外飾件漆膜針孔缺陷分析與解決

馮宗理，李巖，陳星，楊佐明，趙連群

（北京福田戴姆勒汽車有限公司，北京 101400）

隨著重卡車結構的不斷改進，非金屬外飾應用的逐漸推廣，重卡車車體外飾件逐步增多，主要有保險杠、導流板、護輪罩、角板、車門下飾板等，整車目視感官質量由車身漆面逐漸向外飾漆面轉移。重卡車外飾件由于種類繁多、結構復雜，多無法采用自動化噴涂，而采用手工噴涂方式時，漆膜質量更多受油漆材料質量及生產過程控制的影響。針孔缺陷是漆膜在流平干燥過程中，留在漆膜里的氣泡頂出漆膜后留下的氣孔，無論對油漆外觀還是性能都有較大影響，而且大量的返修返工還會造成生產效率低下及大量成本浪費。本文針對國內某重卡車外飾件生產過程出現的針孔問題，通過合理的分析與相應的實驗驗證，找到針孔產生的原因并制定了改進方案。

1 問題描述

某重卡車基地外飾件噴涂線上，單色漆(無罩光)在玻璃鋼(SMC)、聚丙烯(PP)、ABS(丙烯腈?丁二烯?苯乙烯共聚物)、冷軋鋼等材質零部件表面噴涂后表面出現針孔缺陷，缺陷通過打磨拋光可輕微減少，但無法徹底消除。針孔缺陷出現在所有顏色的單色漆上，且表象相同。

該基地所使用的單色漆為雙組分丙烯酸樹脂油漆，配套稀釋劑、固化劑、助劑等。丙烯酸樹脂涂料有較高的光澤以及較好的耐候性、耐水性，干燥主要依靠溶劑揮發。

2 原因分析

漆膜的針孔缺陷主要由漆膜表面干燥過程中底層溶劑或水揮發，在涂膜表面頂出或未完全頂出而造成。頂出的溶劑呈針孔狀或火山狀，未頂出則呈氣泡狀。依據外飾件生產現場狀況，通過人、機、料、法、環五個層面分析，認為引起溶劑揮發異常有以下幾個因素：(1)噴涂過厚，底層溶劑揮發受阻；(2)噴漆室內溫濕度高，風速過快，導致漆膜表干快，阻礙底層溶劑揮發；(3)烘干爐升溫過快，溶劑揮發過快，揮發孔未完全流平；(4)溶劑(尤其是非標準溶劑)本身揮發過快；(5)零部件底材表面粗糙，油漆流平性差；(6)零部件底漆未完全干燥，表面油漆下滲，在干燥過程中溶劑揮發遲滯；(7)涂料成分異常，顏料吸油性差，影響流平及揮發。

3 因素驗證

(1) 經調查，噴涂過程中噴漆室體溫度保持在24 ~ 25 °C，相對濕度60% ~ 70%，風速0.3 m/s，未發現明顯的環境波動因素，此環境不會導致金屬漆出現針孔缺陷。

(2) 通過人工噴涂2組不同膜厚(25 μm與55 μm)的零部件進行驗證，分2道噴涂，每道槍距和槍速相同，結果低膜厚與高膜厚的針孔缺陷表現相同。

(3) 通過爐溫曲線監控與充分自然表干對比，針孔缺陷未見減少。同時，爐溫實測初始烘干溫度低于油漆技術要求的烘干標準溫度。但將烘干爐一區關閉，通過二區三區緩慢烘干，針孔缺陷有所減少。但因烘干不足，漆膜硬度不滿足標準。

(4) 選取兩組相同零部件，通過噴涂清漆與重新噴涂底漆并烘干后再次噴涂，將底漆層缺陷封住，針孔缺陷依然存在，因此排除底材對針孔的影響。

(5) 將油漆黏度下調10%，針孔缺陷無明顯減少。

除以上驗證措施外，對噴涂過程濕膜狀態進行跟蹤，噴涂后3 ~ 4 min內通過指觸法發現漆膜表干較快。同時，對比外協噴涂同顏色外飾件后發現，外協噴涂效果較好。調查外協噴涂過程后認為，采用低溫較長時間烘干是主要不同點。

根據以上結果，初步判斷，油漆在噴涂、閃干過程表干過快，下層溶劑揮發過慢，導致入爐烘干加熱過程中溶劑頂出而形成針孔。

4 根因判斷

由于油漆技術說明中未對施工過程溶劑揮發速率有明確要求，且油漆供應商未提供揮發速率標準，因此只能依據常規低溫溶劑型油漆揮發速率進行判斷。常規溶劑型涂料在噴涂、閃干過程中大部分溶劑會揮發出去，僅留小部分溶劑通過烘干揮發。通過測量噴涂過程中油漆質量損失后計算確認，溶劑在噴涂、閃干、烘干過程中揮發梯度異常，表干快，底層揮發過慢。為驗證油漆施工是否存在問題，使用國內某一線合資品牌油漆進行對比。從表1來看，當前所用油漆的施工性不滿足產品要求，需進行調整。

表1 2種油漆在閃干及烘干過程中的質量損失Table 1 Mass loss of two kinds of paints during flash drying and baking

5 改進措施

針對油漆因素，采取3條措施進行改進實驗，結果見表2。

表2 改進措施及其實施效果Table 2 Improvement measures and implementation results

由于季節變換，天氣轉熱，快干溶劑不再適用。同時，因產量因素，多遍噴涂無法在高產的情況下執行。對油漆原材料進行調整成為解決此次針孔問題的唯一途徑。油漆供應商通過對單色漆樹脂成分及助劑的調整，有效解決了針孔問題(見圖1)。

圖1 針孔問題改善前(a)、后(b)漆膜的顯微照片Figure 1 Micrographs of coating before (a) and after (b) improvement on pinhole problem

6 結語

通過針孔缺陷問題的分析和解決，總結了施工過程中以下3點反思：

(1) 油漆初始技術條件要覆蓋整個施工過程中可能遇到的缺陷。

(2) 針孔缺陷主要由溶劑揮發所引起，常規經驗判斷易趨向于溶劑揮發過快，但在外飾件噴涂的特定條件下，溶劑揮發過慢同樣會產生針孔。

(3) 通過日常對溶劑揮發速率的監控可及早發現涂膜缺陷隱患(如針孔、發花等)，提前做好預防措施。