客车素色面漆橘皮的成因及预防

0 引言 随着我国客车产量的增加以及市场竞争的加剧,客车涂装在注重防护性能的同时,对外观流平效果也越来越被重视,和谐一致的漆膜外观已成为高质量产品涂装的标准。不同于轿车涂装的批量化…

0 引言
随着我国客车产量的增加以及市场竞争的加剧,客车涂装在注重防护性能的同时,对外观流平效果也越来越被重视,和谐一致的漆膜外观已成为高质量产品涂装的标准。不同于轿车涂装的批量化生产,客车涂装的特点是多品种、小批量,劳动密集型且难以全面实现自动化,其外观质量非常容易受到各种因素的影响而造成波动。客车涂装常见的漆膜外观评价指标如图1 所示,其中长波和短波主要决定了漆膜的橘皮程度,长波和短波的测量数据越大,橘皮程度越明显,国内某客车厂也主要用短波和长波数据对漆膜的橘皮情况进行评价和监控。
漆膜外观评价指标
涂料和涂装工艺共同决定了漆膜外观的流平效果。一方面,良好的流平效果与使用的油漆品质有着直接的联系(例如:李相权通过配方设计讨论了树脂、颜料、助剂和溶剂等因素对聚氨酯亮光白色面漆立面流平性的影响;董晓荣等探讨了面漆各组分对其光泽、长波和短波等指标的影响),另一方面,涂装过程中的各种工艺参数对漆膜的流平效果也起着至关重要的作用。本文结合2K 素色客车面漆的具体涂装工艺,分析涂装过程中各种因素对面漆橘皮的影响。

1 橘皮形成的原因和判定方法
漆膜橘皮的形成主要有以下2 个方面的原因:
1)底材在微观结构上的不平整向上传递造成面漆流平效果差,形成凹凸不平的橘皮;2)漆膜在干燥过程中随着溶剂的不断挥发,上层的表面张力不断增加,引起内部的溶剂由底层向上层移动,带动颜料和树脂运动,产生“贝纳德旋涡”而形成橘皮。
橘皮判定的方法主要有目视法和仪器法。目视法是人眼直接判断漆膜的橘皮程度,一般在双管荧光灯下目视观察映射在漆膜表面的灯管轮廓,如果灯管轮廓边线笔直且清晰,则流平效果好、橘皮程度轻;若边线越模糊,则流平效果越差、橘皮越严重。人眼目视判定的方法快速便捷,接近终端客户的实际观察。但目视判定也受到一些条件的制约:首先,受到环境因素的影响,不同的光线环境给人的流平感觉不同;其次,受到漆膜颜色的影响,浅色目视效果普遍好于深色的;再次,受到目视者经验水平的影响,目视经验越丰富,判断越接近真实结果。鉴于以上因素,客车主机厂普遍以仪器检测流平效果为准,并结合目视判定。
仪器法普遍采用德国毕克公司生产的橘皮仪进行检测,其测量原理为:仪器在规定的距离内发出激光,对漆膜表面的波纹状况进行扫描,逐点测量得到了反射光强度,从而获得漆膜表面的光学轮廓。为了模拟人眼在不同距离上的分辨率,橘皮仪对测量信息进行了分段,具体波段信息见表1 所列。
橘皮仪各波段对应波长
其中将0.3 ~ 1.2 mm 的波段定义为短波(SW),将1.2 ~ 12.0 mm 的波段定义为长波(LW),一般而言短波和长波的数值越小越好。同时,一些公司也会用橘皮仪测量的R 值来评价漆膜的流平效果,R 值是按照ACT 标准板划分的橘皮等级,与长波和短波有着直接的关系,不同汽车制造厂对长波和短波数据要求的标准各异(见表2)。
漆膜长波和短波要求标准
2 橘皮的影响因素
2.1 底材
目前,国内客车涂装一般采用电泳底漆、丙烯酸聚氨酯中涂和丙烯酸聚氨酯面漆的涂层体系,车身、电泳和中涂的粗糙度都会在一定程度上影响到面漆的流平效果。杨柳验证了没有中涂时电泳涂层粗糙度对面漆流平效果的影响,只有当电泳涂层粗糙度<0.19 μm 时面漆的流平效果较好;周杰等[4]认为降低车身板材、电泳和中涂的粗糙度都可以有效降低漆膜的长短波,尤其是短波值。底材的不平整能够传递到面漆涂层,所以应该严格控制车身板材、电泳和中涂的粗糙度,特别是中涂层的粗糙度对面漆的流平效果影响较为明显。在中涂漆确定的情况下,有效的中涂打磨可以消除中涂缺陷和颗粒,促进面漆的流平。打磨砂纸的规格和打磨方式对流平效果也会有一定的影响,需要喷涂素色面漆的中涂打磨至少采用400 目的砂纸,配套闪光金属面漆的中涂打磨采用600 目以上的砂纸,打磨以旋转的方式进行,打磨的标准为打磨均匀且不漏底材。
2.2 物料
面漆的表面张力是促进其涂装后流平的驱动力,表面张力适宜的面漆具有优异的漆膜外观,其施工性能优越,能够在一定程度上减少外界因素变化对最终涂装效果的影响。目前,2K 客车素色面漆普遍采用羟基丙烯酸树脂为主体树脂,同时混拼适量的线性聚酯树脂来提高漆膜的流平效果,但是聚酯树脂的耐光性稍差,要注意添加量。同时流平助剂对橘皮现象也有改善:有机硅类流平剂可以降低涂料的表面张力,提高涂料对底材的润湿性能,改善短波流平;丙烯酸类流平剂可以使涂料的表面张力趋于均匀,改善涂料的长波流平。
在不同的施工温度下,也要注意固化剂和稀释剂挥发速率的匹配,特别是在高温环境下施工,如果溶剂的挥发速率过快就会使得喷涂后漆膜表干速度过快,涂料湿膜没有足够的时间流平而造成橘皮现象明显。所以,高温条件施工应该选择慢干性的固化剂和稀释剂,同时也可以在面漆中增加高沸点溶剂,延长漆膜的封闭时间,降低橘皮程度,提高流平效果。
2.3 环境
洁净的喷涂环境对面漆的外观效果有着明显的影响,特别是喷涂室内的温度、湿度和风速,一般喷漆室内的温度应保持在20 ~ 25 ℃之间,相对湿度为50% ~ 70%,风速为0.35 ~ 0.50 m/s。如果温度过高,就会造成漆膜表干时间过快,来不及流平而造成橘皮;温度过低则会出现流挂;相对湿度过大,羟基丙烯酸聚氨酯面漆容易出现痱子问题;风速过大同样也会造成表干时间过短,流平效果差、橘皮明显;如果客车喷涂后没有专用的闪干区域而在车间敞开放置,车间环境中的杂质也会对漆膜流平产生不利影响。
2.4 喷涂工艺
2.4.1 喷涂顺序
客车素色面漆一般由2 ~ 3 人在不同部位同时施工,“湿碰湿”喷涂2 遍,喷涂过程应该按照合理的顺序进行规划,按照先里后外、先边角后大面的顺序进行喷涂,这样能够减少漆雾对已经喷涂区域的影响,提高表面流平效果。2 遍喷涂作业要控制好每个涂层的漆膜厚度,第1 遍喷涂要相对薄一点,第2 遍喷涂相对较厚,2 道涂料的膜厚应控制在4 ∶ 6 左右,2 遍喷涂按照“十”字交叉的方式进行走枪,这样可以明显增加漆膜外观的饱满度,减少橘皮,提高整体流平数据。一般而言,在同样的施工条件下,平面喷涂的流平效果好于立面。
2.4.2 膜厚
客车素色面漆喷涂后湿膜橘皮的流平过程可以用图2 所示理想化的剖面图来进行研究,其中波长为λ,湿膜的平均厚度为x,橘皮平均振幅为a,实际所形成的漆膜橘皮目视呈现为凹凸的圆形,而不是波形,波长与振幅越大,所形成的橘皮越明显。
流平示意
橘皮的流平方程可以表示为:

式中:t 为时间;a0 为初始振幅;at 为在时间t 时刻的振幅;x 为涂膜平均厚度;λ 为波长;γ 为表面张力;η 为黏度。
通过该流平方程可以看出,表面张力、黏度、波长、振幅等因素对达到流平程度所需时间起着决定性作用。表面张力是驱动漆膜流平的主要作用力,不同涂料的表面张力不同,施工后的流平效果不同。漆膜厚度x 和橘纹波长λ 在流平方程中分别呈3 次幂和4次幂的关系,故施工过程中这2 个因素对整个流平效果的影响最为明显。例如,当其他条件相同时,涂层厚度增加1 倍,流平时间缩短到1/8,涂层厚度减小1/2,流平时间增加8 倍;波长的影响则更加关键,波长增加1 倍,流平时间增加16 倍,波长缩短1/2,流平时间缩短到1/16。
一定厚度的漆膜才能对底材形成良好的遮盖,如果漆膜太薄,不仅容易露底,且流平效果较差,但也并不是喷涂膜厚越大越好,漆膜过厚容易引起痱子等明显弊病[6]。适宜的膜厚能够保证“贝纳德旋涡”在填平过程中有足够的漆料加以输送,从而减小波纹程度。在喷涂过程中枪距、喷枪口径、空气压力、走枪速度和重叠程度等综合因素共同决定漆膜的厚度。
2.4.3 黏度
较高的施工黏度不利于油漆雾化,从式⑴可以看出,当漆膜黏度增加时,烘烤前流平闪干所需要的时间也需要增加,即用更长的时间去减少橘皮波纹。施工黏度过大,油漆雾化不良,颗粒增大,喷涂后湿膜粗糙度增加,即波长λ 增大,其又与流平时间呈4 次幂的关系,所以黏度控制成为减少橘皮、提高流平效果的一个至关重要的因素。不同的温度条件下应该调整不同的黏度,一般空气喷涂,在喷涂室25 ℃时控制施工黏度(涂-4 杯)在18 ~ 20 s 较为合适,并根据环境温度变化进行适当调整,温度上升,黏度下调;温度降低,黏度上调。
2.4.4 闪干时间
烘烤前闪干时间的增加使湿膜有足够的时间进行流平,如果闪干时间过短,喷涂后形成的波纹来不及恢复到平整状态就被固化,凹凸程度就越明显,测量的波长数据就会偏大。一般烘前闪干时间大于5 min 时,流平可以达到一个较好的效果。在满足生产的前提下尽量延长闪干时间,但是,在冬季等气温较低的情况下,应该防止流挂情况的发生。
2.5 人员
喷涂工人的技能水平直接决定着涂装外观效果的好坏,表3 显示了一台客车左右两侧车身被2 位工人喷涂的漆膜外观测量数据。
车身两侧不同工人施工数据
由表3 可知:车身左侧的长波、短波和DOI 数据明显好于车身右侧。对这一喷涂室的2 位工人进行跟踪测试,多台车的数据也呈现出相同的规律。所以,应加强工人的技能培训,在取得合格的操作资格后才能进行实际操作,这样不仅能够提高劳动生产率,也能够促进涂装质量的提升,减少返工。面漆喷涂作业环境恶劣,劳动强度大,应该保证工人合理的饮食和休息,保持体力充沛、心情愉悦。

3 结语
综上所述,橘皮是客车素色面漆涂装常见的弊病之一,涂料、环境、工艺参数和人员都会影响橘皮程度的大小,由漆膜流平方程可知膜厚和波长对橘皮影响最为明显。通过选择合适的涂料以及对上述工艺要点的严格控制可以有效减少橘皮的产生,提高客车涂装质量,不断满足市场需求.

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