淺談涂裝過程水性色漆對縮孔的影響

姚欣 何金蓉 張發暉

摘 要：本文結合汽車涂裝生產現場經驗，闡述了排查和分析漆膜縮孔的原因，提出了有效的解決辦法，為減少漆膜縮孔提供了一定的方法思路。

關鍵詞：汽車涂裝 水性色漆 漆膜縮孔

1 引言

汽車涂裝是汽車生產過程中極為重要的工藝之一，其過程往往伴隨著能源和材料的高消耗、污水廢渣的高污染以及汽車高返修率[1]等問題。特別是汽車高返修率的問題，不僅會增加能源的消耗，還會嚴重影響企業的生成產本。因此如何降低返修率，控制車輛的生產成本，是眾多汽車生產企業一直關注的主要問題。而造成汽車返修的主要原因，大多是由于車身縮孔引起的漆膜缺陷。 縮孔是汽車涂裝現場最常見的漆膜弊病之一。汽車涂裝過程若出現縮孔，不僅嚴重影響車身涂膜外觀，還有可能形成底漆的外漏，從而破壞了汽車涂膜的完整性，導致汽車表面容易被腐蝕。而一般的縮孔處理方法，如打磨和拋光等都無法將縮孔消除。由于形成縮孔的原因有很多種，從查找縮孔污染源到消除污染源， 都需要投入很大的人力物力。本文結合汽車涂裝現場案例，著重介紹了水性色漆引起縮孔的原因。

2 縮孔缺陷產生的原因分析

形成漆膜縮孔的原理是因為底漆材料表面組成成分不均一，導致涂料涂上去后引起局部區域上的濕膜鋪展系數小于零，從而使濕膜向四周回縮，造成總表面能降低產生縮孔[2]。漆膜縮孔一般都是露出底漆的且呈圓形的缺陷，直徑大小約為0.5-3mm。在涂裝現場中，大多數是由于被涂物上、涂裝介質或涂料中存在有機硅化合物、潤滑脂、油、表面活性劑、水等污染物，使其表面張力與涂料相差較大，導致融合效果較差或被涂面濕潤不均，從而使涂料局部收縮的現象[3]。

3 案例分析

3.1 問題描述

近期，某汽車涂裝生產線上出現較多水性色漆縮孔，主要集中在發蓋、前門和翼子板等地方，且連續多天縮孔數目高居不下，如圖1所示，導致汽車故障率高達56%，嚴重影響車輛的合格下線率，無形之中加重了生產成本。

3.2 問題調查分析

水性色漆縮孔形成是由于色漆涂膜局部，存在疏水性低表面張力的物質富集，導致清漆涂膜局部無法潤濕流平，從而形成清漆露底縮孔（如圖2所示）。而影響水性色漆形成縮孔的因素一般包括涂料顏色特性、涂料配方、涂料循環穩定性。涂料顏色特性形成縮孔原因多數是因為：1）高彩度/高珠光含量的色漆中，珠光包裹及分散效果相對較差;2）水性色漆的噴涂霧化較難、濕膜流平性較差;3）因霧化/流平難，易出現局部低表面張力物質富集，清漆涂膜無法流平潤濕，則出現縮孔異常。涂料配方因素對縮孔的影響表現在為保證現場工程遮蓋，所需涂層顏色中的珠光含量較高，尤其是紅、藍色疏水性顏料含量較高，容易引起體系中疏水性物質發生聚集，從而形成縮孔。涂料循環穩定性造成縮孔現象主要因為涂料在系統中長時間循環，在低產量時，無新涂料進行更新置換，也容易出現疏水性物質的局部富集。

根據水性色漆形成原理，現場采取以下措施：如將涂料珠光材質的升級，珠光包裹與分散過程進行優化，調整親/疏水溶劑比例，提高疏水性物質的分散和均一性。但是縮孔現象并未得到改善。初步懷疑是涂裝工序設備出現污染源，導致漆膜縮孔。

為進一步找出產生縮孔的污染源，對整個涂裝工藝過程進行了頭腦風暴，通過從人、機、料、法、環等方面排查可能引起漆面縮孔問題的原因制定以下查找方向和措施，如表1所示。

降級驗證是指當其中一臺噴涂機器人發生故障時，通過調整噴涂程序，改由其他機器人負責噴涂原來由故障機器人噴涂的區域（如圖3所示），確保生產繼續進行[4]。由降級驗證實驗找出有故障的機器人B5，從而確定機器人存在污染源。猜想可能由于機器人循環管路和旋杯潔凈度不夠導致縮孔。一般涂裝機器人所安裝的系統包括自動清洗和吹掃功能，其完成的清洗程序包括循環管路清洗和旋杯清洗[5]。

噴涂機器人在噴完每一臺車身后需要及時對旋杯進行清洗，而完成一定量的車型噴涂時必須對管路進行清洗，防止造成涂料粘附管壁，變干后形成漆渣堵塞旋杯形成漆孔，從而影響下一臺車的噴涂效果。為確定引起縮孔的原因是否由機器人循環管路和旋杯引起，對其循環管路和旋杯清洗前后縮孔數目進行了對照試驗，如表2所示，由此可知，漆膜縮孔發生的原因主要是因為機器人循環管路和旋杯受到了污染而導致縮孔。

4 改善措施

根據以上試驗可知，當循環管路或旋杯上清洗溶劑沒有被壓縮空氣吹掃干凈時，循環管路管壁和旋杯上容易殘留溶劑，造成機器人噴涂過程中夾帶清洗劑噴涂在車身上，從而形成縮孔現象。針對噴漆機器人可能導致的漆膜縮孔，可采取以下措施來減少縮孔形成：1）通過及時清理機器人循環管路和旋杯，確保機器人工作環境的潔凈度，可有效較少漆膜縮孔的產生;2）通過延長清洗時壓縮空氣的吹掃時間，減少清洗溶劑流量，可有效減少漆膜縮孔的形成;3）清洗過程中合理分配旋杯內外清洗的時間和清洗溶劑的用量，確保旋杯清洗效果。

5 結束語

水性色漆縮孔是汽車涂裝過程中常見的弊病之一，產生原因比較復雜，若不能及時查找原因，容易造成批量質量問題。本文闡述了漆膜縮孔的產生原理，重點對產生縮孔的機器人工序進行了分析研究，并提出通過控制機器人循環管路和旋杯的潔凈度來對漆膜縮孔進行治理，可有效減少涂裝漆膜縮孔現象的產生。

基金項目：文章為2020年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“汽車涂裝過程中出現電泳縮孔問題的研究分析”研究成果，項目編號：2020KY37007， 主持人：姚欣。

參考文獻：

[1]吉國光，轎車漆膜顆粒分析與防治方法. 鈑金與噴涂.

[2]康志新，汽車水性面漆縮孔缺陷問題探討. 中國涂料.

[3]王錫春，漆膜縮孔缺陷及其防治. 汽車工藝與材料.

[4]錢昱，噴涂機器人降級模式在汽車涂裝生產中的應用. 生產裝備.

[5]翟長龍，汽車涂裝噴涂機器人的換色及清洗. 重點報道.