水性面漆涂膜失光的判定与改善

0 引言
随着汽车市场的发展,人们除了追求车辆的动力性能、操作性能以及驾乘性外,对车辆的外观也有了极高的期望和要求,此时漆膜的鲜映性就显得尤为重要。但在实际生产过程中,由于材料、现场和工艺等各方面的影响,漆膜难免会产生失光缺陷。失光会导致车身光泽度和鲜映性降低,直接影响中高级轿车的外观质量。如何解决漆膜失光问题,提高漆膜鲜映性是各大汽车厂都会遇到的一个难题。本文将结合涂装现场生产实际,就水性面漆失光的表象、试验分析方法,以及失光的调整和控制进行分析和探讨。

1 失光及成因
1.1 失光概念
车身水性面漆失光是指清漆干燥成膜后光泽度下降,外观鲜映性下降,目视漆膜表面呈现细微密集的针状小孔,类似俗称的“痱子”,但不同于常规的针孔定义,仅在表面有凹坑,而未达到底层,整体外观状态发白。漆膜外观质量检测数据表现为:漆膜光泽较正常值偏低,外观鲜映性数据明显低于正常状态。漆膜表面的失光缺陷可由直接目视或仪器检测发现,但是漆膜失光与否不能仅采用光泽度进行表征,还需要结合漆膜的鲜映性(DOI 值)同步考量。鲜映性是指涂层表面反映镜物(或投影)的清晰程度,它是涂膜光泽度、湿润性和平滑性的综合表现。尽管光泽度是构成鲜映性的重要因素,但它们的依存度不大,而且目前所用的汽车涂料均能确保所需的光泽度。在现场检查数据中,失光状态下的光泽、DOI 和色差数据与正常状态下的对比情况见表1。
表1 失光状态下的光泽、DOI和色差数据与正常状态下的对比

由表1 数据可以看出:失光外观目视明显程度与颜色有较强的相关性。DOI 数据越高,失光将会表现越明显。
1.2 失光的成因
漆膜光泽与其表面的平滑性有关,任何失光都是因为表面不平整,从而使光线过于漫射失去反射映像的清晰度。影响涂膜平滑性的因素包括涂料本身的细度、喷涂工艺等很多方面。现代涂料厂家产品基本能满足汽车厂对涂料细度的要求,除此以外,现场存在的失光问题主要是由生产控制、喷涂工艺及喷涂设备造成的。从涂料本身来说,颜料的粒度及其在基料中的分散性将影响漆膜光泽。首先,颜料细度越细,在基料中的分散均匀性越好,越有助于形成平整光滑的漆膜。其次,涂料中的颜基比对漆膜光泽也会产生影响。由于漆膜中的颜料颗粒弱化了镜面反射致使光泽降低,而且随着颜料体积浓度(PVC)的增大,光泽逐渐下降。当颜基比一定时,颜料的吸油量越大,光泽越低。另外,涂料中选用的溶剂种类直接影响其挥发速度的快慢,挥发速度过快或过慢都会影响漆膜的平整度,降低漆膜光泽。从喷涂工艺方面,漆膜的失光机理要从漆膜的形成开始研究。以水性漆3C2B 工艺为例,水性色漆施工后,经预烘干将涂料中绝大部分的水分挥发,并随清漆层一起烘干,树脂及固化剂通过交联反应形成漆膜。若此过程中,色漆层预烘干不良,残留的水分在与清漆层一起烘干挥发时会在两层间形成微小针孔,使得涂膜内部由于针孔对映像的反射清晰度下降,造成涂膜表面失光,类似于透视效应所产生的失光现象。可见,失光现象常常伴随着其他漆膜缺陷一起出现。

2 失光的后处理方法
在现场生产中,一旦出现失光问题,需根据车身产生失光缺陷的情况采取不同的后处理方法,主要有如下两种方案:
(1) 失光不严重或浅划痕导致的漆膜表层失光,通常可采用直接在表面打磨抛光的方法进行处理。
(2) 失光严重或伴随着针孔等其他漆膜缺陷引起的失光,若针孔等缺陷深入清漆层或色漆层,打磨抛光后无法遮盖时,需要进行深度打磨,重新喷漆。但在汽车涂装线上,要实施大面积打磨抛光工序,不仅需要花费大量的工时和材料,而且打磨产生的粉尘又会造成二次污染。所以,现场一旦出现涂膜失光现象,需要立即排查原因,及时解决问题,防止出现批量问题车身,增加操作人员劳动量,影响车间正常生产。

3 失光原因的分析及改善措施
引起水性面漆失光的原因多种多样,因此一旦现场出现失光问题,应如何去快速分析及改善失光是我们关注的重点。
3.1 失光原因分析方法
根据我们实际生产过程中的不断摸索,形成了失光原因分析方法,即采用打磨抛光后针孔状态观察和DOI 数据测量进行分析,并根据试验结果分析造成车身涂膜失光的原因。通过对打磨深度的分析,可以判断出失光发生的涂层界面,一般分为3 种状态:
(1) 表层失光:气泡孔存在于涂膜表面深度5 μm左右;
(2) 清漆层失光:打磨深度达到20~30 μm,仍存在失光或气泡孔;
(3) 色漆层引发失光:由于水性面漆的脱水率不足导致的失光。
具体失光原因分析方法如下:
一般轿车的生产工艺均为3C2B 工艺,平均膜厚在90~120 μm 左右,现选取缺陷车身侧门400 mm×100 mm 的失光区域,每块区域等距离测量4 个点的膜厚值,便于计算打磨后的膜厚差。统一采用白色抛光液进行抛光,打磨砂纸分别使用2500#、2000# 进行试验(这两种型号的细砂纸在面漆打磨中较常用)。测量原始漆膜厚度和DOI 后,在不打磨的情况下直接进行抛光,记录漆膜DOI 值的变化;紧接着进行水打磨并抛光,测量膜厚减少量及DOI 值,重复步骤3 次,并记录数据。以我们实际现场的一次调查数据分析为例(表2),不同砂纸打磨对DOI 的影响见图1。
表2 砂纸打磨后DOI的变化关系


抛光对漆膜厚度的影响较小,所以此变化不考虑在膜厚减少范围内。结合图1 曲线及表2 数据可知:在第一次直接抛光后,漆膜的鲜映性和桔皮得到了很大改善,表现在图1 的曲线斜率较大;水打磨和第二次抛光后,打磨深度在5 μm 左右(清漆膜厚一般在35~40 μm),漆膜的鲜映性和桔皮已经能够满足涂膜质量标准,无失光现象;后续打磨抛光对涂膜的鲜映性影响已较小,桔皮有所改善,数据基本维持在一个稳定值。这一情况表明:此侧门板的失光处于清漆层的表层,约表层5 μm左右,是典型的表层失光,如图2所示。


图2 失光缺陷示意图
在实际生产中若遇到此类小面积失光,只需随线进行一次打磨、抛光即可解决;且由图1 中曲线可初步判定,2500# 砂纸对于涂膜的打磨效果略优于2000#砂纸,有利于提高涂膜的平滑性及抛光后的鲜映性。在满足成本要求的情况下,在车间可考虑直接采用2500# 砂纸,提高工作效率。
3.2 解决失光方案
通过分析出现失光问题的漆膜深度对失光原因可以进行初步判断,但由于造成失光弊病的影响因素有很多,还需要通过更进一步的试验才能确定最终的原因,并采取对应的解决方案。
3.2.1 表层失光的解决方案
表层失光一般可以从清漆的喷涂方式(1 道成膜或2 道成膜),漆雾干涉,表干速度太快等方面进行分析:
以上述数据案例为例:现场喷涂条件为清漆2 道成膜,1 道与2 道的比例为5∶5,判断造成失光的原因在清漆层,尤其是受第2 道清漆溶剂挥发速度过快的影响形成表干,在烘干过程中,中间层的气体需透过表干层挥发出来。因此在后续调整过程中,可通过调整2 道清漆间的比例(比例调整为4∶6)、降低旋杯转速或者降低清漆的黏度、调整涂料溶剂成分(加入慢干剂等)来降低清漆层表干速度,从而消除失光现象。
3.2.2 清漆层失光的解决方案
清漆层失光原因主要是涂料在烘干过程中,溶剂挥发速度过慢造成,因此一般可以从清漆的旋杯转速、涂料溶剂或助剂常温状态下的挥发速度太慢等方面进行分析,主要调整措施有:
(1) 提高清漆的黏度或提高旋杯转速,从而降低清漆湿涂膜中的溶剂含量;
(2) 调整涂料成分,通过降低涂料中慢干稀释剂的添加比例,从而提高清漆湿膜在喷涂、常温流平过程中的溶剂挥发量。
3.2.3 色漆层失光的解决方案
色漆层失光一般可以从水性色漆的旋杯转速、涂料溶剂或助剂常温状态下的挥发速度太慢和水性色漆层的预烘干脱水率过低等方面进行分析,一般调整措施有:
(1) 提高水性色漆旋杯转速,从而降低色漆层湿涂膜中的水分含量;
(2) 提高水性面漆预烘干温度或延长预烘干时间,保证脱水率达到80%~90%。

4 结语
总之,在涂料、涂装工艺和涂装设备方面,造成漆膜失光的原因有很多。在出现漆膜弊病时需要仔细分析,综合考虑这些影响因素并加以判定,及时解决问题,减少对现场生产带来的不良影响,并在日常工作中充分做好预防工作,这样才能不断生产出更好的产品。在今后的10 年内,水性涂料将是汽车涂装行业的整体发展趋势,不断新建的水性中涂漆和水性底色漆涂装生产线,将拉动我国汽车涂料及涂装向水性化方向发展。本文对水性面漆在生产调试过程中易出现的失光问题进行了重点论述,对水性面漆推广应用过程中的工艺调试和质量控制具有一定的指导意义。

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