Kesimpulan utama:
1. Cat dasar casis anti-hempasan nano meningkatkan rintangan hentaman batu salutan daripada tahap 2-3 ISO 20567-1 kepada tahap 0 melalui kesan serakan tegasan nano-kalsium karbonat, mekanisme pesongan retak grafen dan pengerasan berliang getah teras-sarung dengan tiga sinergi.
2. Pasaran cat anti-hempasan batu global pada 2024 adalah kira-kira USD 416 juta, keperluan perlindungan bahagian bawah pakej bateri kenderaan tenaga baharu (tidak terbakar selepas tusukan) meningkatkan penggunaan cat casis bagi satu model kenderaan sebanyak kira-kira 40-60%.
3. Trend teknologi teras adalah peralihan daripada asas PVC (risiko alam sekitar klorin) kepada sistem epoksi/polilurea bebas klorin, sambil mengekalkan kekenyalan hentaman suhu rendah -40°C dan keserasian kimpalan laser.
Semasa kenderaan bergerak, batu kecil dan kerikil yang dibaling oleh tayar pada kelajuan tinggi (mencecah 100-150km/h) menghentam bahagian casis dan ruang roda, merupakan punca kerosakan mekanikal utama yang menyebabkan kerosakan salutan dan kakisan bahan asas. Cat casis nano tahan hentaman anti batu terbang—biasanya dipanggil "perisai casis"—ialah salutan dengan filem paling tebal (200-800μm) dan keperluan keanjalan tertinggi dalam sistem cat kereta. Cat casis berasaskan plastisol PVC tradisional telah digunakan sejak tahun 1970-an, namun menghadapi cabaran serius dalam tiga aspek: alam sekitar (mengandungi klorin dan pemplastis ftalat), keanjalan suhu rendah (PVC menjadi rapuh secara mendadak di bawah -20°C), dan keserasian kimpalan laser kenderaan tenaga baharu (PVC terurai pada suhu tinggi menghasilkan HCl yang mengakis kimpalan laser). Pengenalan teknologi nano sedang membina semula had prestasi cat anti hentaman batu dari peringkat asas sains bahan.
Analisis kejuruteraan mekanik hentaman batu—berapa banyak tenaga yang perlu diserap oleh salutan?
Jawab terus: Seketul batu kerikil berdiameter 10mm dan berjisim kira-kira 2.6g, apabila menghentam lantai casis pada kelajuan 100km/j (kira-kira 28m/s), membawa tenaga kinetik lebih kurang E=½mv²=½×0.0026×28²≈1.0J. Tenaga ini nampaknya tidak besar, tetapi disebabkan luas sentuhan yang sangat kecil (jejari sentuhan hujung butiran batu kira-kira 0.1-0.5mm), tegasan hentaman setempat boleh mencecah ratusan MPa—jauh melebihi kekuatan leleh salutan biasa. Prestasi rintangan hentaman batu salutan pada asasnya adalah dengan menukar tenaga kinetik hentaman kepada tenaga haba melalui ubah bentuk plastik, pembauran liang, dan pembentukan retakan mikro untuk diserakkan, bukannya sekadar "tahan keras".
Penerangan mekanisme terperinci—mekanisme penggentanan tiga kali ganda bagi zarah nano.
Mekanisme 1: Serakan tegasan nano kalsium karbonat.Satu paten China (CN112724708B) menerangkan secara terperinci mekanisme pengukuhan nano kalsium karbonat (saiz zarah 50-100nm) yang dirawat permukaannya dengan agen ganding titanat dalam cat casis PVC. CaCO₃ yang tidak dirawat membentuk titik kepekatan tegasan tajam dalam matriks PVC, di mana retakan tumbuh dari antara muka CaCO₃/PVC semasa hentaman batu dan merebak dengan cepat; selepas diubah suai dengan agen ganding titanat, rantai panjang organik yang dicantumkan pada permukaan CaCO₃ berbelit secara fizikal dengan rantai molekul PVC, membentuk lapisan antara muka "teras-sarung" yang fleksibel. Semasa hentaman batu, lapisan antara muka bertindak sebagai "spring molekul" yang menyerap sebahagian tenaga impak, di samping menghantar tegasan dari zarah CaCO₃ ke matriks PVC sekeliling secara seragam, mengelakkan kepekatan tegasan setempat melebihi kekuatan putus.
Mekanisme 2: Pesongan retak grafena. Satu lagi paten China (CN114806338A) menggunakan sistem komposit grafena oksida terubah suai (GO) + epoksi + agen pengukuh + zink oksida. Struktur kepingan dua dimensi grafena (ketebalan <5nm, saiz melintang 1-5μm) bertindak sebagai "halangan nano" yang memaksa retak merebak secara berliku di sepanjang antara muka grafena/PVC—laluan retak berubah daripada garis lurus kepada bergerigi, panjang laluan retak berkesan meningkat 3-5 kali ganda, keuletan patah (KIC) meningkat 40-80%. Pada masa yang sama, luas permukaan tentu ultra tinggi grafena (nilai teori 2630m²/g) menyediakan kawasan antara muka yang besar untuk pemindahan tegasan.
Mekanisme 3: Penguatan melalui penghobelan zarah nano getah teras-sarung.Zarah nano getah teras-sarung (Core-Shell Rubber, CSR) (teras merupakan polibutadiena termasuk silang atau getah akrilat, sarung merupakan PMMA atau kopolimer stirena yang serasi dengan epoksi, saiz zarah 100-300nm) memainkan peranan penguatan unik dalam cat asas papan epoksi. Apabila terkena hentaman batu, teras getah CSR mengalami penghobelan (Cavitation)—membentuk liang mikro berdiameter kira-kira 10-50nm. Proses penghobelan itu sendiri menyerap tenaga, pada masa yang sama liang mikro merangsang matriks epoksi di sekeliling mengalami kecairan ricih (Shear Yielding), mengubah mod pecahan rapuh kepada mod ubah bentuk ricih mulur, tenaga pecahan ditingkatkan daripada kira-kira 100J/m² kepada 500-1000J/m².
Sokongan data: Cat casis PVC diubah suai nano yang menggunakan sistem penggentingan tiga lapis di atas mencapai penarafan ISO 20567-1 (ujian hentaman batu, -20°C, 2×500g kerikil, tekanan udara 0.2MPa) daripada gred 2-3 (pengelupasan sederhana) formulasi tradisional kepada gred 0 (tiada pengelupasan). Tenaga kerosakan dalam ujian impak tukul jatuh suhu rendah -40°C meningkat daripada kira-kira 5J formulasi tradisional kepada kira-kira 18J. Dengan hanya 0.5wt% kandungan grafen, lebar pembesaran kakisan pada calar dalam ujian semburan garam (ASTM B117) dapat diturunkan daripada 4.5mm kepada 1.2mm.
Sumber:CN112724708B, CN114806338A, ISO 20567-1, ASTM B117, Daubert Chemical Technical Data
Daripada PVC kepada sistem bebas klorin—penstrukturan semula laluan teknologi didorong oleh peraturan alam sekitar
Jawab terus:Cat dasar PVC berdepan dengan tiga tekanan alam sekitar: (1)Arahan ELV EU (End-of-Life Vehicles Directive 2000/53/EC) mengehadkan penggunaan plastik berklorin dalam kenderaan; (2)Plastikisier ftalat (DEHP/DINP/DIDP) disenaraikan dalam senarai calon SVHC oleh REACH; (3)Apabila kenderaan dilupuskan dan dibakar, PVC menghasilkan HCl dan dioksin. Tiga laluan teknologi penggantian sedang berkembang secara selari.
Laluan teknikal 1: Sistem epoksi tanpa pelarut.Formulasi yang diwakili oleh paten EP 0551063A1 menggunakan resin epoksi cecair + pengeras terpendam pepejal (dicyandiamide/kelas imidazol) + pengisi penguat nano, yang membeku pada 100-150°C untuk membentuk salutan ketumpatan rangkaian silang yang tinggi. Kelebihan: sifar VOC, lekatan cemerlang (kaedah tarikan >15MPa), tiada penghasilan HCl semasa kimpalan laser. Cabaran: kelembutan suhu rendah perlu ditampung melalui zarah getah nano teras-sarung, kos bahan mentah kira-kira 2-3 kali ganda sistem PVC.
Laluan teknikal 2: Sistem pelebur panas kopolimer blok stirena-diena.Patent EP 0546635B1 mencadangkan penyelesaian salutan casis jenis pelebur panas yang 100% boleh dikitar semula—disalut lebur pada <160°C, selepas disejukkan membentuk lapisan tahan hentaman batu yang mempunyai keanjalan getah. Kelebihannya terletak pada bebas pelarut sepenuhnya dan kebolehkitarsemulaan, tetapi rintangan haba (titik lembut kira-kira 80°C) mengehadkan penggunaannya di kawasan casis yang berhampiran dengan sistem ekzos.
Laluan teknikal ketiga: Sistem hibrid SBR/akrilik berasaskan air. Paten AS US7163978 menggabungkan emulsi getah sintetik (SBR) dengan emulsi akrilik untuk menyediakan cat tahan hentaman batu berasaskan air. SBR memberikan keanjalan getah dan kerentanan suhu rendah (Tg kira-kira -50°C), manakala akrilik memberikan lekatan dan rintangan cuaca. Sistem ini mempunyai VOC0°C memerlukan kerja di persekitaran >5°C) merupakan batasan kejuruteraan utama.
Sokongan data:Pasaran cat anti-hempasan batu global, sistem PVC masih merangkumi kira-kira 65% bahagian pasaran, tetapi dijangka menurun kepada bawah 50% menjelang 2030. Kadar pertumbuhan tahunan (CAGR 9.2%) sistem epoksi tanpa pelarut adalah yang tertinggi, didorong terutamanya oleh keperluan pematuhan ELV daripada OEM Eropah. Syarikat kenderaan tenaga baharu China (BYD, NIO) telah menggunakan cat casis berasaskan air/tanpa pelarut secara pukal pada model platform terkini.
Sumber:EP 0551063A1, EP 0546635B1, US7163978, Research and Markets 2025, EU ELV Directive
Soalan Lazim
Adakah pelindung casis dan cat casis itu perkara yang sama?
Secara umumnya. Perisai casis merujuk kepada salutan pelindung hentaman batu jenis pes tebal PVC/epoksi yang dipasang tambahan di pasaran lepas jualan (ketebalan filem 300-800μm), manakala cat casis biasanya merujuk kepada salutan pelindung hentaman batu yang disembur pada garisan pengecatan kilang OEM selepas cat dasar elektroforesis badan kereta (ketebalan filem 200-500μm). Formulasi terubah suai nano diaplikasikan dalam kedua-duanya.
Adakah penggunaan cat casis nano sama dengan cat casis tradisional?
Proses kerja adalah sama (semburan → pengerasan pengawetan → penyejukan), tetapi kualiti serakan formula nano lebih sensitif terhadap parameter aplikasi—kelajuan pemendapan pengisi nano dalam saluran paip adalah 1/5 hingga 1/10 daripada pengisi mikro, memerlukan pengacauan edaran saluran yang lebih kerap untuk mencegah turun naik prestasi antara kelompok akibat pemendapan.
Q: Bagaimanakah prestasi rintangan hentaman batu bagi cat casis diuji?
Standard utama ISO 20567-1, menggunakan alat lontaran kerikil berkuasa udara untuk menyemburkan kerikil standard ke atas spesimen salutan pada keadaan -20°C, kemudian menilai luas kerosakan salutan dengan kaedah pengelupasan pita pelekat, dan diberi gred dari gred 0 (tiada pengelupasan) hingga gred 5 (pengelupasan meluas). Ujian tambahan termasuk impak tukul jatuh (ASTM D2794) dan semburan garam dengan potongan silang (ASTM B117 + ASTM D1654).
Mengapa kenderaan tenaga baharu memerlukan perlindungan casis yang lebih kukuh?
Pek bateri kenderaan elektrik biasanya ditempatkan di bawah casis. GB 38031-2025 "Keperluan Keselamatan Bateri Kuasa untuk Kenderaan Elektrik" menetapkan bahawa pek bateri tidak boleh terbakar atau meletup selepas tertusuk dari bahagian bawah (kepala sfera berdiameter 150mm, daya 150kN). Skim perlindungan komposit cat casis + pelindung bawah telah menjadi konfigurasi standard, dan lapisan serapan hentaman batu pada cat casis merupakan satu pautan yang kritikal.
Adakah cat casis nano akan mengganggu kimpalan laser?
Formulasi tradisional yang mengandungi PVC menghasilkan gas HCl semasa kimpalan laser, menyebabkan liang gas pada sendi kimpalan dan penurunan kekuatan. Formulasi nano-epoksi/poliyurea bebas klorin sepenuhnya mengelakkan risiko ini, dan telah menjadi pilihan utama untuk salutan casis struktur badan kenderaan yang dikimpal secara laser.
Sumber rujukan:CN112724708B, CN114806338A, EP 0551063A1, EP 0546635B1, US7163978, ISO 20567-1, ASTM B117, GB 38031-2025, Research and Markets 2025
Tarikh Terbit: 6 Julai 2026 | Kategori: Pengetahuan Teknikal