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油漆桔皮的控制,文章利用油漆桔皮产生的机理和在生产过程中油漆外观出现波动的解决方法进行探讨
2020年03月03日    阅读量:3610     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

油漆桔皮可以通过激光桔皮仪进行定量测定,桔皮仪测定原理是利用60°激光聚焦在涂层表面,在10 cm 的距离内定量测定涂层表面波纹的光学轮廓,获得准确的数据。为模拟人眼的分辩率,将波纹结构尺寸>0.6 mm的测量数据归纳为长波。


代表了表面较长波幅的变化;将波纹结构尺寸<0.6 mm 的数据归纳为短波,代表较短波幅的变化中国机械网okmao.com。数值越低,表示涂层表面的桔皮越少,表面质量越好。


长短波的影响因素众多,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,而中涂、色漆及清漆对长波的影响明显。目前并无统一的标准评价油漆桔皮,各大汽车厂商根据自身情况制定企业标准来控制油漆桔皮。

 

1 油漆桔皮产生的机理及防治措施

研究表明:桔皮缺陷大多是由湿漆膜内涂料流动引起,受表面张力、重力及粘滞力等的制约,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,随溶剂的挥发粘度增大,这样造成湿漆膜里层和表层之间的表面张力和粘度的梯度。


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,形成桔皮。


影响桔皮的因素较多,要减少桔皮,就需对涂装生产的各个环节进行控制,主要还是从涂装设备、工艺和材料等方面进行改善。优良的车身钢板(粗糙度Ra≤1 m)、磷化和电泳涂层质量可为中涂和面漆提供一个良好的涂层基础。


中涂漆应选择对电泳涂层填充效果好、抗流挂和流平性能好的油漆。一般情况下,在满足遮盖力的前提下要尽量减少色漆的膜厚,并要防止漆雾对车身的影响。金属色漆漆膜的干燥也十分重要,在不干的金属色漆层罩清漆易引起桔皮和失光。


烘干方式、工艺温度等对桔皮的产生也有影响,在烘干时应使升温曲线平坦些,保证色漆和清漆喷涂后在闪干期间要有足够流平和溶剂挥发的时间。


生产时应连续进行,否则会造成车身不同部位干燥程度不一样,桔皮会更明显。油漆粘度的增加会减少油漆流平时间,引起长短波的增加,尤其对长波影响更大。在实际生产过程中可使用快干、慢干流平剂来改善涂膜外观,性能好的流平剂能降低熔融粘度,有助于熔融混合和颜料分散,提高底材的润湿性和涂层的流动流平。


某汽车制造厂A和B 线都是采用传统溶剂油漆和机器人喷涂的涂装工艺,某次B 线三平面出现长短波数据超差,造成大量返工。以下对其原因进行分析,并提出相应的解决措施。

 

2 实验结果与分析

2.1 油漆工艺

白车身→预处理→电泳→电泳烘房→PVC→PVC烘房→电泳打磨→吹灰擦净→中涂内腔人工喷涂→中涂外表机器人喷涂→中涂烘房→中涂打磨→吹灰擦净→色漆内腔人工喷涂→色漆ESTA 喷涂→色漆GUN喷涂→色漆小烘房强制闪干→清漆内腔人工喷涂→清漆外表ESTA 喷涂→面漆烘房→整理报交。表1 和表2 分别示出在正常生产条件下,测量A和B 线50 台车身电泳+ 中涂+ 面漆后(深黑)三平面的平均长短波数据。

A 线电泳+中涂+面漆 

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B 线电泳+中涂+面漆

文章以改善B 线油漆桔皮为研究对象,探究油漆桔皮的一些控制方法及解决对策。表3 示出某次B 线长短波数据超差时采集的20 台车身电泳+ 中涂+ 面漆后(深黑)三平面的平均长短波数据。


首先对中涂、色漆及清漆材料批次、机器人喷涂和施工参数及设备故障记录进行调阅分析,材料批次、喷涂参数(流量、成型空气、高压、转速等)和施工参数(沉降风速、温湿度、粘度、助剂等)无变化和异常,设备正常运转。

B 线电泳+中涂+面漆

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2.2 分层膜厚

对电泳车身、中涂车身、色漆车身及清漆车身的前盖中间区域各涂层进行分层膜厚测量,各个涂层符合工艺要求的最佳膜厚,为此B 线车身长短波数据的超差可以初步排除涂层膜厚变化因素。表4 示出长短波数据超差时各涂层分层膜厚。由于镀锌涂层膜厚在7~9 μm,从分层膜厚可以看出,各涂层膜厚数据正常,总膜厚在130 μm 左右。

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长短波数据超差时各涂层分层膜厚


2.3 调整清漆施工参数

为了进一步验证清漆施工参数对长短波的影响,清漆平面区域机器人喷涂流量增加20 mL/min,流平剂添加量增加1%,车身三平面长短波数据无明显改善,数据仍然超差。


2.4 排除色漆漆雾飞扬

喷漆室内色漆漆雾飞扬,一种是人工补喷内腔时飞扬至外表;另一种是色漆机器人ESTA 旋杯转速过高,使雾化过细,导致漆雾损失,溶剂挥发过快,使涂膜所含溶剂量降低,漆雾飞扬和转速过高都容易引起失光和桔皮。


取消色漆人工内腔喷涂,只进行色漆机器人外表喷涂,消除人工内腔喷涂时对车身外表造成的漆雾影响,测量面漆烘干后车身平面长短波数据,与表3进行对比,结果无明显改善。验证色漆ESTA 转速过高因素,降低色漆ESTA 转速,转速从35 000 r/min 降至32 000 r/min,转速降低约9%,长短波数据平均值分别为5.9 和23.9,结果无明显改善(小于10%)。


2.5 优化中涂施工参数

增加B 线三平面中涂机器人喷涂流量20 mL/min和成型空气20 NL/min,使中涂三平面平均膜厚较修改前增加2 μm,面漆后的三平面长短波数据平均值分别为5.8 和24.1,与表3 进行对比,结果无明显改善。


2.6 优化电泳涂层

表5 为相同板材分别经A 线和B 线电泳后的长短波数据,对比可以看出,B 线电泳板材长波、短波数据都比A 线高。

A、B 线电泳长短波数据

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将A 线和B 线两种电泳后的板材做交叉对比验证,即经A 线电泳后的板材在B 线进行中涂和面漆,经B 线电泳后的板材在A 线进行中涂和面漆。在各涂层分层膜厚和总膜厚一致的情况下,分别测取长短波数据,测取结果,如表6 所示。

A、B 线交叉试验面漆长短波数据

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从上述试验结果可看出,车身板材经A 线电泳后,经后道中涂和色漆参数及操作的优化,长短波未见明显改善,可以推断A 线电泳参数方面未调整至最佳状态,通过将A 线和B 线两种电泳后的板材做交叉对比试验,进一步佐证了这一推断。


为此对A 线电泳参数进行调整,电泳高沸点溶剂添加量由0.3%增加至1.0%,以此改善电泳漆膜的流平,车身板材经A 线中涂和面漆后测得长短波数据平均值分别为3.6 和15.2,符合该制造厂的标准要求。


图1 示出电泳调整前后的微观漆膜状态。图1a 电泳漆膜表面明显粗糙,同时存在凹坑,说明电泳漆流平性能较差。增加电泳溶剂添加量后,电泳漆膜的流平性明显好转,漆膜细致均匀。


调整前后电泳漆膜微观状态,调整前后色漆漆膜微观状态,

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图2 示出分别在图1a 和1b 的电泳板材上直接喷涂色漆,经过烘干后呈现的漆膜微观状态,图2 的状态也在一定程度上反映出电泳漆膜的状态,图2a 色漆漆膜表面比图2b 明显粗糙,原因是电泳漆膜的粗糙表面向上传递影响着色漆层漆膜的粗糙度,进而影响面漆后油漆桔皮状态。

 

3 结语

综上所述,板材表面的缺陷未能很好地被电泳涂层遮盖和消除,不能为中涂和面漆提供一个良好的涂层基础,即使在后道的中涂和面漆工序进行优化调整,面漆后的长短波改善也是有限的,免中涂水性漆工艺少了一道中涂涂层,面漆的外观将会更加依赖电泳表面的涂层质量。


文章通过改善电泳涂层的流平性,解决了面漆长短波数据超差,使漆膜外观得到极大的改善。


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