汽車面漆桔皮缺陷的機(jī)理分析與工藝控制

汽車面漆桔皮缺陷的機(jī)理分析與工藝控制崔泳，劉士海（天津一汽夏利汽車股份有限公司天津）摘要：本文在汽車面漆桔皮成因的理論分析基礎(chǔ)上，結(jié)合本公司涂裝生產(chǎn)線的實際情況，從涂裝工藝和設(shè)備等方面詳細(xì)闡述了汽車面漆桔皮缺陷的形成及工藝控制等問題。關(guān)鍵詞：汽車涂裝，面漆涂層，桔皮，涂裝設(shè)備面漆桔皮是評價車身面漆涂裝質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，也是涂層最常見和難以控制的缺陷之一，本文主要采用實驗、對比分析等理論和實際相結(jié)合的方法，對汽車面漆桔皮的成因進(jìn)行一些探討。由于造成面漆桔皮的因素眾多，本文篇幅有限，現(xiàn)僅從面漆施工工藝和靜電自動噴涂的角度進(jìn)行分析。1汽車面漆桔皮缺陷的機(jī)理分析1.1汽車面漆桔皮成因的理論分析國外研究表明大多漆膜缺陷都是由涂料施工后濕漆膜內(nèi)涂料流動引起，這種流動是由于表面張力和重力所至，并受粘滯力制約；涂料噴涂后被涂物表面的濕漆膜在干燥過程中會產(chǎn)生有規(guī)律的流動現(xiàn)象，隨著溶劑的揮發(fā)，在濕漆膜表層形成較高的表面張力，并且隨溫度下降而粘度增大，這樣造成濕漆膜里層和表層之間的溫度、表面張力和粘度的梯度。按照G.Marwede的觀點(diǎn)：表面張力的不同將產(chǎn)生一種推動力，使涂料從表面張力低的里層往表面張力高的表層運(yùn)動，當(dāng)表層溶劑含量低時，較多溶劑的里層就往表層散開，隨著溶劑揮發(fā)、粘度增大、流動速度緩慢，同時流動的涂料在重力的作用下向下沉。這種下沉、向上散開的流動運(yùn)動將反復(fù)進(jìn)行，直至最后粘度增長到足以阻止其流動時為止，此時里層和表層的表面張力差也趨于消失。這種流動運(yùn)動的反復(fù)進(jìn)行，造成局部渦流，按照Helmholtz流動分配理論：這種流動形成邊與邊相接觸的不規(guī)則六角形網(wǎng)絡(luò)，渦流的原動點(diǎn)在格體中間，涂料沿格體邊緣下沉，在濕涂膜上形成許多漩渦狀小格，待干燥后就留下不均勻的網(wǎng)格。另外，這種對流造成漩渦狀小格中心稍稍隆起，干燥后就形成桔皮。1.2汽車面漆桔皮的影響因素面漆桔皮，即長短波的影響因素眾多（為了模擬人眼的分辨率，我們將結(jié)構(gòu)尺寸＞0.6mm的測量數(shù)據(jù)定為長波，將結(jié)構(gòu)尺寸V0.6mm的數(shù)據(jù)定為短波。），車身板材、電泳、中涂、色漆及清漆對長短波都有影響，其中車身板材、電泳及中涂對短波的影響最為明顯，而色漆及清漆對長波的影響明顯。2汽車面漆桔皮缺陷的工藝控制2.1車身面漆涂層質(zhì)量的工藝控制在面漆施工工藝上，可從以下幾方面進(jìn)行調(diào)整和控制，以達(dá)到降低面漆桔皮的目的。金屬色漆的噴涂，應(yīng)在滿足遮蓋力的前提下，盡量少噴，一般要求金屬色漆的膜厚為12-18um。金屬色漆通常采用高速自動靜電旋杯噴涂機(jī)（ESTA）及自動空氣噴槍（Spraymate）相結(jié)合進(jìn)行噴涂，一般ESTA噴涂的膜厚應(yīng)為金屬色漆總膜厚的60%-70%，Spraymate噴涂的膜厚為金屬色漆總膜厚的30%-40%，每種金屬色漆的噴涂比例都不同，需要在實踐中找出最佳配比。并在保證清漆涂層不產(chǎn)生流掛的前提下盡可能提高清漆涂層膜厚，一般清漆膜厚控制在25-35um。目前絕大多數(shù)噴漆室均不是恒溫恒濕，冬季有加熱裝置，而夏季無冷卻裝置，夏季噴漆室溫度高達(dá)35^以上，相對濕度高達(dá)90%以上，在這條件下進(jìn)行噴涂，對面漆桔皮有不利影響。需調(diào)整涂料配方，添加高沸點(diǎn)助劑如：二乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯等，可改善再噴涂過程中由于溶劑揮發(fā)過快而引起的漆膜流平差，面漆桔皮等弊病。由于采用“濕碰濕”噴涂工藝，因此金屬色漆的干燥程度達(dá)85%為最佳，所以把握好流動改性助劑用量與效果之間的關(guān)系非常重要，其用量不足會導(dǎo)致桔皮、針孔，而用量過多又會導(dǎo)致失光、霧影，對附著力有一定程度的影響。2.2靜電自動噴涂機(jī)的工藝控制現(xiàn)大多數(shù)轎車廠家涂裝線采用高壓靜電自動噴涂系統(tǒng)，在生產(chǎn)實際過程中，我們要不斷摸索各種顏色的施工特性；針對不同的涂料，選擇適合的自動噴涂機(jī)參數(shù)（出漆量、成型空氣壓力、電壓值等），調(diào)整幅度對外觀的影響都要在生產(chǎn)實際中進(jìn)行摸索，這對現(xiàn)場施工調(diào)整是很重要的。當(dāng)然要想得到一個均勻的涂膜，只通過這三個參數(shù)的調(diào)整是不夠的。還可以通過旋杯主針在不同位置的開關(guān)和旋杯的轉(zhuǎn)速來達(dá)到目的。另外，也可適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用仿形設(shè)計參數(shù)來進(jìn)行調(diào)整，如自動噴涂機(jī)的仿形路線，根據(jù)不同位置調(diào)整不同的噴涂距離（一般在27+1cm槍距）、上下左右的擺幅、旋杯間距、旋杯噴涂的角度等參數(shù)，從而得到最佳的噴涂仿形路線。設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的選擇和優(yōu)化同樣十分重要，設(shè)置的高壓靜電值、轉(zhuǎn)速、成形空氣的壓力、涂料的粘度等等都必須在生產(chǎn)現(xiàn)場反復(fù)調(diào)整直至最佳范圍，才能使桔皮降到最低程度旋杯的轉(zhuǎn)速是對ESTA霧化粒徑影響最大的因素。轉(zhuǎn)速過低時涂料霧化不良，會導(dǎo)致漆膜粗糙，轉(zhuǎn)速越大，涂料的霧化粒徑越小，漆膜平滑性越好，但霧化過細(xì)會導(dǎo)致漆霧損失，而且會造成透平軸承的過度磨損。對于溶劑型涂料，中涂及色漆ESTA轉(zhuǎn)速應(yīng)控制為20000-30000r/min,清漆ESTA轉(zhuǎn)速為20000-35000r/min。成形空氣量可控制噴漆扇面，成形空氣量越低，噴漆扇面越大。適量減少成形空氣量，可減低漆膜長波，但成形空氣量過低，會造成旋杯污染。噴杯與車身的噴涂距離一般應(yīng)控制在250-300mm，如距離過大，不僅會影響涂料的利用率，而且會對于涂層平滑性造成不利度影響。噴涂流量是影響漆膜厚度的重要因素，使中涂和清漆膜厚達(dá)到最大，可以提高涂層豐滿度，有效降低涂層桔皮。事實上當(dāng)噴涂量達(dá)到流掛的臨界狀態(tài)時，涂層的表面效果最佳。目前國內(nèi)絕大部分汽車廠的噴漆室只有加溫?zé)o降溫裝置，噴漆室的溫度一般控制在18°C-36°C，在生產(chǎn)過程中可根據(jù)噴漆室的溫度確定幾套不同的噴涂參數(shù)，保證噴涂量始終達(dá)到似流非流的狀態(tài)。ESTA的噴涂靜電電壓對涂層桔皮也有影響。一般控制在3萬伏-10萬伏。3面漆涂裝工藝改進(jìn)方案及實驗3.1面漆涂裝工藝改進(jìn)方案在面漆方面，可從金屬色漆（金屬底漆和清漆）的膜厚、粘度以及慢干流平劑（在金屬底漆中使用）的補(bǔ)加量等幾方面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和工藝控制，達(dá)到提高車身面漆噴涂質(zhì)量，降低面漆桔皮的目的。其具體改進(jìn)內(nèi)容見表3.1.1。表3.1.1車身面漆工藝優(yōu)化調(diào)整前后對比表序號名稱改進(jìn)前情況改進(jìn)后情況1金屬底漆膜厚16-18um13-15um2清漆膜厚平面：30um垂直面：27um平面：35um垂直面：30um3底漆施工粘度（涂4#杯）14s/25°C（滿月銀）13s/25C（滿月銀）4清漆施工粘度（涂4#杯）21.5s/25°C22.5s/25C5慢干流平劑補(bǔ)加量（金屬底漆）1.5%3%說明：本論文主要以銀灰色金屬漆為研究對象進(jìn)行車身面漆桔皮缺陷的機(jī)理分析及對策的。而其它顏色金屬色漆和本色漆車身面漆桔皮的研究方法與其相同。靜電自動噴涂機(jī)（ESTA）參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，本公司面漆涂裝線采用龍門自動往復(fù)式高壓靜電自動噴涂系統(tǒng)（ESTA），由日本大氣社株式會社制造、安裝。面漆靜電自動噴涂機(jī)分為三站，1st（4杯式）和3st（7杯式）為杯站；2st為槍站（4槍式）。面漆靜電自動噴涂機(jī)涂裝過程簡圖如圖3.1.1所示。在靜電自動噴涂機(jī)設(shè)備運(yùn)行方面主要通過優(yōu)化改進(jìn)自動噴涂機(jī)相關(guān)參數(shù)，如出漆量、成型空氣壓力、高壓靜電值、轉(zhuǎn)速及霧化壓力值等，達(dá)到降低車身面漆桔皮的目的。在生產(chǎn)實際過程中，要不斷摸索結(jié)合各種顏色的施工特性及施工現(xiàn)場環(huán)境等各種因素綜合考慮。1st(Bell) ?2st(gun) ?3st(Bell) ?-烤爐、 ￥ Base Clear圖3.1.1面漆靜電自動噴涂機(jī)涂裝過程簡圖3.2實驗分析3.2.1面漆涂層厚度對面漆桔皮的影響實驗材料：A4馬口鐵板；滿月銀金屬底漆；清漆；粘紗布；除油劑實驗儀器：測厚儀(byko-Test7500);桔皮儀(WAVESCAN-T);電干燥箱(DL-10-II)；噴槍(吸上式，W-71)實驗步驟：用除油劑和粘紗布將A4馬口鐵板試板擦洗干凈用噴槍噴滿月銀金屬底漆(粘度14.5s/25°C)晾干7分鐘用噴槍罩光清漆(粘度22.5s/25C)晾干7分鐘放進(jìn)電干燥箱烘烤，烘烤溫度：140C，烘烤時間：20min試板從電干燥箱，待其冷卻到室溫后用測厚儀、桔皮儀測量數(shù)據(jù)實驗結(jié)果與分析見下表3.2.1表3.2.1面漆涂層厚度對面漆桔皮(G、F值)的影響(實驗1)序號清漆膜厚(um)底漆膜厚(um)25303540備注G值F值G值F值G值F值G值F值11315.93.415.13.514.53.613.93.8試板烘21516.73.415.33.414.93.514.13.6烤時應(yīng)31717.23.315.73.315.43.414.63.5水平放41918.93.116.13.215.83.315.23.4置上述試驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)金屬底漆膜厚一定時，隨著清漆膜厚的增加，面漆涂層的G值減小，F(xiàn)值增加，面漆外觀質(zhì)量隨之提高，面漆桔皮隨之降低；而當(dāng)清漆膜厚一定時，隨著金屬底漆膜厚的增加，面漆涂層的G值增大，F(xiàn)值降低，面漆外觀質(zhì)量隨之變差，面漆桔皮隨之有增大的趨勢。因此，適當(dāng)提高清漆膜，同時適當(dāng)降低金屬底漆膜厚也是降低面漆桔皮缺陷的行之有效的方法。3.2.2自動機(jī)參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整及整車試噴實驗材料：灰中涂車身；滿月銀金屬底漆；清漆；粘紗布；砂紙(30u)；除油劑實驗儀器：測厚儀(byko-Test7500);桔皮儀(WAVESCAN-T);中涂烤爐；面漆烤爐；面漆靜電自動噴涂機(jī)實驗步驟：用30u砂紙局部打磨中涂車身，并對整車進(jìn)行吹擦凈。調(diào)整面漆自動機(jī)參數(shù)調(diào)整滿月銀金屬底漆及清漆粘度面漆自動機(jī)(1st、2st)噴涂車身外板銀灰色金屬底漆晾干9分鐘面漆自動機(jī)(3st)噴涂車身外板清漆晾干10分鐘烘干待其冷卻到室溫后用測厚儀、桔皮儀測量數(shù)據(jù)實驗結(jié)果與分析表3.2.2相關(guān)測試數(shù)據(jù)(實驗2)部位機(jī)蓋頂蓋左翼子板f-、八左刖門左后門左后圍右翼子板-f—右刖門右后門右后圍后備門平面立面金屬181716171718171818181616

底漆(um)清漆(um)313027282827272928282626G值15.914.824.823.624.527.823.924.324.728.315.727.2F值3.63.53.13.23.13.03.23.13.03.03.43.1表3.2.3相關(guān)測試數(shù)據(jù)（實驗3）部位機(jī)蓋頂蓋左翼子板左前門左后門左后圍右翼子板右前門右后門右后圍后備門平面立面金屬底漆（um）151413141312131413131616清漆(um)363532333434333334352626G值13.613.920.921.121.323.920.821.221.924.114.525.3F值3.83.73.33.53.63.33.43.53.63.23.53.1實驗2是改進(jìn)前的噴涂工藝及數(shù)據(jù)，而實驗3是改進(jìn)后的噴涂工藝及數(shù)據(jù)。兩個實驗數(shù)據(jù)相比較，實驗3（改進(jìn)后）金屬底漆漆膜厚度比實驗2（改進(jìn)前）的略降低（2-3）um,清漆漆膜厚度提高了（3-5）um。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，實驗3的車身面漆外觀比實驗2的車身面漆外觀有較大的提高，車身面漆桔皮缺陷有較明顯的降低。4車身面漆涂層性能測試分析及效果評價4.1改進(jìn)后車身面漆涂層性能測試結(jié)果表4.1.1改進(jìn)后車身面漆涂層性能測試結(jié)果部位項目機(jī)蓋頂蓋左翼子板左前門左后門左后圍右翼子板右前門右后門右后圍后備門平面立面底漆151413141312131413131616清漆363532333434333334352626G值13.613.920.921.121.323.920.821.221.924.114.525.3F值3.83.73.33.53.63.33.43.53.63.23.53.1光澤度101.299.999.4100.1100.399.199.3100.2100.599.598.398.1硬度HBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHB表4.1.2改進(jìn)前車身面漆涂層性能測試結(jié)果部位項目機(jī)蓋頂蓋左翼子板左前門左后門左后圍右翼子板右前門右后門右后圍后備門平面立面底漆181716171718171818181616清漆313027282827272928282626G值14.914.824.823.624.527.823.924.324.728.315.727.2F值3.63.53.13.23.13.03.23.13.03.03.43.1光澤度100.899.699.199.7100.198.899.1100100.199.49897.5硬度HBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHB4.2改進(jìn)后車身面漆質(zhì)量效果評價4.2.1改進(jìn)后車身面漆外觀質(zhì)量評價（與改進(jìn)前比較）

立面桔皮值圖4.1.2改進(jìn)前后車身垂直面桔皮值對比圖從車身面漆桔皮值（平面、垂直面）對比圖和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，改