电饭煲内锅涂层脱落分析及改善

杜建萌 贺 雷 施清清 岳 军

（1.珠海格力电器股份有限公司 珠海 519000；2.格力电器（中山）小家电制造有限公司 中山 52800）

引言

米饭是我国食用量较多的主食之一，随着经济与科技的迅速发展，电饭煲成为家庭中烹饪米饭最常用的器具，用户不仅要求烹饪出的米饭美味可口，更要保证食品健康安全，产品耐用。作为直接与食品接触的电饭煲内胆，其安全性、可靠性尤为重要。

电饭煲产品不断升级换代，内锅表面也从裸露的不锈钢、铝合金等单一材料逐步向涂敷涂层型材料过渡。不粘涂层带来的便利性极大的满足了不同使用需求[1]，然而不粘涂层的使用也为消费者带来一定健康安全威胁，即目前电饭煲产业普遍存在且消费者比较关注的内锅涂层脱落问题。内锅涂层脱落后会导致糊锅粘锅等问题，影响用户使用体验，同时也引起了用户对食品安全的担忧，如果涂层不慎进入体内，难以分解排除体外，对身体健康有一定影响；涂层脱落后内锅基材直接接触食物，部分内锅基材为铝合金，铝基材直接与食物接触。如果食物中有酸性物质，长期作用下可能会发生反应或迁移，不符合食品安全标准，存在食品安全风险[2]。文章结合售后案例，从涂料的特性、生产工艺进行分析，研究电饭煲内锅喷涂涂层可靠性的影响因素。

1 材料选型分析

1.1 寿命失效案例分析

针对售后反馈的脱漆内锅进行分析，部分使用时间约6 个月后表面存在明显划痕，划痕周围有轻微脱漆，其余位置测试附着力等无异常，判定为使用过程硬质材料划伤磨损失效；此失效模式主要由于不粘涂层较薄且硬度偏低，当涂层受到对比涂层硬度较高的清洁工具摩擦时，涂层在摩擦过程中属于被磨损一方，加速磨损失效。

部分内锅表面出现点状或片状脱漆，用户使用时间约1.5年，与实验室长期寿命样机最终状态类似，判定为寿命涂层失效，如图1所示。用户在正常使用过程中，反复加热冷却、米粒摩擦、食物弱酸或弱碱腐蚀等因素均对涂层有一定损耗，市场主流内锅涂层使用寿命也仅为1.5 ～2年左右。结合用户实际使用场景及GB/T32095.1《家用食品金属烹饪器具不粘表面性能及测试规范》标准，选定内锅耐磨性、硬度、不粘性、耐酸碱性、附着力、煮饭寿命作为关键对比指标，其受涂料本身差异影响较大。

图1 寿命涂层失效样品

1.2 常见喷涂材料对比

目前市面上电饭煲内锅喷涂涂层种类较多，常见的主要为特氟龙PTFE（聚四氟乙烯）不粘涂料、特氟龙PFA（四氟乙烯与全氟丙基乙烯基醚的共聚物）粉末不粘涂料、陶瓷（晶）不粘涂料。特氟龙PTFE 不粘涂料为水性涂料，包含双层或三层涂料体系，拥有极地的摩擦系数，且成本相对较低，是使用最广泛的涂料。特氟龙PFA 不粘涂料是基于碳氧化合物的聚合物，在烘烤时热熔流平形成无孔的涂膜[3]，结合了耐热性、化学惰性、出色的绝缘线稳定性和低摩擦性，同时具有出色的抗应力开裂性弯曲寿命。不粘陶瓷涂料是一种纳米材料，采用先进的纳米合成技术，合成出来的陶瓷涂料具有似荷叶的双微结构（微米乳突 + 纳米结构表面），通过这种纳米结构，陶瓷涂料达到优良的不粘效果。其通过低温固化成膜后完全是无机分子结构，涂膜具有高硬度，高耐磨，高耐温，耐各种酸碱和化学品[4,5]。对以上3 种涂料按国标进行关键性能测试对比情况如表1。

表1 常见内锅不粘涂层的关键性能对比

综合上述实验，PTFE 材料、PFA 材料、陶瓷涂料在耐酸碱性、附着力实验无明显差别，均可满足正常的使用要求。PFA 特氟龙粉体涂料煮饭寿命远超其他涂料，涂层硬度无明显提升，正常使用仍需避免硬质材料划伤，该材料因成本较高，高端电饭煲可选择应用[6]。无机陶瓷涂料内锅硬度较优，但不粘性差，影响用户正常煮饭使用，同时受成本影响，多用于特殊烹饪功能。PTEE 特氟龙水性涂料成本相对较低，为市面上最广泛应用的材料，结合用户实际使用需求，寿命约1 ～1.5年。

2 生产工艺分析

2.1 工艺失效案例分析

选择某品牌主流饭煲机型，内锅使用PTEE 特氟龙水性材料，对收集到的非寿命磨损内锅进行分析，主要存在两种异常现象：一种为点状脱漆如图2，对故障样品继续寿命试验，点状脱漆未继续扩散。对内锅脱落部位进行200 倍放大，最大脱落部位长0.75mm×0.5mm，最小为0.2mm×0.2mm，裸露基材表面未发现嵌砂情况，涂层其他部位未发现气泡异常，继续煮饭约300 锅，脱落点大小未扩散。验证原材料及化学浸泡实验均符合要求。判断为涂层下存在点状杂质引起。

图2 内锅点状脱漆失效样品及局部放大图

另一种为售后内锅底部局部起泡，起泡点逐渐扩大形成明显的鼓包起皮，正常使用时受外力出现块状或片状脱落。对故障件进行测试，涂层存在局部偏厚异常，起泡及局部块状脱落区域内附着力测试不合格，其余位置附着力无异常。判断为涂层涂敷存在异常。

2.2 工艺关键控制点改善

电饭煲内锅生产工艺复杂，根据不同的设计需求，具体加工步骤各不相同。主要工序包括：

冲压：制造内锅的基材是各种材料的板材，将板材冲压到所需形状。

打砂：使表面达到一定粗糙度，保证后续涂料能附着良好。

清洁：去除表面的油脂和污渍，进入烘干房烘干。

喷涂：喷涂涂料，待表干后进入高温炉烧结固化。

结合售后典型异常现象，点状脱漆异常继续试验未扩散，排查相关物料及化学浸泡实验均符合要求，排除涂料及前处理不良。结合内锅生产环境，分析为尘点杂质导致，且尘点出现在内涂底漆喷涂后工序。针对此类异常需对生产环境进行改善，使喷房内空气清洁度达到10 万级，并定期开展空气清洁度测试，在物料周转进出口增加防护和风淋室。除喷房外，增加车间整体环境洁净度要求，在炉口等外运转线裸露大环境区域构建洁净小环境，增加防尘罩，炉底增加落地挡板防止灰尘进入炉底。

涂层起泡影响因素较多，失效机理主要有2 种：①内锅面涂表面相当于一层半透膜，当涂料偏薄或喷涂不均匀时，半透膜有微观孔隙，因膜两侧存在浓度差，小分子或者离子自发由高浓度到低浓度进行渗透作用，直至半透膜两侧无浓度差。水分子透过涂层侵蚀到基材表面，反复冷热作用导致吸收的水分子累积变成水蒸气蒸发冲破涂层，表现为涂层起泡失效。②当基材前处理不足、烧结温度不足或过度烧结时，使得底涂不能完全涂覆在基材表面，涂层附着力不足，在客户反复使用过程中，基材和底涂的热膨胀系数不同，缺陷位置不停的进行冷热冲击，两者之间的间隙空间越大、附着力越小，最终达到间隙极限，涂层起泡点状失效。

对内锅各工序进行排查，实际生产时不同内锅的烧结温度采用了同一温度，实际因内锅材料种类、厚度差异较多，不同内锅的的热传导系数不同，必须针对不同种类内锅制定详细的烧结温度。此外内锅拉伸后会产生一定内应力，应力主要集中在内锅R 角位置，如生产时内锅拉伸后没有应力释放工序立即进行喷涂，将存在一定比例因应力影响导致喷涂开裂，因此内锅基材拉伸后需增加一定时间的老化放置或加温工序进行应力释放。

基材前处理的粗糙度、清洁度影响涂料与基材的结合能力，需对工艺参数、方案严格执行，定期检查生产过程使用的打砂工具和清洗液pH 值，对各工序制造件制定验收标准定期抽检。

图3 局部起泡脱漆失效样品

图4 底涂涂敷不良失效示意图

3 结论

文章结合售后内锅失效具体案例，通过对电饭煲喷涂内胆的不同涂料样品对比测试、内锅制造工艺关键梳理分析，得出内锅涂层的选型建议及工艺关键控制点。

1）内锅喷涂涂料影响内锅可靠性。结合实验对比情况，PFA 特氟龙粉体涂料整体性能优于PTFE 特氟龙水性涂料，煮饭寿命可达PTFE 涂料的3 倍。无机陶瓷涂料内锅硬度较优，但不粘性稍差，可根据产品定位及用户需求选用最佳内锅涂料。

2）内锅制造工艺控制影响内锅可靠性。结合售后故障分析，工艺关键控制点主要为环境清洁度、涂料厚度、基材清洁度及粗糙度、烧结温度、基材应力等，应量化工艺参数并定期检查重点管控。

此外，具有不沾涂层内锅无法有效避免异物划伤，终端用户的非正常使用对涂层的破坏也是内锅脱漆的一大影响因素。生产商可通过在说明书中增加内锅使用方法、警告提示来指导用户正确使用，延长内锅使用寿命。