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亞盛淺談水性漆“針孔”問題

發布時間:2015-07-23 21:20:26

隨著水性色漆的推廣和應用,其生產過程中的各種問題也隨之而來,“針孔”是水性漆常見的涂膜缺陷之一,表現為固化的涂層上出現(可見)針尖狀小洞,其占到了水性漆所有現場問題的30%~40%,嚴重影響了汽車的涂膜質量、生產節拍。本研究針對水性色漆“針孔”問題做了分析,提供了解決方案。

現象描述

車身涂裝工藝為:前處理、電泳→烘干→打磨→人工噴涂水性中涂→機器人噴涂水性中涂→烘干→濕打磨→擦凈→人工噴涂水性色漆→機器人噴涂水性色漆→預烘干→人工噴涂清漆→機器人噴涂清漆→烘干→涂膜檢驗→涂膜修整。在涂膜檢驗工序發現車身門框、車門交鏈及下邊梁門檻處涂膜有大量針孔(見圖1),發生概率約30%。

原因分析

1.針孔出現位置分析

為分析產生針孔的原因,實驗對涂膜缺陷發生的位置進行了剖面分析,部面圖見圖2。得出結論為:涂膜缺陷發生的位置無污染物,是由于清漆層被空氣頂出而形成的空氣針孔。2.針孔形成原因分析

水性色漆采用純水作為稀釋劑,水在噴涂后不容易揮發,沒有揮發的水在100℃的情況下會出現沸騰,所以在高溫下會出現大面積的針孔等缺陷。為保證水性涂料的涂膜質量,需增加預烘系統,讓涂層中的水分在50~90℃的溫度下溫和、充分揮發。一般而言,水性涂料在進行下一道噴涂工序或進入高溫烘爐之前,其脫水率應達到80%~90%,而色漆的脫水率要求≥85%。

3.預烘干工藝

預烘干工藝分為2段烘烤。第1段為60℃下烘烤2min,第2段為80℃下烘烤1min。采用天燃氣加熱,熱風循環加熱方式。

4.針孔位置脫水率的測定

(1)脫水率的測定方法

a.試驗設備及用品

分析天平:精確到0.0001g;鋁箔紙:200mm×100mm;高溫膠帶;鑷子;酒精;鼓風恒溫干燥箱:可滿足(0~200)℃范圍烘烤,溫度可調,溫控精度不超過±1℃。

b.試驗步驟

將鋁箔紙用酒精擦拭干凈,放入80℃的烘烤箱內,干燥15~20min,取出后在干燥器內使其冷卻至室溫。稱量潔凈干燥的鋁箔紙質量,稱得質量G1。在現場噴涂待測樣品前,將鋁箔紙用耐高溫膠帶粘貼在針孔發生的車身部位,然后進行噴涂。在現場預烘干設備內進行預烘干處理,取下噴有待測樣品的鋁箔紙進行稱量,得質量G2。將噴有待測樣品的鋁箔紙放入140℃的烘烤箱內,烘烤20min,取出鋁箔紙移至干燥器內,干燥15~20min,進行稱量,稱得質量G3。

c.計算

水性漆脫水率M按式(1)計算。

(2)針孔位置脫水率試驗結果

由表1數據可知,門框、車門交鏈、下邊梁門檻處水性色漆脫水率遠低于色漆脫水率≥85%的要求。再通過實驗室針孔剖面圖加以佐證,分析產生色漆針孔的主要原因是因為車身局部位置特殊,受熱溫度較車身外表面低,水性色漆預烘干后,沒有達到脫水率的要求,在高溫下水性色漆涂膜中殘留的水分劇烈逸出,清漆涂層被頂破,造成涂膜表面出現大面積針孔。

措施與效果

1.提高預烘干溫度

將第1段預烘干溫度由之前的60℃提高至80℃,第2段預烘干保持80℃不變,可較好解決局部針孔問題。但此問題出現在兩個不同的生產基地,1號生產基地預烘干設備可以升溫至80℃,2號生產基地預烘干設備因設備老化及送熱效率不足,一段預烘干不具備升溫能力。強行把第2段預烘干升溫至90℃后,不僅沒有解決針孔縮孔問題,還因為色漆預烘干后涂膜表面溫度過高(經強冷后,涂膜表面溫度要求≤30℃,實際涂膜表面達到了35℃),噴涂清漆后,涂膜目視外觀質量下降,故盲目提升第2段預烘干溫度的方式不可取,需采用其他方式解決此問題。

2.降低生產節拍

減慢生產節拍可以延長預烘干的烘烤時間,第1段預烘干由之前的60℃下烘烤2min增加至3min,第2段預烘干由之前的80℃下烘烤1min增加至15min,針孔現象也得到了控制,但降低了車間的產量,只能作為臨時措施實施,需要采取其他措施,解決問題。

3.增加車門開門角度

不同位置不同開門角度的色漆脫水率見表2。

從表2可知,用電泳的車門限位器將車門由之前的開門角度5°增加至15°,提高了水性色漆的脫水率,且消除了大面積針孔的現象,但增加開門角度,會導致整個車門與旋杯的噴涂角度不垂直,噴涂膜厚不均勻,尤其是銀色漆鋁粉排布不規則,影響了涂膜外觀質量;開門角度大,旋杯噴涂邊緣靜電效應較明顯,使門邊色漆上漆率增加,引起了色漆邊角流掛和肥邊的現象,故增加車門開門角度方式不適用于此問題的解決。



4.降低色漆膜厚

通過對易發生針孔的位置分析發現,產生針孔問題的位置都是由人工噴涂完成的,且由于輪換的班次、人員手法及技能水平不同,內板噴涂的膜厚也不同,故通過對人員進行專項培訓,提高噴涂技能,可降低內板色漆噴涂膜厚。在相同的預烘干條件下,較薄的膜厚更容易將色漆中的水分經預烘干控制在脫水率要求的范圍內,從而能減少針孔現象的發生。

5.降低預烘干熱循環風空氣含水量

通過檢測,預烘干熱循環風空氣相對濕度為5%,濕度過高的熱循環風會導致色漆脫水效率降低,通過設備改造,增加熱循環風冷凝管,可使預烘干熱循環風空氣相對濕度由之前的5%降低至1%,提高了預烘干的脫水效率,使涂膜缺陷位置脫水率完全達到了85%以上的要求,完全消除了涂膜針孔的現象。

結語

近幾年,水性漆涂裝工藝在歐美汽車行業的涂裝線上已經得到了普遍使用,在國內合資汽車工廠中,水性漆涂裝工藝也已經逐漸成為主流。隨著環保法規的日益嚴格,在全球范圍內,水性漆技術越來越廣泛地被汽車廠商采用。水性色漆局部“針孔”問題可通過提高第1段預烘干段的預烘干溫度或烘干時間、減少內板色漆噴涂膜厚、降低預烘干熱循環風空氣含水量等一系列措施得以解決。




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