油漆桔皮的控制

王宗明 吳靈龍 劉濤

（上海大眾汽車有限公司）

油漆桔皮可以通過激光桔皮儀進(jìn)行定量測定，桔皮儀測定原理是利用60°激光聚焦在涂層表面，在10cm的距離內(nèi)定量測定涂層表面波紋的光學(xué)輪廓，獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。為模擬人眼的分辯率，將波紋結(jié)構(gòu)尺寸＞0.6 mm的測量數(shù)據(jù)歸納為長波，代表了表面較長波幅的變化；將波紋結(jié)構(gòu)尺寸＜0.6 mm的數(shù)據(jù)歸納為短波，代表較短波幅的變化。數(shù)值越低，表示涂層表面的桔皮越少，表面質(zhì)量越好。長短波的影響因素眾多，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，而中涂、色漆及清漆對長波的影響明顯[1-2]。目前并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)油漆桔皮，各大汽車廠商根據(jù)自身情況制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來控制油漆桔皮。

1 油漆桔皮產(chǎn)生的機(jī)理及防治措施

研究表明：桔皮缺陷大多是由濕漆膜內(nèi)涂料流動引起，受表面張力、重力及粘滯力等的制約，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，隨溶劑的揮發(fā)粘度增大，這樣造成濕漆膜里層和表層之間的表面張力和粘度的梯度。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，形成桔皮。

影響桔皮的因素較多，要減少桔皮，就需對涂裝生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，主要還是從涂裝設(shè)備、工藝和材料等方面進(jìn)行改善[3]。優(yōu)良的車身鋼板（粗糙度Ra≤1 m）、磷化和電泳涂層質(zhì)量可為中涂和面漆提供一個良好的涂層基礎(chǔ)。中涂漆應(yīng)選擇對電泳涂層填充效果好、抗流掛和流平性能好的油漆。一般情況下，在滿足遮蓋力的前提下要盡量減少色漆的膜厚，并要防止漆霧對車身的影響。金屬色漆漆膜的干燥也十分重要，在不干的金屬色漆層罩清漆易引起桔皮和失光[4]。烘干方式、工藝溫度等對桔皮的產(chǎn)生也有影響，在烘干時應(yīng)使升溫曲線平坦些，保證色漆和清漆噴涂后在閃干期間要有足夠流平和溶劑揮發(fā)的時間[5]。生產(chǎn)時應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，否則會造成車身不同部位干燥程度不一樣，桔皮會更明顯。油漆粘度的增加會減少油漆流平時間，引起長短波的增加，尤其對長波影響更大。在實(shí)際生產(chǎn)過程中可使用快干、慢干流平劑來改善涂膜外觀，性能好的流平劑能降低熔融粘度，有助于熔融混合和顏料分散，提高底材的潤濕性和涂層的流動流平。某汽車制造廠A和B線都是采用傳統(tǒng)溶劑油漆和機(jī)器人噴涂的涂裝工藝，某次B線三平面出現(xiàn)長短波數(shù)據(jù)超差，造成大量返工。以下對其原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決措施。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 油漆工藝

白車身→預(yù)處理→電泳→電泳烘房→PVC→PVC烘房→電泳打磨→吹灰擦凈→中涂內(nèi)腔人工噴涂→中涂外表機(jī)器人噴涂→中涂烘房→中涂打磨→吹灰擦凈→色漆內(nèi)腔人工噴涂→色漆ESTA噴涂→色漆GUN噴涂→色漆小烘房強(qiáng)制閃干→清漆內(nèi)腔人工噴涂→清漆外表ESTA噴涂→面漆烘房→整理報(bào)交。

表1和表2分別示出在正常生產(chǎn)條件下，測量A和B線50臺車身電泳+中涂+面漆后（深黑）三平面的平均長短波數(shù)據(jù)。

表1 A線電泳+中涂+面漆

表2 B線電泳+中涂+面漆

文章以改善B線油漆桔皮為研究對象，探究油漆桔皮的一些控制方法及解決對策。表3示出某次B線長短波數(shù)據(jù)超差時采集的20臺車身電泳+中涂+面漆后（深黑）三平面的平均長短波數(shù)據(jù)。

表3 B線電泳+中涂+面漆

首先對中涂、色漆及清漆材料批次、機(jī)器人噴涂和施工參數(shù)及設(shè)備故障記錄進(jìn)行調(diào)閱分析，材料批次、噴涂參數(shù)（流量、成型空氣、高壓、轉(zhuǎn)速等）和施工參數(shù)（沉降風(fēng)速、溫濕度、粘度、助劑等）無變化和異常，設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 分層膜厚

對電泳車身、中涂車身、色漆車身及清漆車身的前蓋中間區(qū)域各涂層進(jìn)行分層膜厚測量，各個涂層符合工藝要求的最佳膜厚，為此B線車身長短波數(shù)據(jù)的超差可以初步排除涂層膜厚變化因素。表4示出長短波數(shù)據(jù)超差時各涂層分層膜厚。

表4 長短波數(shù)據(jù)超差時各涂層分層膜厚 μm

由于鍍鋅涂層膜厚在7～9 μm，從分層膜厚可以看出，各涂層膜厚數(shù)據(jù)正常，總膜厚在130 μm左右。

2.3 調(diào)整清漆施工參數(shù)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證清漆施工參數(shù)對長短波的影響，清漆平面區(qū)域機(jī)器人噴涂流量增加20 mL/min，流平劑添加量增加1%，車身三平面長短波數(shù)據(jù)無明顯改善，數(shù)據(jù)仍然超差。

2.4 排除色漆漆霧飛揚(yáng)

噴漆室內(nèi)色漆漆霧飛揚(yáng)，一種是人工補(bǔ)噴內(nèi)腔時飛揚(yáng)至外表；另一種是色漆機(jī)器人ESTA旋杯轉(zhuǎn)速過高，使霧化過細(xì)，導(dǎo)致漆霧損失，溶劑揮發(fā)過快，使涂膜所含溶劑量降低，漆霧飛揚(yáng)和轉(zhuǎn)速過高都容易引起失光和桔皮。取消色漆人工內(nèi)腔噴涂，只進(jìn)行色漆機(jī)器人外表噴涂，消除人工內(nèi)腔噴涂時對車身外表造成的漆霧影響，測量面漆烘干后車身平面長短波數(shù)據(jù)，與表3進(jìn)行對比，結(jié)果無明顯改善。驗(yàn)證色漆ESTA轉(zhuǎn)速過高因素，降低色漆ESTA轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速從35 000 r/min降至32 000 r/min，轉(zhuǎn)速降低約9%，長短波數(shù)據(jù)平均值分別為5.9和23.9，結(jié)果無明顯改善（小于10%）。

2.5 優(yōu)化中涂施工參數(shù)

增加B線三平面中涂機(jī)器人噴涂流量20 mL/min和成型空氣20 NL/min，使中涂三平面平均膜厚較修改前增加2 μm，面漆后的三平面長短波數(shù)據(jù)平均值分別為5.8和24.1，與表3進(jìn)行對比，結(jié)果無明顯改善。

2.6 優(yōu)化電泳涂層

表5為相同板材分別經(jīng)A線和B線電泳后的長短波數(shù)據(jù)，對比可以看出，B線電泳板材長波、短波數(shù)據(jù)都比A線高。

表5 A、B線電泳長短波數(shù)據(jù)

將A線和B線兩種電泳后的板材做交叉對比驗(yàn)證，即經(jīng)A線電泳后的板材在B線進(jìn)行中涂和面漆，經(jīng)B線電泳后的板材在A線進(jìn)行中涂和面漆。在各涂層分層膜厚和總膜厚一致的情況下，分別測取長短波數(shù)據(jù)，測取結(jié)果，如表6所示。

表6 A、B線交叉試驗(yàn)面漆長短波數(shù)據(jù)

從上述試驗(yàn)結(jié)果可看出，車身板材經(jīng)A線電泳后，經(jīng)后道中涂和色漆參數(shù)及操作的優(yōu)化，長短波未見明顯改善，可以推斷A線電泳參數(shù)方面未調(diào)整至最佳狀態(tài)，通過將A線和B線兩種電泳后的板材做交叉對比試驗(yàn)，進(jìn)一步佐證了這一推斷。為此對A線電泳參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，電泳高沸點(diǎn)溶劑添加量由0.3%增加至1.0%，以此改善電泳漆膜的流平，車身板材經(jīng)A線中涂和面漆后測得長短波數(shù)據(jù)平均值分別為3.6和15.2，符合該制造廠的標(biāo)準(zhǔn)要求。圖1為電泳調(diào)整前后的微觀漆膜狀態(tài)。圖1a電泳漆膜表面明顯粗糙，同時存在凹坑，說明電泳漆流平性能較差。增加電泳溶劑添加量后，電泳漆膜的流平性明顯好轉(zhuǎn)，漆膜細(xì)致均勻。

圖2示出分別在圖1a和1b的電泳板材上直接噴涂色漆，經(jīng)過烘干后呈現(xiàn)的漆膜微觀狀態(tài)，圖2的狀態(tài)也在一定程度上反映出電泳漆膜的狀態(tài)，圖2a色漆漆膜表面比圖2b明顯粗糙，原因是電泳漆膜的粗糙表面向上傳遞影響著色漆層漆膜的粗糙度，進(jìn)而影響面漆后油漆桔皮狀態(tài)。

3 結(jié)語

綜上所述，板材表面的缺陷未能很好地被電泳涂層遮蓋和消除，不能為中涂和面漆提供一個良好的涂層基礎(chǔ)，即使在后道的中涂和面漆工序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，面漆后的長短波改善也是有限的，免中涂水性漆工藝少了一道中涂涂層，面漆的外觀將會更加依賴電泳表面的涂層質(zhì)量。文章通過改善電泳涂層的流平性，解決了面漆長短波數(shù)據(jù)超差，使漆膜外觀得到極大的改善。