影响重型汽车涂装橘皮等级的因素

刘国锋 *，曹兆斌，赵珺，马旭红，王健

（1.包头北奔重型汽车有限公司，内蒙古 包头 014030； 2.内蒙古第一机械集团有限公司第六分公司，内蒙古 包头 014030）

随着汽车工业的迅猛发展，完美的外表涂装已不仅 局限于轿车行业，很多重车制造商为了满足顾客的更高要求，提升竞争力，对车身表面质量越来越重视。然而涂层橘皮作为汽车涂装中最常见和难以控制的缺陷之一，却不断地困扰着汽车生产厂家。如何有效控制橘皮缺陷、得到良好的涂装效果，成为重车生产厂商必须面对的问题。

目前，对汽车橘皮缺陷的研究大多是从涂料本身的性质出发，在橘皮的机理成因和后续操作方面的论述较多。在橘皮的检测方面，较常用的方法有定性的“人眼目测法”和“福特试板比对法”以及定量的橘皮仪测量法。这些检测方法应用于实际生产中虽然获得了不错的效果，但对大多数中小汽车生产企业来说，目测法存在很大的个体差异，福特橘皮试板和橘皮仪测量因价格不菲而无法大量普及使用。本文就漆膜厚度、表面光洁度、施工黏度、施工方法和油漆本身质量等方面对橘皮的影响进行试验，从而确定影响漆膜橘皮的主次因素，便于生产中对橘皮的持续改进。

1 橘皮检测方法及相关企业标准

目前国际或行业内并无统一评价涂膜橘皮的标准，各大汽车厂商根据自身情况制定企业标准来考核涂膜橘皮。据公开的资料显示，在轿车行业，橘皮测试方法主要采取橘皮仪直接测量法和橘皮试板比对法。

1.1 橘皮仪直接测试法

通过BYK 公司的Garden-4806 激光橘皮测试仪来测试涂装表面的橘皮状况，由此得出3 种数值：短波(Short Waves)、长波(Long Waves)和级数(Rate)。其中，长短波是模拟人眼观察到的产品表面高低变化的幅度，其数值越大，说明指标越差，橘皮越严重。长波模拟的是人眼距离产品表面2.5 m 的观察结果，短波模拟的是人眼距离产品表面50 cm 的观察结果。级数也被称为R等级值，是另一种长短波的综合评价值，其数值越大，橘皮越小，表面状态越好；反之，橘皮越大，表面状态越差[1]。目前，上海大众集团以涂膜长短波值来衡量涂装橘皮的好坏。其标准为：平面──“长波＜5、短波＜25”；立面──“长波＜13，短波＜30”[2]。上海通用则使用橘皮综合指标──级数(R)来界定橘皮轻重，但其具体标准还未有公开的资料。据笔者现场试验，当重型汽车的R值大于6 时，涂膜橘皮会较小，目视漆膜均匀润泽，整体效果较好，而乘用轿车的橘皮等级R值都在8.5 以上。

1.2 橘皮试板比对法

用已知橘皮等级的标准板与产品进行比对，从而得出产品的橘皮等级。现在较常用的是福特汽车橘皮标准板，它由10 块4 in × 6 in(1 in ≈ 2.54 cm)、漆成黑色的面板组成，并按橘皮(流)由粗至光滑贴有从1～10 的流评级(橘皮)。用此橘皮标准板与产品进行比对，可确定涂装质量，作出橘皮轻重的界定。目前，福特、通用和克莱斯勒汽车允许它们的供货商采用福特橘皮标准板来评估漆膜外观。

2 车身漆膜橘皮的影响因素

本文主要研究漆膜厚度、表面光洁度、施工黏度、施工方法和油漆本身质量等因素对漆膜橘皮综合指标级数的影响。

2.1 试验方法

以17 件驾驶室门为试件依次编号进行试验，各试件按图1进行了分区(特殊注明除外)，并竖直悬挂于专用挂具上。其中，1～10 号门进行正常工艺的面漆、中涂喷涂，11～13 号门分别使用不同档次的漆，14～15 号门做不同黏度的试验，16～17 号车门进行打磨对比试验。实验采用BYK 橘皮仪测试漆膜级数R。面漆前对图1所示各区进行中涂厚度检测，然后喷涂面漆，最后在精修工位对相应各点进行厚度和级数测量。各点数据为3 次测量的平均值。试验条件：温度23.5 °C，相对湿度63%，水平风速≤0.02 m/s，垂直风速0.25～0.55 m/s，静电喷枪(STAT)出漆量4 mL/s。

图1 车门橘皮等级测试区Figure 1 Areas for testing orange peel grade on truck door

2.2 试验结果和分析

2.2.1 漆膜厚度对橘皮级数R的影响

根据试验数据，底层膜厚(电泳+中涂)、面漆膜厚和涂层总厚度对面漆橘皮等级R的影响分别见图2a、2b 和2c。

图2 底层、面漆和涂层总厚度对面漆橘皮等级的影响Figure 2 Influence of primer,topcoat,and total coating thickness on orange peel grade of topcoat

由图2可以看出，底层膜厚、面漆膜厚及总漆膜厚度与面漆橘皮等级R值没有必然的定量关系，但从各图的趋势线看，R值会随着底漆膜厚、面漆膜厚和总漆膜厚度的增加而提高。当底层膜厚在42 μm 以上时，R值会有较大的提高；当面漆小于20 μm 时，橘皮等级R值急剧下降，若膜厚进一步下降，则R值无法测出。这可能是因为面漆的厚度太薄时，其漆面光泽度下降，导致橘皮仪无法正常工作所致。当面漆厚度在30 μm 以上时，R值基本都稳定在较好区域；随着漆膜总厚度的增加，面漆橘皮R等级随之得到提升。由图2c可看出，在66～105 μm 范围内的22 个R值稳定在5 以上，平均达到6.2，橘皮目测时比总膜厚在60 μm的状态有了较大的提高。

2.2.2 面漆黏度对橘皮级数R的影响

将喷14 号门的冰白漆黏度下调到26 s，15 号门用正常黏度29 s 的油漆，车门各区橘皮等级测试数据如表1所示。由表1可看出，在同等条件下，黏度低的漆膜其橘皮等级R高于黏度高的漆膜，符合同等条件下降低橘皮黏度可减少橘皮缺陷的理论。但随着油漆黏度的降低，涂装时流挂趋势增大，并且在同等涂装条件下，漆膜厚度会变薄，使手工喷涂难度加大，增大后续工作量。

表1 油漆黏度对橘皮等级R 的影响Table 1 Effect of paint’s viscosity on orange peel grade R

2.2.3 油漆质量与橘皮等级R的关系

按相同的涂装工艺条件，同一操作者用高档、中档和常用漆各涂装一个车门(11#～13#)，测得各区橘皮等级R值见图3。

图3 油漆质量对橘皮等级的影响Figure 3 Effect of paint quality on orange peel grade

理论上，高档次的漆其橘皮应该会好于低档漆，档次越高，橘皮等级应该越高。从图5可以看出，随着油漆档次的提高，橘皮等级R有所提升，高档漆、中档漆和常用漆R平均值分别为6.4、6.1 和5.9，即橘皮等级差别并不是很明显。这可能是因为在本次实验中，漆的提供量只够喷涂一个试件，所以试验结果并不全面；另外，高档漆的喷涂试件有轻微的漆雾缺陷，也可能影响到了最终的橘皮等级结果。

2.2.4 中涂表面光洁度与面漆橘皮等级R的关系

为对比在同等涂装条件下中涂表面平整度与面漆橘皮等级R的关系，将16#、17#门按图4a进行分区，对中涂后的(1)、(3)、(5)、(7)区用800 目水砂纸进行打磨，(2)、(4)、(6)区不打磨。面漆喷涂后，对打磨和非打磨区域的橘皮等级R进行了测试，结果如图4b所示。在同等条件下，经打磨后，涂层表面的橘皮等级R比未打磨表面明显提高。所以中涂表面的平整度越好，面漆橘皮等级R越高，表面平整度(打磨与否)对最终的橘皮等级R有很大的影响。

2.2.5 操作因素对面漆橘皮等级R的影响

图4 中涂打磨和未打磨区各测试点及其橘皮等级R 值Figure 4 Areas for testing the orange peel grade of polished and unpolished mid coating and the test results

从图3和图4b可以看出，在同等条件下，图1中的(4)区和图4a中的(7)区的R值最差。在对现场的25 台整驾驶室左右车门按图1、图4a分区进行橘皮等级测量，其(4)、(7)区的漆膜厚度和橘皮等级也普遍低于其他部位。这是因为(4)、(7)区位置较低(大概 低于操作者膝盖)，在喷涂中需要操作者蹲下，才能保证喷枪嘴与工件垂直，但在大批量的生产中，操作者对此区习惯于稍微弯腰一带而过，无法保证喷枪与工作面垂直，从而造成涂料雾化扇面偏离工件，涂膜厚度达不到工艺要求，致使漆膜流平性不够，最终导致橘皮加重。试验发现，每台驾驶室左右门的橘皮等级R值都存在偏差，差值一般为0.7～0.9，说明操作因素对橘皮等级有重要的影响。

通过以上试验，确定影响橘皮等级R的因素由大到小依次是：操作因素、底层的平整度、漆膜厚度、施工黏度和油漆本身的质量。

3 结语

影响橘皮等级R的因素由大到小依次是：操作因素、底层的平整度、漆膜厚度、施工黏度和油漆本身的质量。而操作因素和漆膜厚度在一定程度上都可归为操作者的施工手法和技术水平。漆膜厚度若满足电泳+中涂达到45～65 μm、素色面漆为30～45 μm、整体厚度达到65～120 μm 的要求，则面漆橘皮等级R值会有较大的改观。这一切需要有稳定的操作为基础。因此在手工喷涂中，操作者的技术水平对产品的橘皮等级起到决定性作用。提高涂装操作者的操作技能，保证涂装状态的均一、稳定，是解决橘皮问题的关键；降低油漆黏度，有利于提高橘皮等级R，但随之而来的涂装流挂，也会影响整体涂装质量，增加返工率。所以对于一种定型的油漆，不建议以降低油漆黏度的方法改善橘皮，尤其在手工喷涂中。理论上说，采用高档次的漆，其橘皮应该会好于低档漆，但在其他涂装条件未得到改善的情况下，随着油漆档次的提升，橘皮等级R提升并不明显，且需要考虑涂装效益与成本的契合点。底层的平整度包括底材、电泳、中涂三方面的平整度。若白车身表面质量越好，会使打腻子的地方减少，从而使电泳和中涂遮盖基材变得容易，减少打磨量，降低打磨露底机率，使中涂的整体效果得到提升，最终使面漆的遮盖变得容易，橘皮减轻。反之，若白车身表面质量较差，虽然可用腻子进行修补，且用 打磨达到减轻橘皮效果，但它增加了打磨工作量，而且降低了中涂漆膜的厚度。同时，若底层平整度不好或已有橘皮，会通过中涂和面漆不断放大，最终在面漆喷涂完后，橘皮会显得更严重。因此，优良的白车身质量和严格的表面前处理，是得到良好涂装效果的必要条件。

[1]朱则刚.乘用车车身漆膜橘皮的成因及其预防[J].现代涂料与涂装,2010,13 (6):57-61.

[2]王廷富,王皓,周杰,等.POLO 轿车前后盖边缘涂膜“桔皮”优化[J].涂料工业,2004,34 (11):29-32.