不断进步,工业涂料在未来将迎来更加广阔的发展前景。一方面,技术创新将为工业涂料带来更多的可能性。例如,纳米技术在工业涂料中的应用有望进一步提高涂料的性能。纳米材料具有独特的物理和化学性质,能够增强涂料的耐磨性、耐腐蚀性和抗菌性等。同时,3D 打印技术的发展也将为工业涂料开辟新的应用领域。3D 打印需要特殊的涂料来满足其对材料性能的要求,这将促使工业涂料企业加大研发投入,开发出适用于 3D 打印的高性能涂料。

另一方面,环保要求的不断提高将推动工业涂料向绿色化方向发展。随着全球环保意识的增强,各国政府对工业涂料的环保标准也越来越严格。低 VOC、水性化、无溶剂化等环保型工业涂料将成为未来市场的主流。据统计,全球工业涂料市场中环保型涂料的占比正在逐年上升,预计到 2025 年将达到 50% 以上。

在应用领域方面,工业涂料将在新能源领域发挥重要作用。随着新能源汽车、太阳能、风能等产业的快速发展,对高性能、环保型工业涂料的需求将不断增加。例如,新能源汽车的电池外壳需要具有良好的绝缘性和耐腐蚀性的涂料,太阳能板需要具有高耐候性和抗紫外线性能的涂料。

此外,工业涂料在智能制造领域也将有广泛的应用。随着工业自动化和智能化的发展,对涂料的性能和施工工艺提出了更高的要求。智能涂装技术将成为未来工业涂料发展的重要方向,通过智能化设备和控制系统,实现涂料的精准喷涂和高效施工,提高生产效率和产品质量。

总之,未来工业涂料将在技术创新、环保要求和应用领域拓展等方面不断发展,为各个行业提供更加优质、高效、环保的涂料解决方案。


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