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水性面漆涂膜橘皮原因分析及解决方案浅析

文章出处:广东绿色大地化工有限公司 人气:-发表时间:2017-06-01 10:43:00

摘自2017年5月31日吴吉霞/江淮汽车 现代涂料与涂装


0   引言

随着社会的进步,人们对汽车的评价不仅限于汽车的动力性能、安全性能、操作舒适性能等,还特别要求汽车漆膜的装饰性,因此汽车的外观质量也成为人们评价汽车质量的重要依据。以往对汽车漆膜涂层外观质量视觉效果的评估主要是通过它的颜色及肉眼的视觉效果进行,现在对漆膜的影像清晰度及表面是否有橘皮亦提出了要求,波纹大小不同的表面,给人的视觉感官也不同。此时,汽车厂商将漆膜橘皮列为涂装车间下线检查工位的必检项目之一,但是在汽车实际生产过程中,由于汽车使用的板材、涂装材料、喷涂设备、喷涂环境、现场工艺参数管控以及施工工艺等方面的影响,汽车涂膜难免产生橘皮缺陷。橘皮会导致车身鲜映性、丰满度和平整光滑度等外观性能下降,会直接影响中高档轿车的漆膜外观质量。如何解决漆膜橘皮缺陷问题,提高漆膜外观质量是各大汽车厂商都会遇到的一个难题。本文将结合涂装实际生产现场,就水性面漆涂膜橘皮的成因,检测方法以及改善措施等进行分析和探讨。

1    橘皮定义及成因

1.1   橘皮定义

橘皮是涂膜表面的一种波浪式纹路,在对车身进行喷涂时漆膜表面出现类似的橘子皮、柚子皮那样的皱纹。皱纹的凹凸度约3μm左右。我们根据波长范围不同分为长波、短波两种,汽车漆波纹结构的波长一般在0.130mm,视觉进行评估时通常用橘皮程度或纹理大小等主观术语来描述。在高光泽表面能观察到橘皮,即在亮暗区域交替的波纹结构,由于表面波纹每点的倾斜度不同,造成入射光线会朝着不同方向放射,只有对应我们人眼方向的反射光线的部分被视为亮区域,所以橘皮也可定义为“高光泽表面的波状结构”。在涂装车间,车身漆膜表面的橘皮使涂层表面目视有斑纹、未流平的感官。

1.2    橘皮的成因

车身涂层的颜色、光泽、雾影度和表面结构等影响着人们的视觉效果,光泽和影像的清晰度常用来衡量涂层的外观。但当漆膜表面有橘皮时,细小的波纹会干扰反射影像,使图像边缘变得模糊且不再清晰,降低漆膜表面的明亮度或鲜映性,降低漆膜外观质量,所以橘皮是涂装过程中常见又较难克服的流平性问题(主要是垂直面),影响漆膜表面橘皮的因素包括涂料本身的粘度、底材粗糙度、喷涂工艺、喷涂环境等很多方面,现在国内使用的大部分涂料厂家都会选择合适的稀释剂用于调整涂料粘度,优化流平效果,除此之外,现场车身漆膜存在的橘皮缺陷,主要是由生产控制,底材粗糙度、喷涂工艺及喷涂设备等方面造成的。

从涂料本身来说,涂料在配方设计过程中,均会选择合适的溶剂,添加部分流平助剂,或在现场根据喷涂环境添加一些挥发性较慢的高沸点有机溶剂,确保现场施工粘度在涂料设计的温度-粘度曲线范围内,改善涂料的流平性,确保达到合格的漆膜外观质量。

从喷涂工艺方面,喷涂的压力、喷涂量、喷涂距离、走枪速度、一次喷涂的厚度、流平时间、流平温度等均影响漆膜流平,喷涂方面,选择雾化性能良好的喷涂设备,使涂料达到良好的雾化效果。膜厚对橘皮的也有影响,主要是波长光谱有助于优化表面外观,调整合适的涂层厚度,在控制到清漆不流挂的限度下,增加清漆层厚度可改善流动和流平性能,并且适当的延长流平时间。综上所述,漆膜橘皮是由多方面因素引起的。

2   漆膜橘皮检测方法

2.1   目视法

在涂装检查工位,用人眼聚焦在车身漆膜的光源反射影像上,进行目视主观定性分析反射光的清晰度就可以从视觉上评估漆膜外观效果。当眼睛聚焦在光源的反射影像上时,评估成像质量,在漆膜外观较差的情况下,灯管在漆膜表面看起来模糊且不清晰,灯管的边缘有不同程度的弯曲,漆膜表面的橘皮就比较明显,漆膜橘皮较严重的车身,还可以通过用手在车身表面触摸的方式进行主观分析判定;外观较好的漆膜,灯管可获得清晰的反射,橘皮就不明显。目视测量法受检测环境、检测人员的视力、心情、眼睛聚焦的位置及个人经验影响很大,评估时主要通过用橘皮程度或者纹理大小等主观术语来描述,不能确保汽车漆膜有一致的外观质量。

2.2   仪器测量法

为了汽车漆膜外观质量得到可靠而实际的质量保证,需要用客观的、可测量的标准进行衡量,对汽车漆膜外观准确的定量特征描述不仅能帮助控制漆膜质量,也可以提高漆膜质量和改善制造工作。目前汽车行业普遍采用橘皮仪来测量漆膜表面橘皮的质量,橘皮仪可模拟视觉观察,仪器的光学系统扫描表面波纹的亮/暗区域,就像人眼一样,橘皮仪的测量观测原理为,使用60°的点状激光光源作为入射角照射漆膜表面,而探测器在对面的相同角度上测量反射光,橘皮仪在被测漆膜表面缓慢均速推动250px的距离内,测量逐点的反射光强度,得到被测漆膜表面的光学轮廓,橘皮仪根据表满波纹的大小来分析橘皮,为模拟人眼在不同距离上的分辨率,将被测物表面机械轮廓的结构尺寸>0.6mm的测量数据定为长波(LW),将结构尺寸<0.6mm的数据定为短波(SW)。长波主要受涂料的流平性、膜厚及车身外观设计的影响,短波主要受底材(钢板、电泳)粗糙度的影响较大。

3   橘皮原因分析及改善措施

引起水性面漆漆膜橘皮超出标准的原因有多种多样,因此一旦现场出现橘皮不达标的问题,应如何去快速分析原因及改善橘皮,确保橘皮达标是我们关注的重点。根据我们在实际生产过程中的不断摸索及总结,形成了一些水性面漆橘皮原因分析方法及改善措施,但是由于影响漆膜橘皮的因素很多,所以,才需要通过进一步的试验验证才能确定最终的原因并采取最终的解决措施。

3.1   喷涂材料的影响

现场漆膜出现橘皮与涂装材料有很大的关系,如涂料的流平性差、粘度过大或稀释剂配比不当等均可导致漆膜出现橘皮。生产线工艺、设备等确定后,根据实验室验证,选择合适的涂料满足生产产品的品质要求。正常生产的涂料出现橘皮后,检测输调漆温控系统、检测输调漆循环罐内涂料的温度-粘度曲线,确保都在工艺范围内,否则调整涂料粘度。

3.2   底材粗糙度影响

3.2.1   板材粗糙度对外观的影响

汽车车身外板要求两面中较好的一面不应有影响涂漆后的外观质量的缺陷,如板材表面粗糙度太大,为使涂料能完全遮盖住底材表面,将增加涂料损耗,增加涂装成本,因为波峰上的涂层厚度比波谷低,而波峰上的膜厚是决定涂装质量的最重要因素。在生产现场,跟踪不同粗糙度板材的车身,检测相同部位电泳前后车身外板的表面粗糙度,发现电泳后漆膜粗糙度与电泳前板材粗糙度程正相关关系,继续跟踪不同粗糙度的板材涂装相同面漆后漆膜外观数据,发现用粗糙度低的板材SW数据比粗糙度高的板材SW数据低20 %左右。所以板材粗糙度对涂装SW有较大影响,建议板材粗糙度控制Ra1.0μm。详见表1

不同板材粗糙度涂装后面漆漆膜外观检测数据

水性汽车漆

3.2.2   电泳漆膜质量影响

对相同粗糙度的板材进行磷化处理后,人工控制分别生产不同粗糙度的电泳漆膜,然后喷涂相同的中涂和面漆,检测试板面漆漆膜外观数据(见表3)。试验结果显示,相同粗糙度板材,不同粗糙度的电泳漆膜,对中涂及面漆的外观质量影响明显,但是基本上电泳后粗糙度控制在Ra0.3μm以内,面漆漆膜外观质量可满足标准要求。

不同电泳粗糙度板材涂装后面漆漆膜外观检测数据

2K卡车漆

3.2.3   中涂的影响

现场验证相同板材、电泳、面漆,配套不同中涂,外观质量较差的中涂对面漆漆膜外观质量影响较大,部分中涂由于光泽过低,导致中涂的LWSW无法检测数据。通过实验验证发现,中涂应选择对电泳涂层填充效果好,抗流挂和流平性能好的涂料,且现场需要对中涂增加LWSW的控制。

不同中涂板材涂装后面漆漆膜外观检测数据

水性工业漆


3.3    施工工艺的影响

对传统水性3C2B工艺而言,喷漆室内的温度、湿度、风速等工艺参数决定了喷漆室的喷涂环境,车身在喷漆室内喷涂时,不同的喷漆环境会影响喷涂到漆膜表面涂料的溶剂含量,进而影响漆膜表面的流平效果。漆膜表面的橘皮对喷涂环境的温度变化最为敏感,超过2℃的温差,对漆膜表面的橘皮数据变化很大,所以在生产现场,要控制喷涂环境温湿度、风速在工艺要求范围内,清漆喷涂后,延长流平时间对漆膜外观有利,但是生产现场节拍已在工艺设计时确定,所以降低流平室温度及补充流平室新鲜空气的比例是有效的方法之一。

一般而言,涂料在水平区域的流动和流平性能较好,即长波(LW)值较小,所以漆膜烘干方式对橘皮长波(LW)的产生也有影响,但对短波(SW)值影响不大。所以水性面漆在烘干时应升温缓慢,升温时间在8min左右为好。表4为生产现场正常工艺参数下的漆膜外观数据表。

4生产现场漆膜外观数据表

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4   结论

生产现场在涂装材料、涂装工艺、涂装设备等方面造成漆膜橘皮的原因很多,在出现漆膜弊病时,需要仔细分析,综合考虑各方面因素的影响并加以判定,及时解决现场问题,减少对生产现场带来的不良影响,并在日常工作中做好预防工作,保证争产现场生产出合格的高质量的产品。

随着汽车市场竞争的日趋激烈以及环保呼声的日渐增高,汽车涂装工艺正朝着减少环境污染、降低设备投资、提高生产效率、节省能源消耗等方面发展。目前国内汽车涂装技术发展的主要方向是紧凑型、水性化。本文对水性面漆在生产调试过程中易出现的橘皮外观质量问题进行详细的阐述,对水性面漆在应用过程中的工艺调试和质量管控方面具有一定的参照意义。


摘自2017年5月31日吴吉霞/江淮汽车 现代涂料与涂装


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