客車車身油漆色差原因及控制

胡 玲, 陳 向, 黃茂韶, 傅赟果, 黃斐榮

(比亞迪汽車工業(yè)有限公司, 廣東 深圳 518118)

隨著客車消費(fèi)市場(chǎng)的發(fā)展和消費(fèi)者審美水平的提高,人們對(duì)客車的外觀品質(zhì)要求也越來越高。目前,客車多采用定制化生產(chǎn)模式,由于涂裝作業(yè)自動(dòng)化水平較低,且客車車身結(jié)構(gòu)復(fù)雜,材料種類較多,油漆色差問題一直是客車涂裝生產(chǎn)中的難題[1]。造成色差的原因較為復(fù)雜,涉及涂裝作業(yè)的整個(gè)過程,這給客車油漆色差控制帶來了挑戰(zhàn)。本文從技術(shù)層面較深入地分析客車車身油漆色差產(chǎn)生的原因,并提出相應(yīng)的控制措施。

1 客車車身油漆色差原因

油漆色差評(píng)價(jià)是為了判斷涂裝的油漆顏色匹配是否可以被接受,有目視評(píng)價(jià)和儀器測(cè)試評(píng)價(jià)兩種方式,以目視評(píng)價(jià)為主,儀器評(píng)價(jià)為輔。

客車車身油漆色差產(chǎn)生的原因較為復(fù)雜,無法簡(jiǎn)單地用具體的特征或過程來進(jìn)行描述。但可以基于顏色的三個(gè)屬性(即色調(diào)、明度和彩度)[2],在油漆成分、噴涂表面、噴涂技術(shù)、噴涂環(huán)境、烘干技術(shù)等方面進(jìn)行分析。

1.1 油漆成分

油漆的顏料對(duì)光有吸收特性,這是油漆具有遮蓋力的原因,也是油漆顏色表征的基礎(chǔ)。油漆的遮蓋力受油漆涂層中的顏料粒子濃度和排布方式的影響[3]。當(dāng)油漆膜厚不均勻時(shí),會(huì)因油漆涂層中的顏料粒子分布不均勻而導(dǎo)致色差。不同批次油漆顏料種類不一樣時(shí),會(huì)因存在顏料同色異譜特性而導(dǎo)致色差[4]。此外,油漆分散介質(zhì)的揮發(fā)性對(duì)油漆黏度影響很大,黏度的變化會(huì)影響顏料粒子在油漆涂層中的分布,從而導(dǎo)致油漆色差問題。如果油漆在批次檢測(cè)時(shí)存在色差,一般很難在實(shí)車上通過施工工藝優(yōu)化得到改善[5]。

油漆中可能包含的其他成分(如鋁粉或珠光粉)對(duì)光具有復(fù)雜的作用過程(包括反射和透射),而且這些過程也受到這些成分的濃度和排布方式的影響,并最終反映在色差上。例如,鋁粉金屬漆除了有顏料的吸收作用外,還存在片狀鋁粉的鏡面反射,鋁粉自身的形態(tài)和排布方式會(huì)導(dǎo)致不同的光學(xué)效果,所以金屬漆的色差還反映在明度上。珠光漆中的珠光粉為半透明材料,對(duì)光兼有漫反射、透射和鏡面反射,它這種復(fù)雜的光作用過程對(duì)油漆的彩度影響較大,經(jīng)常產(chǎn)生與彩度緊密相關(guān)的色差問題[6]。

在面漆調(diào)配過程中,調(diào)漆細(xì)節(jié)的變動(dòng)可能導(dǎo)致色差問題。因?yàn)橛推犷伾鼙旧珴{、顏基比、防沉劑等影響較大,如果在調(diào)配時(shí)分散性差,著色顏料在涂料中分散不均勻會(huì)導(dǎo)致色差問題。另外,在存儲(chǔ)過程中,存儲(chǔ)溫度的波動(dòng)或者存貯時(shí)間過長(zhǎng),也會(huì)導(dǎo)致油漆成分發(fā)生變化而帶來色差問題[7]。

1.2 噴涂表面

油漆涂層的色差與噴涂表面有很大關(guān)系。如果噴涂表面的光滑性差,會(huì)導(dǎo)致漆膜厚度不均勻,從而產(chǎn)生色差。在客車涂裝過程中,面漆直接噴在中涂層表面,因此中涂層的表面光滑性對(duì)油漆外觀非常重要,這要求中涂層的打磨要非常細(xì)致。由于原子灰具有吸水性,若在底漆涂刮較多原子灰,可能會(huì)吸收中涂層中水分,使其發(fā)生皺縮,導(dǎo)致中涂層不平整或者產(chǎn)生微小缺陷。這種表面特性的變化最終使面漆膜厚不均勻而導(dǎo)致色差。

此外,不同材料的表面對(duì)光的反射特性不同,當(dāng)漆膜厚度不足以消除底材影響時(shí),就會(huì)帶來色差問題。相比于金屬漆和珠光漆,單色漆的遮蓋力較差,面漆膜厚上的微小變化都可能導(dǎo)致較大的色差。對(duì)于白色和黃色的淺色漆,在常規(guī)施工條件下,漆膜厚度并不能達(dá)到黑白格意義上的完全遮蓋,這種情況下有部分光穿透面漆而被中涂層吸收和再反射回面漆層,所以感官顏色往往是面漆層和部分中涂層吸收光譜的疊加。因此通過增加膜厚提高遮蓋力來消除色差的方法往往是行不通的,因?yàn)樵黾幽ず駮?huì)使色相增加從而導(dǎo)致其他色差問題。

1.3 噴涂技術(shù)

不同噴涂技術(shù)會(huì)影響油漆在噴涂表面的均勻分布,噴涂不均勻?qū)е峦繉雍穸冗^厚或過薄就會(huì)產(chǎn)生色差?？蛙囓嚿沓Ｊ褂每諝鈬姌寚娡坑推?油漆的霧化程度和顆粒大小取決于壓縮空氣的流量、流速和油漆噴出量。油漆霧化不好會(huì)導(dǎo)致膜厚變化、金屬粉和珠光粉排布方式的變化,從而導(dǎo)致色差。在人工噴涂的情況下,因操作人員的走槍速度、槍與被噴涂面距離和角度的變化,使得色差控制更為困難。即使油漆材料相同,但噴涂設(shè)備不同,噴出的漆膜顏色也可能不同。

1.4 噴涂環(huán)境

涂裝車間的潔凈度對(duì)車身油漆品質(zhì)有很大影響,主要表現(xiàn)為空氣中的微粒(粒徑小于10 μm)聚集掉落在漆面上,產(chǎn)生油漆外觀弊病而導(dǎo)致色差。環(huán)境溫度也會(huì)使油漆的黏度發(fā)生變化,從而影響油漆的流平,使表面輪廓特性發(fā)生變化導(dǎo)致色差。環(huán)境濕度對(duì)油漆閃干、流平、固化過程影響較大,對(duì)漆膜色差的影響更大,會(huì)產(chǎn)生與亮度有關(guān)的色差問題。

1.5 烘干技術(shù)

烘干溫度波動(dòng)常導(dǎo)致油漆色差問題。當(dāng)烘干室內(nèi)溫度梯度過大時(shí),容易造成局部過度烘干或部分未達(dá)到烘干要求的情況。

烘干溫度過高,涂層容易發(fā)黃,即常說的“黃變”現(xiàn)象。油漆黃變主要與構(gòu)成涂層聚合物鏈的熱氧化降解有關(guān)。油漆中的油類樹脂(如含芳香環(huán)的環(huán)氧樹脂、TDI型聚氨酯、酚醛樹脂等)的不飽和鏈在加熱過程中很容易受到氧氣的攻擊,雙鍵氧化后生成過氧化物或環(huán)狀化合物產(chǎn)生發(fā)色基團(tuán)導(dǎo)致黃變[8]。

烘干溫度過低可能會(huì)導(dǎo)致漆膜中樹脂交聯(lián)固化反應(yīng)不完全而導(dǎo)致失色。另外,根據(jù)爐溫曲線,即使在烘房溫度恒定的情況下,車體送入烘房后,也需要一段時(shí)間才能達(dá)到所需溫度,如果生產(chǎn)中烘烤時(shí)間被壓縮將導(dǎo)致漆膜交聯(lián)固化不完全,也會(huì)導(dǎo)致色差問題[1]。

2 客車車身油漆色差控制方法

2.1 油漆原料購置和存儲(chǔ)管控

涂裝車間需對(duì)每批次的油漆原材料進(jìn)行入庫檢測(cè),對(duì)油漆的黏度、遮蓋力、膜厚等主要性能進(jìn)行檢驗(yàn),合格后方可入庫。油漆在儲(chǔ)存過程中,必須維持各種色漿的色相、黏度、固含量和著色力等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)定,這需要嚴(yán)格控制存貯的環(huán)境溫濕度。此外,需要加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)色板的制作和管理。標(biāo)準(zhǔn)色板制作應(yīng)與涂裝車間的噴涂工藝一致,客戶提供的色卡和色板需要在避光、干燥的條件下保存,且在使用過程中要避免被污染和損壞[9]。

2.2 噴涂過程管控

對(duì)涂裝過程要實(shí)行嚴(yán)格的管控,主要從噴涂設(shè)備、噴涂參數(shù)、人員調(diào)配等方面考慮。在噴涂過程中,可用高速自動(dòng)靜電噴杯、噴槍及自動(dòng)空氣噴槍等機(jī)器人噴涂方式來替代人工噴涂。同時(shí),對(duì)噴涂參數(shù)進(jìn)行全面監(jiān)控,包括噴漆量、噴幅、槍距、噴涂角、噴涂氣壓、循環(huán)壓力等。一般當(dāng)色漆膜厚達(dá)到遮蓋厚度時(shí),其總色差值將不再發(fā)生較大的波動(dòng),所以在油漆噴涂過程中,一定要保證色漆膜厚達(dá)到遮蓋力要求[5]。

淺色單色漆遮蓋力普遍偏低,容易受底色影響,導(dǎo)致色相相差較大,這種情況可噴涂淺白色打底漆來解決[10]。對(duì)于金屬漆和珠光漆,采用多次薄噴的方式來消除金屬或珠光粒子的定向排布并保證它們?cè)谀又芯鶆蚍植肌娡凯h(huán)境也需要每班次點(diǎn)檢一次,主要包括調(diào)漆間和噴房的溫濕度,在低溫低濕和高溫高濕季節(jié)時(shí),油漆中需要加入不同品種的稀釋劑,并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2.3 烘干過程管控

面漆烘烤房的烘干曲線同樣需要每班次測(cè)量一次,確定其在烘干工藝設(shè)定的窗口內(nèi),防止烘干過程中溫度波動(dòng)。一般大型烘干室溫差在10 ℃以下,小型烘干室溫差則不應(yīng)大于5 ℃。除了監(jiān)控烘烤室溫度,還應(yīng)嚴(yán)格控制烘烤時(shí)間,避免烘烤欠佳或過量的情況發(fā)生。

2.4 色差趨勢(shì)綜合管控

色差檢測(cè)數(shù)據(jù)龐大,而且現(xiàn)有檢測(cè)方式的數(shù)據(jù)源相互獨(dú)立,無法綜合分析顏色色相變化趨勢(shì),導(dǎo)致對(duì)即將出現(xiàn)的色差問題無法有效預(yù)警和迅速做出反應(yīng)。在這種情況下,需要從源頭、過程、終端對(duì)油漆色差進(jìn)行綜合管控[11],建立油漆色差趨勢(shì)綜合管控機(jī)制,通過供應(yīng)商、工廠、品質(zhì)三方色差數(shù)據(jù)分享聯(lián)動(dòng),實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控色差數(shù)據(jù),快速獲取數(shù)據(jù)分析結(jié)果,有效預(yù)防和管控油漆色差問題。

另外,油漆色差評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)因測(cè)試儀器和評(píng)價(jià)方法的變化而發(fā)生改變。目前的色差評(píng)價(jià)方法主要是人眼目視和儀器測(cè)試。其中,目視受人主觀因素影響,在評(píng)價(jià)結(jié)果上較難達(dá)成一致。儀器測(cè)試是基于CIELab色差法(圖1)[4],該方法以空間總色差(ΔE)為基本評(píng)價(jià)參數(shù),在處理顏色參數(shù)時(shí)僅考慮了理想條件下的空間數(shù)值變化,并未考慮顏色空間表達(dá)的方向和梯度差異及環(huán)境因素的影響,所以色差評(píng)價(jià)在一定程度上存在局限性。表1為國內(nèi)幾家客車企業(yè)采取的車身油漆色差評(píng)價(jià)方法。

表1 國內(nèi)客車企業(yè)油漆色差評(píng)定方法

圖1 Lab色空間圖

為了準(zhǔn)確、客觀地對(duì)油漆顏色進(jìn)行評(píng)價(jià),需要基于某種邏輯表達(dá)的人機(jī)協(xié)同的評(píng)價(jià)體系。同時(shí),為了解決色差檢測(cè)指標(biāo)單一問題,探索與色差有間接聯(lián)系的輔助指標(biāo)(如遮蓋力),并進(jìn)一步細(xì)化色系,加設(shè)明度、色調(diào)、彩度的視覺容差條件,建立多指標(biāo)、多維度、立體的數(shù)字化評(píng)價(jià)體系是必要的。

3 結(jié)束語

本文針對(duì)客車涂裝過程中出現(xiàn)的油漆色差問題,從工藝和技術(shù)層面,深入分析和討論了色差產(chǎn)生的原因,并基于色差控制的最新研究成果和涂裝技術(shù)的進(jìn)展,提出了優(yōu)化措施,為分析和解決客車車身油漆色差問題提供了理論支持和借鑒,并為進(jìn)一步提升客車油漆外觀品質(zhì),提升客車的裝飾性提供了創(chuàng)新思路和方案。