一次漆膜鼓泡缺陷的分析及解决

陈 杰，邾立亮，周 杰 （上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

1 问题描述

去年夏季，某厂在总装车间和成品车停车场发现一车型右后门锁定钩附近区域存在批量漆膜缺陷（图1）。该缺陷外观呈密集凸起状，类似毛孔群；且呈手印或擦拭印迹，其它部位未发现类似问题。该车型同时在涂装一车间和二车间生产，存在缺陷的车辆均为二车间生产，而一车间生产的车辆无此问题。

图1 漆膜缺陷示意图Figure 1 The schematic diagram of paint film defect

经电吹风烘烤后，漆膜缺陷变浅，但间隔数小时后，缺陷又恢复原状；缺陷经过打磨、点修补后，暂时消失，但经过一段时间后，缺陷又逐渐显现出来，直至恢复原状。

2 原因分析

2.1 问题排查

由于之前在涂装车间排查时未发现类似缺陷，故将产生此缺陷的区域锁定在总装车间。取总装车间使用的一些化学品（如制动液、冷冻液、清洁剂等），涂抹在油漆样板上进行缺陷对照，发现缺陷状态并不一致。

当问题排查正陷入僵局时，在涂装二车间的一台展车上也发现了类似缺陷，该展车面漆后由于特殊返修要求，在涂装车间放置了两天。据反映该车起初是无此问题的，在周末存放了两天，周一上班时发现异常。而且该车除右后门锁定钩附近区域有此缺陷外，在前盖上也存在类似缺陷。

2.2 问题分析

取缺陷前盖送实验室切片进行微观分析。从缺陷剖面图（图2）中可见，中涂层、色漆层和清漆层完好；电泳层和中涂层脱开，中间为空腔状态；电泳层表面有少量白色晶体状物质。由此可以判断，正是由于电泳层表面存在某种异物，导致了该缺陷的产生。

图2 缺陷剖面图Figure 2 Defect cross-section view

对该缺陷的成因进行梳理，初步形成了如下观点：

（1） 缺陷偶尔出现在涂装车间，主要出现在总装车间及总装以后，出现时间不确定，由此可以判断缺陷产生于总装之前，也可以说明缺陷受外界环境因素影响后，会随时随地爆发出来。

（2） 在缺陷处隐约看到手印或擦拭痕迹，这可能与手触或擦拭过程有关。

（3） 缺陷区域经过打磨、点修补和抛光修复后，缺陷又在同一位置继续爆发出来。

（4） 缺陷位置固定，主要存在于右后门锁定钩附近区域，这可能与不同岗位操作工的操作习惯有关。

（5） 外界温湿度越高，此缺陷产生频次越高。

（6） 缺陷只存在于深灰中涂对应的色漆上，这说明此缺陷与中涂材料有关。

2.3 缺陷成因分析

鉴于以上观点，将产生此缺陷的区域基本确定为涂装车间内电泳与中涂之间的工艺区。由于缺陷处存在手印或擦拭印迹，明显有人工操作迹象，故将电泳打磨和PVC（聚氯乙烯）密封作为关注点。重点排查右后门锁定钩附近区域的操作过程，如图3所示。

图3 工艺流程图Figure 3 Process flow diagram

通过在线巡查发现，在PVC密封线进行内腔涂刷时，因该车型较低，操作工左手习惯性地按压在右后门锁定钩附近区域借力，如图4所示，导致手掌上的汗液黏附在车身上，且后续未进行擦拭。经过PVC凝胶，汗液烘干后渗入打磨后的电泳层表面，从而为漆膜鼓泡缺陷的产生埋下了隐患。

图4 裸手接触车身Figure 4 Hand touch car body

在高温高湿的环境下，员工容易出汗，通过手或身体接触导致车体上存在盐分。漆膜在烘干后的一段时间内可以让水蒸气透过，漆膜下存在的水溶性盐与高湿环境中的水蒸气之间形成一个渗透压，漆膜即成为一种半透膜。在这种条件下，气态的水可穿过漆膜到达盐粒上并冷凝成液态的水，水顶起漆膜从而造成鼓泡缺陷，如图5所示。当鼓泡刚出现时，其寿命并不长。在阳光下或经烘箱烘干后，鼓泡缺陷会消失，如再次长时间处于湿热条件下，又会出现鼓泡。待漆膜完全干燥封闭后，缺陷便不再会消失，甚至烘干后也不能消除。

图5 汗液污染导致漆膜鼓泡缺陷示意图Figure 5 The schematic diagram of paint film bubbles caused by sweat stain

油漆刚烘干后并无鼓泡缺陷，但在夏季湿热的气候条件下，在停车场，甚至在总装车间，涂装后车身上的盐分吸收空气中的水分就会突然出现鼓泡现象。

为了验证以上分析的准确性，随后进行了汗液污染样板试验，发现在样板上也出现了漆膜凸起缺陷，且缺陷形态、特点与问题车身上的缺陷一致，如图6所示。

图6 样板缺陷剖面图Figure 6 Defect cross-section view of sample plate

涂装一车间无此问题，这是因为一车间的PVC密封线和电泳打磨线布局与二车间相反，如图7所示。在PVC密封线如有汗液污染，由于汗液污染发生在未打磨的电泳层表面，汗液与光滑的电泳层表面结合力不佳，故通过后续的电泳打磨和擦拭可清除污染物，避免其进入后道工序形成缺陷。

图7 L1/L2工艺流程差异Figure 7 The process difference between L1 and L2

3 解决措施

3.1 人工控制措施

为了避免汗液污染车身，首先在操作指导书中增加以下内容：员工在进行PVC密封操作时，必须佩戴手套及袖套，禁止裸手接触车身；同时在PVC密封线末端对右后门锁定钩附近区域使用异丙醇擦拭。

3.2 材料优化措施

实施人工控制措施后，漆膜鼓泡缺陷的出现频次明显降低，但偶尔还会发生。在夏季，尽管涂装车间内的操作工位上会送冷风，但员工在高强度的工作节奏下不可避免会出汗。尽管要求操作工佩戴手套及袖套，仍无法彻底杜绝车身受到汗液污染。

在问题分析过程中，发现该缺陷只存在于深灰中涂对应的色漆上，因此将材料优化的重点放在深灰中涂上，从以下两个方面进行优化：

（1） 增加材料交联度，防止外界水汽渗入。

（2） 引入亲水基团，阻止水分受高温而膨胀。

通过试验发现引入亲水基团效果不佳，故将优化重点放在增加材料交联度上。通过增加材料交联度，能够形成更加致密的网状结构，从而起到封闭的作用，有效阻止潮气透过中涂层。试验证明，增加深灰中涂的交联度能够减轻因汗液污染造成的漆膜鼓泡缺陷。

中涂漆交联反应示意图如图8所示。

图8 中涂漆交联反应示意图Figure 8 The schematic diagram of primer cross-linking reaction

在增加交联度的同时，提升交联反应速率也必不可少。加快中涂交联反应速率，快速封闭，从而尽快阻止潮气透过中涂层。有以下两种途径可以提升中涂材料的交联反应速率：

（1） 调整氨基树脂，降低反应所需能量，加速交联。

（2） 调整反应催化剂，加速反应。

为了验证实际效果，分别通过以上两种途径进行优化，制备了A、B两种深灰中涂样品。随后通过试验评价样品的抗鼓泡性能，并与在线使用的中涂产品进行对比，结果如表1所示。

表1 中涂样品抗鼓泡性能对比Table 1 The contrast of anti-bubbles of primer samples

由表1可见，调整深灰中涂的反应催化剂能够有效抑制汗液的污染，漆膜抗鼓泡性得到显著提升。

在人工控制措施实施的基础上，通过优化深灰中涂材料，增加交联度，并提升交联反应速率，最终解决了漆膜鼓泡问题。

4 结语

（1） 汗液污染车身是造成此次漆膜鼓泡缺陷的关键因素。

（2） 通过人工控制措施能够减少鼓泡缺陷的出现频次，但无法完全消除鼓泡缺陷。

（3） 通过调整深灰中涂配方中的反应催化剂，能够显著提升其抗鼓泡性能。

（4） 通过人工在线控制和中涂材料优化两方面措施相结合，能够有效抑制漆膜鼓泡缺陷。