浅谈涂装过程水性色漆对缩孔的影响

姚欣 何金蓉 张发晖

摘 要：本文结合汽车涂装生产现场经验，阐述了排查和分析漆膜缩孔的原因，提出了有效的解决办法，为减少漆膜缩孔提供了一定的方法思路。

关键词：汽车涂装 水性色漆 漆膜缩孔

1 引言

汽车涂装是汽车生产过程中极为重要的工艺之一，其过程往往伴随着能源和材料的高消耗、污水废渣的高污染以及汽车高返修率[1]等问题。特别是汽车高返修率的問题，不仅会增加能源的消耗，还会严重影响企业的生成产本。因此如何降低返修率，控制车辆的生产成本，是众多汽车生产企业一直关注的主要问题。而造成汽车返修的主要原因，大多是由于车身缩孔引起的漆膜缺陷。 缩孔是汽车涂装现场最常见的漆膜弊病之一。汽车涂装过程若出现缩孔，不仅严重影响车身涂膜外观，还有可能形成底漆的外漏，从而破坏了汽车涂膜的完整性，导致汽车表面容易被腐蚀。而一般的缩孔处理方法，如打磨和抛光等都无法将缩孔消除。由于形成缩孔的原因有很多种，从查找缩孔污染源到消除污染源， 都需要投入很大的人力物力。本文结合汽车涂装现场案例，着重介绍了水性色漆引起缩孔的原因。

2 缩孔缺陷产生的原因分析

形成漆膜缩孔的原理是因为底漆材料表面组成成分不均一，导致涂料涂上去后引起局部区域上的湿膜铺展系数小于零，从而使湿膜向四周回缩，造成总表面能降低产生缩孔[2]。漆膜缩孔一般都是露出底漆的且呈圆形的缺陷，直径大小约为0.5-3mm。在涂装现场中，大多数是由于被涂物上、涂装介质或涂料中存在有机硅化合物、润滑脂、油、表面活性剂、水等污染物，使其表面张力与涂料相差较大，导致融合效果较差或被涂面湿润不均，从而使涂料局部收缩的现象[3]。

3 案例分析

3.1 问题描述

近期，某汽车涂装生产线上出现较多水性色漆缩孔，主要集中在发盖、前门和翼子板等地方，且连续多天缩孔数目高居不下，如图1所示，导致汽车故障率高达56%，严重影响车辆的合格下线率，无形之中加重了生产成本。

3.2 问题调查分析

水性色漆缩孔形成是由于色漆涂膜局部，存在疏水性低表面张力的物质富集，导致清漆涂膜局部无法润湿流平，从而形成清漆露底缩孔（如图2所示）。而影响水性色漆形成缩孔的因素一般包括涂料颜色特性、涂料配方、涂料循环稳定性。涂料颜色特性形成缩孔原因多数是因为：1）高彩度/高珠光含量的色漆中，珠光包裹及分散效果相对较差;2）水性色漆的喷涂雾化较难、湿膜流平性较差;3）因雾化/流平难，易出现局部低表面张力物质富集，清漆涂膜无法流平润湿，则出现缩孔异常。涂料配方因素对缩孔的影响表现在为保证现场工程遮盖，所需涂层颜色中的珠光含量较高，尤其是红、蓝色疏水性颜料含量较高，容易引起体系中疏水性物质发生聚集，从而形成缩孔。涂料循环稳定性造成缩孔现象主要因为涂料在系统中长时间循环，在低产量时，无新涂料进行更新置换，也容易出现疏水性物质的局部富集。

根据水性色漆形成原理，现场采取以下措施：如将涂料珠光材质的升级，珠光包裹与分散过程进行优化，调整亲/疏水溶剂比例，提高疏水性物质的分散和均一性。但是缩孔现象并未得到改善。初步怀疑是涂装工序设备出现污染源，导致漆膜缩孔。

为进一步找出产生缩孔的污染源，对整个涂装工艺过程进行了头脑风暴，通过从人、机、料、法、环等方面排查可能引起漆面缩孔问题的原因制定以下查找方向和措施，如表1所示。

降级验证是指当其中一台喷涂机器人发生故障时，通过调整喷涂程序，改由其他机器人负责喷涂原来由故障机器人喷涂的区域（如图3所示），确保生产继续进行[4]。由降级验证实验找出有故障的机器人B5，从而确定机器人存在污染源。猜想可能由于机器人循环管路和旋杯洁净度不够导致缩孔。一般涂装机器人所安装的系统包括自动清洗和吹扫功能，其完成的清洗程序包括循环管路清洗和旋杯清洗[5]。

喷涂机器人在喷完每一台车身后需要及时对旋杯进行清洗，而完成一定量的车型喷涂时必须对管路进行清洗，防止造成涂料粘附管壁，变干后形成漆渣堵塞旋杯形成漆孔，从而影响下一台车的喷涂效果。为确定引起缩孔的原因是否由机器人循环管路和旋杯引起，对其循环管路和旋杯清洗前后缩孔数目进行了对照试验，如表2所示，由此可知，漆膜缩孔发生的原因主要是因为机器人循环管路和旋杯受到了污染而导致缩孔。

4 改善措施

根据以上试验可知，当循环管路或旋杯上清洗溶剂没有被压缩空气吹扫干净时，循环管路管壁和旋杯上容易残留溶剂，造成机器人喷涂过程中夹带清洗剂喷涂在车身上，从而形成缩孔现象。针对喷漆机器人可能导致的漆膜缩孔，可采取以下措施来减少缩孔形成：1）通过及时清理机器人循环管路和旋杯，确保机器人工作环境的洁净度，可有效较少漆膜缩孔的产生;2）通过延长清洗时压缩空气的吹扫时间，减少清洗溶剂流量，可有效减少漆膜缩孔的形成;3）清洗过程中合理分配旋杯内外清洗的时间和清洗溶剂的用量，确保旋杯清洗效果。

5 结束语

水性色漆缩孔是汽车涂装过程中常见的弊病之一，产生原因比较复杂，若不能及时查找原因，容易造成批量质量问题。本文阐述了漆膜缩孔的产生原理，重点对产生缩孔的机器人工序进行了分析研究，并提出通过控制机器人循环管路和旋杯的洁净度来对漆膜缩孔进行治理，可有效减少涂装漆膜缩孔现象的产生。

基金项目：文章为2020年度广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“汽车涂装过程中出现电泳缩孔问题的研究分析”研究成果，项目编号：2020KY37007， 主持人：姚欣。

参考文献：

[1]吉国光，轿车漆膜颗粒分析与防治方法. 钣金与喷涂.

[2]康志新，汽车水性面漆缩孔缺陷问题探讨. 中国涂料.

[3]王锡春，漆膜缩孔缺陷及其防治. 汽车工艺与材料.

[4]钱昱，喷涂机器人降级模式在汽车涂装生产中的应用. 生产装备.

[5]翟长龙，汽车涂装喷涂机器人的换色及清洗. 重点报道.