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汽车车身漆膜橘皮的成因及其预防

来源:中国涂料在线 | 作者: | 发布日期:11-27

1、漆膜橘皮的定义

涂层表面类似橘子皮形状的波纹称橘皮,它是涂层最常见和难以控制的缺陷之一,已成为国内外各大汽车厂面临的棘手问题。汽车面漆外观质量直接影响到产品的市场竞争力,而面漆橘皮是评价汽车车身面漆涂装质量的一个重要指标。光泽和映象清晰度常用于控制涂层的外观。然而即使光泽度很高的涂膜,其表面的波动度也影响着整个涂膜的外观,同时认为光泽测量也控制不了波动的视觉效果,这种效应被称为“橘皮”。橘皮或微波动是尺寸在0.1~10mm之间的波纹状结构造成的。在高光泽的涂层表面,人们可看到波状、明暗相间的区域。可以区分2种不同等级的波动:长波动也称为橘皮,这是在2~3m的距离上能观察到的波动;另一种叫短波动或微波动,这是间距约50cm处观察到的波动。要指出的是有时为了遮盖底材的表面缺陷或者获得特殊的涂层外观会有目的地设计一定的波动度或波纹结构。因此“橘皮”可定义为“高光泽表面的波状结构”,其使漆层表面产生斑纹、未流平的视觉外观。粉末涂料涂膜的视觉外观(光泽、雾影度、流平、橘皮)的控制非常重要,特别是在不同场合喷涂的部件组装时。
 
2、影响涂膜流动和外观的因素
在工业涂料中,粉末涂料在制备和成膜过程中的相变化是独特的。由于缺乏溶剂来润湿和提高涂膜流动性导致粉末涂料比液体涂料更难去除的表面缺陷。虽然两者的主要组分类似,但相比于液体涂料,热固性粉末涂料的成膜机理不同。粉末涂料是无溶剂的均一体系,在制备过程中颜料和其它组分通过熔融混合被分散和部分包裹于低分子固体树脂中。粉末涂料的使用是通过空气把粉末传送到底材上(粉末悬浮于空气中),再通过电荷使之附着于底材上。在预定的温度下加热使粉末颗粒熔化、聚集(聚结)在一起、流动(成膜),接着流平,这期间通过一个有黏性的液态阶段润湿表面,最后化学交联形成相对分子质量高的涂膜,这就是粉末涂料的成膜过程。成膜过程可分为熔融、聚结形成涂膜、流平3个阶段。在给定温度下控制熔融聚结速度最重要的因素是树脂的熔点、熔融态粉末颗粒的黏度以及粉末颗粒的大小。为了使流动效果最佳,熔融聚结应当尽可能快地完成,以便有较长的时间来完成流平。固化剂的使用虽然缩短了可供流动和流平所需的时间,但活性较高的粉末形成的涂膜常呈现橘皮。影响涂膜流动和流平的关键因素是树脂的熔融黏度、体系的表面张力和膜厚。熔融黏度取决于固化温度、固化速率和升温速率。粉末喷涂时流动和流平的动力来自体系的表面张力,该作用力与施加到涂膜上的分子间的引力相反,其结果导致熔融黏度高,对抗流动和流平的阻力大。因此表面张力和分子间引力之间的差值大小决定着涂膜流平的程度。对于流动性很好的涂料,显然该体系的表面张力应尽可能高且熔融黏度应尽可能低。
 
这些可通过加入能提高体系表面张力的助剂和使用相对分子质量低的低熔点的树脂来实现。根据以上条件制备的涂料具有极好的流动性,但是由于其高的表面张力会导致缩孔,同时由于较低的熔融黏度会产生流挂且边角涂覆性差。实际工作中体系的表面张力和熔融黏度都控制在特定范围内,这样可得到合格的涂膜外观。太低的表面张力或太高的熔融黏度会阻止涂膜流动导致涂膜流动性差,而表面张力太高时会在成膜过程中出现缩孔。熔融黏度太低会使粉末的贮存稳定性变差,施工时边角涂覆性差且施工于立面时易产生流挂。综上所述,粉末涂料涂膜最后的表面状况、缺陷和不足(如橘皮、流动性差、缩孔等)是密切关联的,同时也被成膜过程中参与相变的流变力所控制。粉末颗粒的大小及分布状况也影响着涂膜的外观,颗粒越小由于其热容较大颗粒的低,因此其熔化时间比大颗粒的短,聚结也较快,形成涂膜的外观较好。而大的粉末颗粒熔化的时间比小颗粒的长,形成的涂膜就可能会产生橘皮。粉末静电施工方法(电晕放电或摩擦放电)也是导致橘皮形成的一个因素。
 
 
 
3、橘皮的检测方法
 
在涂层外观质量指标中橘皮指标是其中重要的一项,许多国内的整车厂家在这项指标上采用了量化值,这使得对涂装工艺的控制要求更加严格。用人眼在涂装车身上找到反射光源(一般是在双管荧光灯下),定性分析反射光的清晰度,就可以从视觉上评估漆膜的流平效果。在流平性差的情况下,2个荧光灯管看起来模糊,荧光灯的边界线有不同程度的扭曲;流平性好的涂膜外观,可获得清晰的反射光,橘皮也不明显。要生产高质量的产品,就需要高精准的测量仪器对其做出质量判断,而通过人眼目测判断橘皮的程度是不完善、不科学的。目前,涂装行业普遍采用橘皮仪来测量橘皮的状况。橘皮按人眼远看物体和近看物体分成长波和短波,人眼在2.5m的距离能看到35条0.1mm阔的线条,归纳为长波;人眼在50cm的距离看到35条0.6mm阔的线条,归纳为短波。橘皮仪使用60°的激光作为点光源照射被测表面,在缓慢匀速推动10cm的距离内发射1250次激光照亮被测表面,读取1250个数,每个读数之间的距离为0.08mm。在光源对面同样角度通过狭缝滤波的方法测量反射光,由于表面存在波纹,当光线照射在波峰或波谷时,反射光最强,仪器检出最大信号;光线照在斜坡时,由于反射角的变化,反射光偏离60°角,仪器检出信号最小,因此测得的信号频率正好是被测表面机械轮廓频率的2倍,与人眼观察到的光学轮廓相一致。橘皮仪将结构尺寸大于0.6mm的测量数据定为长波,将结构尺寸小于0.6mm的数据定为短波。长波反映涂料的流平特性及零件结构的影响,短波反映底材粗糙度的影响。上海大众使用长短波指标,上海通用则使用了橘皮综合指标。橘皮指标采用BYK公司的激光橘皮测试仪(Garden-4806)来测试,仪器给出3个数值,分别是:短波(ShortWaves)、长波(LongWaves)、级数(Rate)。其含义分别是:长短波模拟人眼观察到的产品表面高低变化的幅度,数值越大说明指标越差,橘皮越严重。长波模拟的是人眼距离产品表面2.5m的观察结果,短波模拟的是人眼距离产品表面50cm的观察结果。级数是另一种评价指标,数值越大指标越好,是长短波的综合值。上述两公司的要求大致相当,实际上,生产中也是通过长短波的分别控制来达到最终等级值。
 
4、车身漆膜橘皮的成因及其防治
 
橘皮是湿膜未能充分流动而形成的类似橘皮状的痕迹。原因是汽车喷涂施工时,施工黏度较高,喷枪口径大小不适,导致雾化程度不足,喷枪离被涂工件的距离过远,喷漆室的过度通风,烘干前的闪蒸时间不当,稀释剂的质量,底材的温度等均会影响漆膜橘皮的产生。由于影响橘皮的因素太多,要减少橘皮,就需对涂装生产的各个环节进行控制,主要从涂装设备、工艺和材料等方面进行改善。涂装材料、不同涂层之间的配套性,以及各种材料对工艺设备的适应性及施工环境对橘皮的影响很大。在汽车生产过程中,影响涂膜流平的关键因素是树脂的熔融黏度、体系的表面张力和膜厚,表面张力和分子间引力之间的差值大小决定涂膜流平的程度。实际生产中常使用快、慢流平剂来改善涂膜外观,以消除橘皮、缩孔、针孔等漆膜缺陷。性能好的流平剂能降低熔__融黏度,从而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平性,同时有助于消除表面缺陷且便于空气的释放。把握好流动改性剂用量与效果之间的关系非常重要,其用量不足会导致缩孔和橘皮,而用量过多又会导致失光、雾影,对附着力也有一定程度的影响。在生产中要选用合适的溶剂,添加流平剂或挥发慢的高沸点溶剂,以延长湿膜的流动时间,使之有足够的时间使整体表面张力趋向一致,从而改善车身漆膜橘皮病态。现代化的涂装线一般都采用高压静电自动喷涂系统,其出漆量不随气压、电压、温度、湿度、黏度的变化而发生波动。采用高压静电自动喷涂系统,要求车身的晃度保持在±5mm之间。在实际生产过程中,要不断摸索各色涂料的施工特性;针对不同的涂料,选择最佳的自动喷涂机参数(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3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想要达到的目的。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±1)cm枪距]、喷枪上下左右的摆幅、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。喷涂时,车身的边角最难以处理,容易出现流挂和肥边,边缘区域易产生橘皮。
 
 
为了消除或减少这个缺陷一般采用2种方法
 
⑴贴纸胶带防流挂法
对那些能被遮蔽或不外露的边角部位张贴纸胶带,将垂流下来的涂料引到纸胶带下端,这样就可减少甚至消除流挂,在喷完清漆后卸下。有些工件在喷涂清漆后卸下纸胶带仍有流挂点产生,那么纸胶带可等烘干后再撕除。但这种方法有一个缺陷:纸胶带撕除易产生漆膜毛刺,需要进行处理,可用橡胶小锤轻轻敲除或用其它方法解决。但要慎重的是,不能在处理毛刺时将边角的涂膜刮伤,否则边角易锈蚀。另外,在张贴纸胶带时不能太大、太小或张贴位置不准确,太大易黏到外露的油漆表面,太小或张贴不到位都不能起到引流多余涂料的效果。
 
⑵制作边角防流挂静电吸附工装
其目的是将工件的边角或边缘形成一个过渡电场面,从工件的边角延伸到工装上。在自动喷涂机喷涂时,由于边角静电吸附效应,若没有这个工装,涂料粒子在工件边缘会吸附较多,从而产生工件边缘位置的漆膜肥边。这个肥边容易产生流挂或白点(溶剂没有及时挥发出来而包裹在边缘的涂料中)。利用防流挂静电吸附工装可以解决这个问题,但缺点是工装件较大,制作成本较高,运输、摆放、安装、清洗较麻烦。而且工装件越多越易发生因工装而产生的磕碰伤及工装所带来的颗粒污染。车身所使用工装的合理性对漆膜外观质量的保证也是非常重要的。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、涂料的黏度等等都必须在生产现场反复调整至最佳范围,才能使橘皮降到最低程度,甚至消除。
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