汽车面漆桔皮缺陷的机理分析与工艺控制

汽车面漆桔皮缺陷的机理分析与工艺控制崔泳，刘士海（天津一汽夏利汽车股份有限公司天津）摘要：本文在汽车面漆桔皮成因的理论分析基础上，结合本公司涂装生产线的实际情况，从涂装工艺和设备等方面详细阐述了汽车面漆桔皮缺陷的形成及工艺控制等问题。关键词：汽车涂装，面漆涂层，桔皮，涂装设备面漆桔皮是评价车身面漆涂装质量的一个重要指标，也是涂层最常见和难以控制的缺陷之一，本文主要采用实验、对比分析等理论和实际相结合的方法，对汽车面漆桔皮的成因进行一些探讨。由于造成面漆桔皮的因素众多，本文篇幅有限，现仅从面漆施工工艺和静电自动喷涂的角度进行分析。1汽车面漆桔皮缺陷的机理分析1.1汽车面漆桔皮成因的理论分析国外研究表明大多漆膜缺陷都是由涂料施工后湿漆膜内涂料流动引起，这种流动是由于表面张力和重力所至，并受粘滞力制约；涂料喷涂后被涂物表面的湿漆膜在干燥过程中会产生有规律的流动现象，随着溶剂的挥发，在湿漆膜表层形成较高的表面张力，并且随温度下降而粘度增大，这样造成湿漆膜里层和表层之间的温度、表面张力和粘度的梯度。按照G.Marwede的观点：表面张力的不同将产生一种推动力，使涂料从表面张力低的里层往表面张力高的表层运动，当表层溶剂含量低时，较多溶剂的里层就往表层散开，随着溶剂挥发、粘度增大、流动速度缓慢，同时流动的涂料在重力的作用下向下沉。这种下沉、向上散开的流动运动将反复进行，直至最后粘度增长到足以阻止其流动时为止，此时里层和表层的表面张力差也趋于消失。这种流动运动的反复进行，造成局部涡流，按照Helmholtz流动分配理论：这种流动形成边与边相接触的不规则六角形网络，涡流的原动点在格体中间，涂料沿格体边缘下沉，在湿涂膜上形成许多漩涡状小格，待干燥后就留下不均匀的网格。另外，这种对流造成漩涡状小格中心稍稍隆起，干燥后就形成桔皮。1.2汽车面漆桔皮的影响因素面漆桔皮，即长短波的影响因素众多（为了模拟人眼的分辨率，我们将结构尺寸＞0.6mm的测量数据定为长波，将结构尺寸V0.6mm的数据定为短波。），车身板材、电泳、中涂、色漆及清漆对长短波都有影响，其中车身板材、电泳及中涂对短波的影响最为明显，而色漆及清漆对长波的影响明显。2汽车面漆桔皮缺陷的工艺控制2.1车身面漆涂层质量的工艺控制在面漆施工工艺上，可从以下几方面进行调整和控制，以达到降低面漆桔皮的目的。金属色漆的喷涂，应在满足遮盖力的前提下，尽量少喷，一般要求金属色漆的膜厚为12-18um。金属色漆通常采用高速自动静电旋杯喷涂机（ESTA）及自动空气喷枪（Spraymate）相结合进行喷涂，一般ESTA喷涂的膜厚应为金属色漆总膜厚的60%-70%，Spraymate喷涂的膜厚为金属色漆总膜厚的30%-40%，每种金属色漆的喷涂比例都不同，需要在实践中找出最佳配比。并在保证清漆涂层不产生流挂的前提下尽可能提高清漆涂层膜厚，一般清漆膜厚控制在25-35um。目前绝大多数喷漆室均不是恒温恒湿，冬季有加热装置，而夏季无冷却装置，夏季喷漆室温度高达35^以上，相对湿度高达90%以上，在这条件下进行喷涂，对面漆桔皮有不利影响。需调整涂料配方，添加高沸点助剂如：二乙二醇丁醚、乙二醇丁醚醋酸酯等，可改善再喷涂过程中由于溶剂挥发过快而引起的漆膜流平差，面漆桔皮等弊病。由于采用“湿碰湿”喷涂工艺，因此金属色漆的干燥程度达85%为最佳，所以把握好流动改性助剂用量与效果之间的关系非常重要，其用量不足会导致桔皮、针孔，而用量过多又会导致失光、雾影，对附着力有一定程度的影响。2.2静电自动喷涂机的工艺控制现大多数轿车厂家涂装线采用高压静电自动喷涂系统，在生产实际过程中，我们要不断摸索各种颜色的施工特性；针对不同的涂料，选择适合的自动喷涂机参数（出漆量、成型空气压力、电压值等），调整幅度对外观的影响都要在生产实际中进行摸索，这对现场施工调整是很重要的。当然要想得到一个均匀的涂膜，只通过这三个参数的调整是不够的。还可以通过旋杯主针在不同位置的开关和旋杯的转速来达到目的。另外，也可适当地运用仿形设计参数来进行调整，如自动喷涂机的仿形路线，根据不同位置调整不同的喷涂距离（一般在27+1cm枪距）、上下左右的摆幅、旋杯间距、旋杯喷涂的角度等参数，从而得到最佳的喷涂仿形路线。设备运行参数的选择和优化同样十分重要，设置的高压静电值、转速、成形空气的压力、涂料的粘度等等都必须在生产现场反复调整直至最佳范围，才能使桔皮降到最低程度旋杯的转速是对ESTA雾化粒径影响最大的因素。转速过低时涂料雾化不良，会导致漆膜粗糙，转速越大，涂料的雾化粒径越小，漆膜平滑性越好，但雾化过细会导致漆雾损失，而且会造成透平轴承的过度磨损。对于溶剂型涂料，中涂及色漆ESTA转速应控制为20000-30000r/min,清漆ESTA转速为20000-35000r/min。成形空气量可控制喷漆扇面，成形空气量越低，喷漆扇面越大。适量减少成形空气量，可减低漆膜长波，但成形空气量过低，会造成旋杯污染。喷杯与车身的喷涂距离一般应控制在250-300mm，如距离过大，不仅会影响涂料的利用率，而且会对于涂层平滑性造成不利度影响。喷涂流量是影响漆膜厚度的重要因素，使中涂和清漆膜厚达到最大，可以提高涂层丰满度，有效降低涂层桔皮。事实上当喷涂量达到流挂的临界状态时，涂层的表面效果最佳。目前国内绝大部分汽车厂的喷漆室只有加温无降温装置，喷漆室的温度一般控制在18°C-36°C，在生产过程中可根据喷漆室的温度确定几套不同的喷涂参数，保证喷涂量始终达到似流非流的状态。ESTA的喷涂静电电压对涂层桔皮也有影响。一般控制在3万伏-10万伏。3面漆涂装工艺改进方案及实验3.1面漆涂装工艺改进方案在面漆方面，可从金属色漆（金属底漆和清漆）的膜厚、粘度以及慢干流平剂（在金属底漆中使用）的补加量等几方面进行优化调整和工艺控制，达到提高车身面漆喷涂质量，降低面漆桔皮的目的。其具体改进内容见表3.1.1。表3.1.1车身面漆工艺优化调整前后对比表序号名称改进前情况改进后情况1金属底漆膜厚16-18um13-15um2清漆膜厚平面：30um垂直面：27um平面：35um垂直面：30um3底漆施工粘度（涂4#杯）14s/25°C（满月银）13s/25C（满月银）4清漆施工粘度（涂4#杯）21.5s/25°C22.5s/25C5慢干流平剂补加量（金属底漆）1.5%3%说明：本论文主要以银灰色金属漆为研究对象进行车身面漆桔皮缺陷的机理分析及对策的。而其它颜色金属色漆和本色漆车身面漆桔皮的研究方法与其相同。静电自动喷涂机（ESTA）参数的优化调整，本公司面漆涂装线采用龙门自动往复式高压静电自动喷涂系统（ESTA），由日本大气社株式会社制造、安装。面漆静电自动喷涂机分为三站，1st（4杯式）和3st（7杯式）为杯站；2st为枪站（4枪式）。面漆静电自动喷涂机涂装过程简图如图3.1.1所示。在静电自动喷涂机设备运行方面主要通过优化改进自动喷涂机相关参数，如出漆量、成型空气压力、高压静电值、转速及雾化压力值等，达到降低车身面漆桔皮的目的。在生产实际过程中，要不断摸索结合各种颜色的施工特性及施工现场环境等各种因素综合考虑。1st(Bell) ►2st(gun) ►3st(Bell) ►-烤炉、 ¥ Base Clear图3.1.1面漆静电自动喷涂机涂装过程简图3.2实验分析3.2.1面漆涂层厚度对面漆桔皮的影响实验材料：A4马口铁板；满月银金属底漆；清漆；粘纱布；除油剂实验仪器：测厚仪(byko-Test7500);桔皮仪(WAVESCAN-T);电干燥箱(DL-10-II)；喷枪(吸上式，W-71)实验步骤：用除油剂和粘纱布将A4马口铁板试板擦洗干净用喷枪喷满月银金属底漆(粘度14.5s/25°C)晾干7分钟用喷枪罩光清漆(粘度22.5s/25C)晾干7分钟放进电干燥箱烘烤，烘烤温度：140C，烘烤时间：20min试板从电干燥箱，待其冷却到室温后用测厚仪、桔皮仪测量数据实验结果与分析见下表3.2.1表3.2.1面漆涂层厚度对面漆桔皮(G、F值)的影响(实验1)序号清漆膜厚(um)底漆膜厚(um)25303540备注G值F值G值F值G值F值G值F值11315.93.415.13.514.53.613.93.8试板烘21516.73.415.33.414.93.514.13.6烤时应31717.23.315.73.315.43.414.63.5水平放41918.93.116.13.215.83.315.23.4置上述试验数据表明，当金属底漆膜厚一定时，随着清漆膜厚的增加，面漆涂层的G值减小，F值增加，面漆外观质量随之提高，面漆桔皮随之降低；而当清漆膜厚一定时，随着金属底漆膜厚的增加，面漆涂层的G值增大，F值降低，面漆外观质量随之变差，面漆桔皮随之有增大的趋势。因此，适当提高清漆膜，同时适当降低金属底漆膜厚也是降低面漆桔皮缺陷的行之有效的方法。3.2.2自动机参数的优化调整及整车试喷实验材料：灰中涂车身；满月银金属底漆；清漆；粘纱布；砂纸(30u)；除油剂实验仪器：测厚仪(byko-Test7500);桔皮仪(WAVESCAN-T);中涂烤炉；面漆烤炉；面漆静电自动喷涂机实验步骤：用30u砂纸局部打磨中涂车身，并对整车进行吹擦净。调整面漆自动机参数调整满月银金属底漆及清漆粘度面漆自动机(1st、2st)喷涂车身外板银灰色金属底漆晾干9分钟面漆自动机(3st)喷涂车身外板清漆晾干10分钟烘干待其冷却到室温后用测厚仪、桔皮仪测量数据实验结果与分析表3.2.2相关测试数据(实验2)部位机盖顶盖左翼子板f-、八左刖门左后门左后围右翼子板-f—右刖门右后门右后围后备门平面立面金属181716171718171818181616

底漆(um)清漆(um)313027282827272928282626G值15.914.824.823.624.527.823.924.324.728.315.727.2F值3.63.53.13.23.13.03.23.13.03.03.43.1表3.2.3相关测试数据（实验3）部位机盖顶盖左翼子板左前门左后门左后围右翼子板右前门右后门右后围后备门平面立面金属底漆（um）151413141312131413131616清漆(um)363532333434333334352626G值13.613.920.921.121.323.920.821.221.924.114.525.3F值3.83.73.33.53.63.33.43.53.63.23.53.1实验2是改进前的喷涂工艺及数据，而实验3是改进后的喷涂工艺及数据。两个实验数据相比较，实验3（改进后）金属底漆漆膜厚度比实验2（改进前）的略降低（2-3）um,清漆漆膜厚度提高了（3-5）um。从试验数据可以看出，实验3的车身面漆外观比实验2的车身面漆外观有较大的提高，车身面漆桔皮缺陷有较明显的降低。4车身面漆涂层性能测试分析及效果评价4.1改进后车身面漆涂层性能测试结果表4.1.1改进后车身面漆涂层性能测试结果部位项目机盖顶盖左翼子板左前门左后门左后围右翼子板右前门右后门右后围后备门平面立面底漆151413141312131413131616清漆363532333434333334352626G值13.613.920.921.121.323.920.821.221.924.114.525.3F值3.83.73.33.53.63.33.43.53.63.23.53.1光泽度101.299.999.4100.1100.399.199.3100.2100.599.598.398.1硬度HBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHB表4.1.2改进前车身面漆涂层性能测试结果部位项目机盖顶盖左翼子板左前门左后门左后围右翼子板右前门右后门右后围后备门平面立面底漆181716171718171818181616清漆313027282827272928282626G值14.914.824.823.624.527.823.924.324.728.315.727.2F值3.63.53.13.23.13.03.23.13.03.03.43.1光泽度100.899.699.199.7100.198.899.1100100.199.49897.5硬度HBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHBHB4.2改进后车身面漆质量效果评价4.2.1改进后车身面漆外观质量评价（与改进前比较）

立面桔皮值图4.1.2改进前后车身垂直面桔皮值对比图从车身面漆桔皮值（平面、垂直面）对比图和数据统计分析，改