表面缺陷分析

表面缺陷分析FIH-涂料分析檢測實(shí)驗(yàn)室張峰楠2023/1/121前言表面缺陷不僅影響美觀,它也大大地減少了表面處理的保護(hù)功能想要解決表面缺陷問題,我們就必須先了解各種缺陷的定義和起因,然後再執(zhí)行適合的預(yù)防計(jì)劃有許多的缺陷是可以經(jīng)過塗料的過濾和環(huán)境的管理就很快地被消除，如塵粒和污物，樹脂凝膠，顏料，素材表面清洗欠佳等但也有許多的缺陷則必須從塗料配方來進(jìn)一步的改善,方能達(dá)到所期望的效果，如更換溶劑和樹脂，調(diào)節(jié)助劑如顔料分散劑、流變劑、流平劑等2023/1/122缺陷原因大多數(shù)的表面缺陷與物質(zhì)流動有密切的關(guān)係。塗料被塗佈後,表面張力和地心吸引力便開始和對抗的粘力來操控塗料的流動。整體來說,濕漆膜的表面張力變異是造成許多的表面缺陷的主動力。而這些表面張力變異是受溫差與濃度差所影響塗膜在固化和乾燥過程中,溶劑的揮發(fā)會改變塗料的溫度和濃度。相同情況下,固化反應(yīng)的放(吸)熱現(xiàn)象,也能造成同樣的效果往往這些的變化是區(qū)域性的,很容昜就會造成表面張力差率。物質(zhì)會從低表面張力區(qū)流向高表面張區(qū)塗料的粘力(粘度)是主要的動力能抗阻表面張力差率所引起的流動,但如果粘度超高時,它會防礙塗料的流平,導(dǎo)至不同的表面缺陷2023/1/123表面科學(xué)1cm1cm1cm膜厚=10微米面積=1,000cm21mm1mm1mm粒子總數(shù)=1,000,000,000,000總面積=

60,000cm2粒子總數(shù)=1總面積=

6cm2霧化2023/1/124表面張力一種液體的收縮性表面力,借以使其傾向于呈現(xiàn)球形及顯出最小的可能表面表面能量是表面分子對體質(zhì)分子剩餘的能量。這相等于製造一面積單位所消耗的功能。表面能量(surfaceenergy,ergs/cm2)相等于表面張力(surfacetension,dynes/cm)[牛頓／米(N/M]高表面張力液體(如汞g~

319)低表面張力液體(如油g~

30)素材表面張力g~45(PC)素材表面張力g~45(PC)表面液體空氣2023/1/125表面張力溶劑的表面張力大多在22

-

31

dynes/cm樹脂的表面張力大多在34

-

58

dynes/cm表面張力值隨溫度升高而直線降低–溫度關(guān)係2023/1/126表面張力混合溶劑和樹脂溶液的表面張力–濃度的關(guān)係2023/1/127表面張力梯度許多的表面缺陷和濕塗層的表面張力梯度有很密切的關(guān)係。塗料（所有液體）會由低表面張力區(qū)流向高表面張力區(qū)。g1g2g1g1g2g2g1<g2g1~g2g1>g2表面張力g2023/1/128一些常見缺陷名稱水泡(Blisters)內(nèi)部氣泡(Airentrapment)溶劑泡(Solventpops)針孔(Pinholes)魚眼與彈坑(FisheyesandCraters)淺穴(Dimples,Benardcells)肥邊(Fatedge)桔皮(Orangepeel)流掛(Sags,runs,curtains)光澤變異(Glossvariation)色差(Colormismatch)異色班紋(Mottling)臟點(diǎn)、雜質(zhì)、毛絲(Dirt,foreignobjects,fibers)涂膜硬度不足(Filmhardnessdeficiency)色遮蓋不足(PoorHiding)乾噴(Dryspray)2023/1/129描述：表面的小氣泡或小氣孔通常是空氣在製造和噴塗過程中被困陷在塗膜裹、塗膜經(jīng)過固化後，表面呈現(xiàn)許多小氣泡或小針孔這一類缺陷不僅破壞美觀，也是將來造成腐蝕和不耐侯性的起點(diǎn)

內(nèi)部氣泡(AirEntrapment)2023/1/1210起因：塗料本質(zhì)就容易“穩(wěn)定”被困陷的空氣，容易產(chǎn)生泡沫霧化滴太大素材本身含許多氣孔如果塗料的粘度低和塗層能保持液態(tài)時間長，那些被困陷的空氣就能在塗膜固化前釋放出來，這樣就不會導(dǎo)至上述的問題相反地，在稀釋劑快揮發(fā)?塗料高粘度、快固化條件下，氣泡就很容易產(chǎn)生預(yù)防:使用消泡劑(Defoamers)令被“穩(wěn)定”的氣泡分裂採用揮發(fā)性較較低的稀釋劑採用正確的分散和混合工程，減少空氣被困陷在塗料中調(diào)整噴塗參數(shù)，防止空氣被壓溶在塗料中內(nèi)部氣泡AirEntrapment2023/1/1211水泡(Blisters)

描述：圓凸?fàn)钪∨?泡內(nèi)含溼氣可為單泡或多泡聚集,散布在漆面各處起泡(Blowing),airentrapment2023/1/1212起因：噴涂前素材表面含水份,或者有含水的污垢前制程素材水洗後沒完全烘干素材表面遺留指紋,汗(含鹽份,水份和油脂)素材曾在低溫下（冷氣房）儲存,移到噴涂前未除盡水氣高壓空氣管中含水份過高(通常此項(xiàng)會發(fā)生大量水泡)素材內(nèi)有小凹孔,藏在內(nèi)的水份,烘烤過程中被釋放出來金屬素材表面有銹跡,磷化渣貭,砂孔等水泡(Blisters)

2023/1/1213溶劑泡(Solventpop)別稱: 氣泡(Bubbles)

描述：圓凸?fàn)钪?內(nèi)含溶劑蒸氣(和水泡很像)一般的小泡直徑小于1mm當(dāng)氣泡爆破后,中間凹而圓邊凸起,形成如火山口狀或彈坑狀2023/1/1214起因：在烘烤過程中,漆的表面先成一片薄膜。未及時揮發(fā)的溶劑在高溫下產(chǎn)生蒸氣聚集形成氣泡。氣泡內(nèi)的壓力使漆面凸起,若氣泡壓力超過薄膜的漆伸延力,氣泡便爆破,形成圓邊凸起之彈坑流平時間不足,使漆在進(jìn)入烤爐前,大量溶劑仍留在漆內(nèi)噴層太厚,進(jìn)入烤爐前溶劑不能完全揮發(fā)掉溶劑混合比不正確。造成含揮發(fā)性低的溶媒過多底漆烘烤不足,仍有殘余的溶劑留在底漆內(nèi)噴槍空氣庒力太低熱源太近濕漆層表面,導(dǎo)致表面先乾烤爐溫度過高,導(dǎo)致表面成膜速度快於漆內(nèi)溶劑揮發(fā)速度噴房濕度太高,溫度太低。溶劑泡(Solventpop)2023/1/1215預(yù)防:確保素材表面清潔使用溶（稀釋）劑調(diào)漆時必須考慮到噴房內(nèi)的溫度,濕度和風(fēng)速,然後仔細(xì)選擇揮發(fā)性能配合當(dāng)時噴涂環(huán)境條件的混合劑每層漆膜厚度合適使用正確的噴漆氣壓力烘烤前有適當(dāng)?shù)牧髌?，避免加熱過快，熱源過近溶劑泡(Solventpop)2023/1/1216針孔(Pinholing)描述：小凹穴,通常出源於丁一層涂膜,直徑都小于1mm它們有時會散布成一片2023/1/1217起因：極微量的溶劑殘留在底層。在上層烘烤時,溶劑慢慢地上昇造成一隧道。由於上層的粘度大（固化中）不一容易流動,無化完全填滿這隧道,最後留下細(xì)長的空間噴槍的氣壓太低無法將涂料適當(dāng)?shù)匚⒘；?大粒子噴到素材表面時,微量的空氣被困在濕漆層中,烘烤時這些被困的氣泡就慢慢地被釋放出來形成針孔針孔(Pinholing)2023/1/1218預(yù)防:涂膜厚度合適使用正確的噴槍氣壓力,使涂料達(dá)到合適的噴霧烘烤前有適當(dāng)?shù)牧髌奖苊饧訜徇^快，熱源過近保持素材表面平滑乾淨(jìng)針孔(Pinholing)2023/1/1219魚眼(FishEyes)描述：魚眼呈中間凸起,圓邊凹下的形狀魚眼一般比氣泡大,直徑可大至5mm魚眼中間偶兒會有顆粒存在(是造成它的殘屍）(Cissing),火山口,彈坑

(craters)2023/1/1220起因：素材表面被低表面張力的物質(zhì)污染硅(Silicone)類有機(jī)物低分子碳?xì)浠衔?脂肪(Grease,wax)氟碳化合物(Fluorocarbons)裸手接觸素材涂料本貭太敏感,容易產(chǎn)生區(qū)域性的張力差異,導(dǎo)至魚眼形成魚眼(FishEyes)魚眼和針孔,水泡及氣泡不一樣。魚眼的形成是的上而下。有點(diǎn)像月亮的表面，大多的大山口是被外來的隕石衝撞得來的。2023/1/1221魚眼形成的基理高g流體低g污染物低表面張力的污染物造成向外的推動力,將涂料堆成一個外圈高凸的火山口

J= 流動量方程式

Dg

表面張力差 (dynes/cm)

h

粘度 (poise) h 膜厚 (cm)(D

g)h22h2023/1/1222魚眼形成的基理生產(chǎn)線上己確認(rèn)的成份硅液的小滴(Dropletsofsiliconefluid) (g~20dynes/cm)氟碳液的小水滴(Dropletsoffluorocarbonfluids) (g=15-20dynes/cm)消泡劑(Defoamers)凝膠體粒子(Gelparticles)灰塵(Dirt)纖維(Fibers)助濾物(Filteraids)噴霧物(Overspray)不溶硅化合物(Un-dissolvedsilicones)高壓氣管和機(jī)器的油滴(Oildropletfromcompressedair-lineormachines)2023/1/1223聚合物的表面張力(SurfaceTensionofPolymers)聚合物

表面張力,dynes/cm三聚氰胺[Melamine(HMMMtype)] 57.6環(huán)氧樹脂(Epon828) 46聚苯乙烯(Polystyrene) 42.6聚乙烯基氯(PVC) 41.9聚甲基丙烯酸樹脂(PMMA)壓克力 41.0聚乙烯基醋酸酯(Polyvinylacetate) 36.5聚丁基丙烯酸樹脂(PBMA) 34.6低分子PBA流平劑(Modaflow) 32低分子PEHA流平劑(Resiflow) 31.2聚二甲基硅氧烷[Poly(dimethyl

siloxane)] 19.8魚眼形成的基理2023/1/1224魚眼形成的基理聚二甲基硅氧烷[Poly(dimethyl

siloxane)]表面張力~

20

dynes/cm抗魚眼劑2023/1/1225預(yù)防:禁止在生產(chǎn)線上使用含硅的物貭護(hù)手膏髮膠脫模劑潤滑劑用適當(dāng)?shù)那逑慈苊饺绫?acetone)除去素材表面的硅化合物（小心素材被溶媒腐蝕）確保表面清潔。使用適當(dāng)?shù)拿撆D劑,脫脂劑保持噴房乾燥,排氣流通採用降低涂料表面張力的添加劑（危險！這類的添加劑舍會減低涂料的附著力）魚眼(FishEyes)2023/1/1226描述：為六角形的淺凹穴,

整體有如蜂巢室,直徑為

0.2–2.0mm淺凹穴(Dimples,BenardCells)2023/1/1227起因：在溶劑快速揮發(fā)吸熱的條件下，濕漆層的表面迅速冷卻。漆層內(nèi)便產(chǎn)生對流,形成許小旋渦。這些對流導(dǎo)至在不同的區(qū)域裏分離和沉澱不同的塗料成分,造成色差和表面凹凸不平有時,塗膜表面會在固化過程中流平,這些小凹穴則不易被觀察到。淺凹穴(Dimples,BenardCells)2023/1/1228起因：在著色塗層中,對流往往可能分離顏料,造成有如一款顏料浮在表面。這類的缺陷稱為色浮(Floating)預(yù)防:減低膜厚如果塗膜必需很厚,可採用多層薄塗方法增加塗料黏度採用適當(dāng)?shù)牧髯儎┛梢詼p小對流,甚至消除凹穴的產(chǎn)生將表面張力斜率降至最小添加少量的矽氧化合物採用低能量的樹脂儘量避開使用極化的聚合物要達(dá)到最理想的效果,往往上述的幾個方案都必須同時進(jìn)行。淺凹穴(Dimples,BenardCells)2023/1/1229肥邊(FatEdge)描述：塗膜在邊緣區(qū)域顯示比其他區(qū)域厚被塗物的底邊塗膜比較厚畫框(PictureFraming)2023/1/1230肥邊(FatEdge)起因：在烘烤過程中,邊緣的塗料溶劑會揮發(fā)比較快,因而導(dǎo)至表面張力異差造成塗料流向素材邊緣,形成肥邊。在加熱固化時,塗料受重力的影響流聚在素材的下端邊緣,形成肥邊。在嚴(yán)重的情況下則轉(zhuǎn)變成流掛。預(yù)防:一般的預(yù)防方法是利用少量的硅類有機(jī)物或其他的表面活劑來減少表面張力的差異使用適當(dāng)?shù)牧髯冎鷦?增加塗料的粘度2023/1/1231桔皮(OrangePeel)描述：漆膜表面不平整如同桔子皮表面桔皮和乾噴不一樣。桔皮的表澤不受其表面不平影響。乾噴除了表面粗糙,表面光澤也偏低2023/1/1232起因：桔皮的產(chǎn)生是因?yàn)閲姷剿夭纳系挠推崃鲃硬涣?無法展平,固化後仍保留表面的不規(guī)則性噴涂參數(shù)欠佳。槍距，空氣壓力，出漆量調(diào)節(jié)不正確過度乾噴或霧化導(dǎo)致傳遞途中揮發(fā)了過量溶劑,使漆落在素材表面後無法再流動使用不合適的稀釋劑,有過多易揮發(fā)的成份噴房和素材溫度過高,使揮發(fā)速度增快涂料粘度沒調(diào)好，混合也不均勻素材表面溫度變易不定，氣流不平衡霧化過低,漆粒太大漆料溫度過低,粘度太大濕度太低桔皮(OrangePeel)2023/1/1233預(yù)防:使用正確的噴涂手法，確定噴槍是調(diào)節(jié)對的調(diào)節(jié)涂料至合適的粘度均勻噴凃手法噴涂必須依據(jù)建立的溫度范圍內(nèi)使用產(chǎn)線的氣流必須穩(wěn)定，沒有渦流桔皮(OrangePeel)2023/1/1234流掛(Sags,Runs,Curtains)描述：通常在垂直面等處，出現(xiàn)漆膜局部過厚造成大波紋、乳頭現(xiàn)象。固化前,漆在垂直置放的素材表面會向下流(受重力影響),從而形成流掛Runs:SagsinnarrowbandsCurtain:Awidesag2023/1/1235起因：塗料粘度過低噴涂太厚,太濕槍頭氣路受堵,使噴出的圖案變形導(dǎo)致噴漆集中在某區(qū)域噴涂參數(shù)不正確,特別在噴涂形狀奇特的物件時,為了太注重細(xì)節(jié)而使其它區(qū)域噴過多噴槍太近,溶劑揮發(fā)不足,造成涂層流動性太好慢乾溶劑過多氣壓低,霧化過低,揮發(fā)不夠噴房溫度太低,溶劑揮發(fā)變慢塗料和素材溫度偏低預(yù)防:注意噴房的濕度和溫度(外邊進(jìn)來的空氣的變化)氣壓和噴槍的參數(shù)調(diào)節(jié)正確使用合適的增粘劑、流變劑來調(diào)整塗料的粘度流掛(Runs,Sags,Curtains)2023/1/1236表面霧白(Blushing)描述：塗膜表面蒼白,失去預(yù)期的光澤。一般比較常於溶劑多的噴漆,但也可能發(fā)生在烤漆或UV漆上。2023/1/1237起因與預(yù)防:這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在濕度高的時候噴塗。在噴塗過程中,溶劑的揮發(fā)會造成塗膜表面的溫度低過水氣的露點(diǎn),濕氣在膜面上便凝成小水滴,水滴引起樹脂和顏料沉澱或形成微空(Microvoids)受影響的區(qū)域會呈現(xiàn)蒼白或低光澤褪色的斑片流平區(qū)濕度過高稀釋劑揮發(fā)太快素材溫度太低降低噴房的濕度改用比較慢揮發(fā)性的稀釋劑在臨塗裝前,把素材加熱(如紅外線燈等)表面霧白(Blushing)2023/1/1238光澤變異(GlossVariation)描述：光澤是物體表反射光的能力,光澤低則反射光少。光澤變異範(fàn)圍可以為整片,局部,條狀,點(diǎn)狀等等2023/1/1239起因與預(yù)防:底漆濕噴。若某區(qū)域底漆濕噴,漆內(nèi)之顏料漂浮在表面。面漆噴完后,濕噴與干噴區(qū)可能顯現(xiàn)不同的光澤烤爐內(nèi)換氣不足,可使溶劑蒸氣無法排出?？稍谕勘硇纬杀§F用天然氣燃燒直接加熱的烤爐,其廢氣(CO,CO2,NOx)可和涂膜產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而改變表面光澤流平區(qū)濕度過高,高揮發(fā)性的溶劑在揮發(fā)時吸收四周能量,造成物表低溫下的濕氣凝成小水滴,水滴便形成表面霧白(Blushing)膜厚不足或者不均勻烘烤溫度過高或烘烤時間過久光澤變異(GlossVariation)2023/1/1240色差(ColorMismatch)描述：同批的涂料,噴涂前后產(chǎn)品的色差不同批號的涂料因調(diào)色手法差，得到明顯的色差2023/1/1241起因:濕乾噴變異所造成,在金屬漆尤其顯著。涂膜的濕度影響金屬粉或顏料的分佈而產(chǎn)生色差。

通常干噴顏色會比較淡。油漆攪拌不當(dāng),使色素分布不均。膜厚過薄,無法完全蓋住底層。造成底層的色彩透露至上層噴涂手法不同(平板式或離心式)造成顏料的分佈或排列不同,從而形成色差霧化及漆粒噴到物件的速度不同,造成色素的分布或者排列不同,從而形成色差素材不同:油漆用相同噴涂過程噴到塑件或金屬件上,有可能有色差素材表面咬花(或紋路)不同。油漆噴在細(xì)紋或粗紋的表面,用儀器測可能無色差,但用肉眼看時會有色差的感覺。故顏色檢查,通常要目視和儀器一起用烘烤時間太長或溫度過高,可使顏色過暗或變黃。有些漆料（如PU漆）對此條件特別敏感。色差(ColorMismatch)2023/1/1242預(yù)防:如前頁所寫的,造成色差的原因繁多。所以想要完全防止它的發(fā)生是相當(dāng)困難的?；旧?我們所能做到的就是儘量保持噴塗參數(shù)和程序完全不變,控制最後產(chǎn)品的色差能在客戶允許的範(fàn)圍內(nèi)。外邊引進(jìn)來的空氣(經(jīng)過濾)因氣候的改變(早晚溫差、晴雨天的乾濕),它的溫度和濕度對稀釋劑的揮發(fā)率有很大的影響。最後能令同批號的塗料產(chǎn)生可辨認(rèn)的淡暗色差下列的幾個條件佷容易造成色彩變淡快揮發(fā)的稀釋劑太多稀釋劑噴槍氣壓太高噴槍距離太遠(yuǎn)膜厚低乾噴色差(ColorMismatch)2023/1/1243班紋(Mottling)描述：比較常見于銀粉漆、主要是鋁粉排列不一致當(dāng)過度濕噴時、顏料與鋁粉分離，顏料聚集處成深色，而鋁粉則成亮班顏色分離(二種色彩)或顔料濃度不均(一種色彩)起雲(yún)(Clouding),異色2023/1/1244起因：一般的色彩常用兩種以上的顏料混合，他們的密度不同，當(dāng)過度濕噴時、它們因密度不同分離而造成班紋在溶劑在快速揮發(fā)吸熱的條件下，濕漆層的表面迅速冷卻。漆層內(nèi)便產(chǎn)生對流,便形成許小旋渦，小旋渦把顏料捲到四，金屬粉滯留于旋渦中間、如此便形成小圈狀的雜班因表面張力的原因,常使素材邊緣聚集過多的油漆,顏料可能上浮而形成深色邊框班紋(Mottling)2023/1/1245起因：使用不合適的稀釋劑稀釋劑加入太少噴涂參數(shù)不正確(噴槍,氣壓,溫度,濕度等沒調(diào)好)預(yù)防:調(diào)節(jié)噴塗參數(shù),使塗層整面乾濕均勻減低噴房的風(fēng)速,最好能利用空調(diào)來保持濕度和溫度的平衡。班紋(Mottling)2023/1/1246雜貭,毛絲(Impurity,Fiber)描述：多數(shù)由噴涂環(huán)境不清潔所造成在外觀上多是突起來的污垢

(Dirt),纖維(Thread),異色點(diǎn)(Bits)2023/1/1247起因：毛絲(Fiber,lint):多由衣服,紙,Maskingtape等材料的邊緣而來殘漆渣(Overspray):殘漆落在噴房四處,他們的碎片被吹起落在被噴的素材上。造成此問題的原因是:噴房內(nèi)氣流不平衡,無法排去殘漆素材表面的灰塵沒完全被清除涂料本身含有雜質(zhì)(如纖維,紙屑等等),沒過濾濾網(wǎng)太粗濾網(wǎng)太髒,缺少保養(yǎng)維護(hù),殘漆渣滲漏出來噴房、流平間、烤房等環(huán)境的空氣含灰塵調(diào)漆間坑髒、油漆沒蓋好調(diào)漆罐、涂料供應(yīng)管、噴槍未適當(dāng)清潔混合不適當(dāng)?shù)娜軇┦箻渲瑹o法完全溶解而形成小軟塊(microgel),這些軟塊滲過濾網(wǎng)而被噴到物件上壓縮空氣未過濾、或?yàn)V網(wǎng)太髒

雜貭,毛絲(Impurit