外飾件漆膜針孔缺陷分析與解決

馮宗理，李巖，陳星，楊佐明，趙連群

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400）

隨著重卡車結(jié)構(gòu)的不斷改進(jìn)，非金屬外飾應(yīng)用的逐漸推廣，重卡車車體外飾件逐步增多，主要有保險(xiǎn)杠、導(dǎo)流板、護(hù)輪罩、角板、車門下飾板等，整車目視感官質(zhì)量由車身漆面逐漸向外飾漆面轉(zhuǎn)移。重卡車外飾件由于種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多無法采用自動(dòng)化噴涂，而采用手工噴涂方式時(shí)，漆膜質(zhì)量更多受油漆材料質(zhì)量及生產(chǎn)過程控制的影響。針孔缺陷是漆膜在流平干燥過程中，留在漆膜里的氣泡頂出漆膜后留下的氣孔，無論對(duì)油漆外觀還是性能都有較大影響，而且大量的返修返工還會(huì)造成生產(chǎn)效率低下及大量成本浪費(fèi)。本文針對(duì)國內(nèi)某重卡車外飾件生產(chǎn)過程出現(xiàn)的針孔問題，通過合理的分析與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，找到針孔產(chǎn)生的原因并制定了改進(jìn)方案。

1 問題描述

某重卡車基地外飾件噴涂線上，單色漆(無罩光)在玻璃鋼(SMC)、聚丙烯(PP)、ABS(丙烯腈?丁二烯?苯乙烯共聚物)、冷軋鋼等材質(zhì)零部件表面噴涂后表面出現(xiàn)針孔缺陷，缺陷通過打磨拋光可輕微減少，但無法徹底消除。針孔缺陷出現(xiàn)在所有顏色的單色漆上，且表象相同。

該基地所使用的單色漆為雙組分丙烯酸樹脂油漆，配套稀釋劑、固化劑、助劑等。丙烯酸樹脂涂料有較高的光澤以及較好的耐候性、耐水性，干燥主要依靠溶劑揮發(fā)。

2 原因分析

漆膜的針孔缺陷主要由漆膜表面干燥過程中底層溶劑或水揮發(fā)，在涂膜表面頂出或未完全頂出而造成。頂出的溶劑呈針孔狀或火山狀，未頂出則呈氣泡狀。依據(jù)外飾件生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況，通過人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)層面分析，認(rèn)為引起溶劑揮發(fā)異常有以下幾個(gè)因素：(1)噴涂過厚，底層溶劑揮發(fā)受阻；(2)噴漆室內(nèi)溫濕度高，風(fēng)速過快，導(dǎo)致漆膜表干快，阻礙底層溶劑揮發(fā)；(3)烘干爐升溫過快，溶劑揮發(fā)過快，揮發(fā)孔未完全流平；(4)溶劑(尤其是非標(biāo)準(zhǔn)溶劑)本身揮發(fā)過快；(5)零部件底材表面粗糙，油漆流平性差；(6)零部件底漆未完全干燥，表面油漆下滲，在干燥過程中溶劑揮發(fā)遲滯；(7)涂料成分異常，顏料吸油性差，影響流平及揮發(fā)。

3 因素驗(yàn)證

(1) 經(jīng)調(diào)查，噴涂過程中噴漆室體溫度保持在24 ~ 25 °C，相對(duì)濕度60% ~ 70%，風(fēng)速0.3 m/s，未發(fā)現(xiàn)明顯的環(huán)境波動(dòng)因素，此環(huán)境不會(huì)導(dǎo)致金屬漆出現(xiàn)針孔缺陷。

(2) 通過人工噴涂2組不同膜厚(25 μm與55 μm)的零部件進(jìn)行驗(yàn)證，分2道噴涂，每道槍距和槍速相同，結(jié)果低膜厚與高膜厚的針孔缺陷表現(xiàn)相同。

(3) 通過爐溫曲線監(jiān)控與充分自然表干對(duì)比，針孔缺陷未見減少。同時(shí)，爐溫實(shí)測(cè)初始烘干溫度低于油漆技術(shù)要求的烘干標(biāo)準(zhǔn)溫度。但將烘干爐一區(qū)關(guān)閉，通過二區(qū)三區(qū)緩慢烘干，針孔缺陷有所減少。但因烘干不足，漆膜硬度不滿足標(biāo)準(zhǔn)。

(4) 選取兩組相同零部件，通過噴涂清漆與重新噴涂底漆并烘干后再次噴涂，將底漆層缺陷封住，針孔缺陷依然存在，因此排除底材對(duì)針孔的影響。

(5) 將油漆黏度下調(diào)10%，針孔缺陷無明顯減少。

除以上驗(yàn)證措施外，對(duì)噴涂過程濕膜狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，噴涂后3 ~ 4 min內(nèi)通過指觸法發(fā)現(xiàn)漆膜表干較快。同時(shí)，對(duì)比外協(xié)噴涂同顏色外飾件后發(fā)現(xiàn)，外協(xié)噴涂效果較好。調(diào)查外協(xié)噴涂過程后認(rèn)為，采用低溫較長時(shí)間烘干是主要不同點(diǎn)。

根據(jù)以上結(jié)果，初步判斷，油漆在噴涂、閃干過程表干過快，下層溶劑揮發(fā)過慢，導(dǎo)致入爐烘干加熱過程中溶劑頂出而形成針孔。

4 根因判斷

由于油漆技術(shù)說明中未對(duì)施工過程溶劑揮發(fā)速率有明確要求，且油漆供應(yīng)商未提供揮發(fā)速率標(biāo)準(zhǔn)，因此只能依據(jù)常規(guī)低溫溶劑型油漆揮發(fā)速率進(jìn)行判斷。常規(guī)溶劑型涂料在噴涂、閃干過程中大部分溶劑會(huì)揮發(fā)出去，僅留小部分溶劑通過烘干揮發(fā)。通過測(cè)量噴涂過程中油漆質(zhì)量損失后計(jì)算確認(rèn)，溶劑在噴涂、閃干、烘干過程中揮發(fā)梯度異常，表干快，底層揮發(fā)過慢。為驗(yàn)證油漆施工是否存在問題，使用國內(nèi)某一線合資品牌油漆進(jìn)行對(duì)比。從表1來看，當(dāng)前所用油漆的施工性不滿足產(chǎn)品要求，需進(jìn)行調(diào)整。

表1 2種油漆在閃干及烘干過程中的質(zhì)量損失Table 1 Mass loss of two kinds of paints during flash drying and baking

5 改進(jìn)措施

針對(duì)油漆因素，采取3條措施進(jìn)行改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 改進(jìn)措施及其實(shí)施效果Table 2 Improvement measures and implementation results

由于季節(jié)變換，天氣轉(zhuǎn)熱，快干溶劑不再適用。同時(shí)，因產(chǎn)量因素，多遍噴涂無法在高產(chǎn)的情況下執(zhí)行。對(duì)油漆原材料進(jìn)行調(diào)整成為解決此次針孔問題的唯一途徑。油漆供應(yīng)商通過對(duì)單色漆樹脂成分及助劑的調(diào)整，有效解決了針孔問題(見圖1)。

圖1 針孔問題改善前(a)、后(b)漆膜的顯微照片F(xiàn)igure 1 Micrographs of coating before (a) and after (b) improvement on pinhole problem

6 結(jié)語

通過針孔缺陷問題的分析和解決，總結(jié)了施工過程中以下3點(diǎn)反思：

(1) 油漆初始技術(shù)條件要覆蓋整個(gè)施工過程中可能遇到的缺陷。

(2) 針孔缺陷主要由溶劑揮發(fā)所引起，常規(guī)經(jīng)驗(yàn)判斷易趨向于溶劑揮發(fā)過快，但在外飾件噴涂的特定條件下，溶劑揮發(fā)過慢同樣會(huì)產(chǎn)生針孔。

(3) 通過日常對(duì)溶劑揮發(fā)速率的監(jiān)控可及早發(fā)現(xiàn)涂膜缺陷隱患(如針孔、發(fā)花等)，提前做好預(yù)防措施。