油漆桔皮的控制方法解析

橘皮是一种装饰性涂层缺陷。顾名思义，涂层表面呈橘皮状。橘皮（英文：orange peel effect）。桔皮是评价车身面漆涂装质量的一个重要指标，也是面漆涂层最常见和难以控制的缺陷之一。导致出现桔皮的因素很多，按照“人、机、料、法、环”的生产质量管理原则来分类，下图是面漆产生桔皮的鱼骨图[1][2]，可以看到车身板材的粗糙也是产生桔皮的因素之一。

油 漆桔皮可以通过激光桔皮仪进行定量测定，桔皮仪测定原理是利用60°激光聚焦在涂层表面，在10 cm 的距离内定量测定涂层表面波纹的光学轮廓，获得准确的数据。为模拟人眼的分辩率，将波纹结构尺寸＞0.6 mm的测量数据归纳为长波，代表了表面较长波幅的变化；将波纹结构尺寸＜0.6 mm 的数据归纳为短波，代表较短波幅的变化。数值越低，表示涂层表面的桔皮越少，表面质量越好。长短波的影响因素众多，车身板材、电泳、中涂、色漆及清漆对长短波都有影响，其中车身板材、电泳及中涂对短波的影响最为明显，而中涂、色漆及清漆对长波的影响明显。目前并无统一的标准评价油漆桔皮，各大汽车厂商根据自身情况制定企业标准来控制油漆桔皮。
 
1 油漆桔皮产生的机理及防治措施
研究表明：桔皮缺陷大多是由湿漆膜内涂料流动引起，受表面张力、重力及粘滞力等的制约，湿漆膜在干燥过程中会产生有规律的流动现象，随着溶剂的挥发，在湿漆膜表层形成较高的表面张力，随溶剂的挥发粘度增大，这样造成湿漆膜里层和表层之间的表面张力和粘度的梯度。按照Helmholtz 流动分配理论，这种流动形成边与边相接触的不规则六角形网络，涡流的原动点在格体中间，涂料沿格体边缘下沉，在湿涂膜上形成许多漩涡状小格，待干燥后就留下不均匀的网格，形成桔皮。
影响桔皮的因素较多，要减少桔皮，就需对涂装生产的各个环节进行控制，主要还是从涂装设备、工艺和材料等方面进行改善。优良的车身钢板（粗糙度Ra≤1 m）、磷化和电泳涂层质量可为中涂和面 漆提供一个良好的涂层基础。中涂漆应选择对电泳涂层填充效果好、抗流挂和流平性能好的油漆。一般情况下，在满足遮盖力的前提下要尽量减少色漆的膜厚，并要防止漆雾对车身的影响。金属色漆漆膜的干燥也十分重要，在不干的金属色漆层罩 清漆易引起桔皮和失光。烘干方式、工艺温度等对桔皮的产生也有影响，在烘干时应使升温曲线平坦些，保证色漆和清漆喷涂后在闪干期间要有足够流平和溶剂挥发的时间。生产时应连续进行，否则会造成车身不同部位干燥程度不一样，桔皮会更明显。油漆粘度的增加会减少油漆流平时间，引起长短波的增加，尤其对长波影响更大。在实际生产过程中可使用快干、慢干流平剂来改善涂膜外观，性能好的流平剂能降低熔融粘度，有助于熔融混合和颜料分散，提高底材的润湿性和涂层的流动流平。某汽车制造厂A和B 线都是采用传统溶剂油漆和机器人喷涂的涂装工艺，某次B 线三平面出现长短波数据超差，造成大量返工。以下对其原因进行分析，并提出相应的解决措施。

2 实验结果与分析
2.1 油漆工艺
白车身→预处理→电泳→电泳烘房→PVC→PVC烘房→电泳打磨→吹灰擦净→中涂内腔人工喷涂→中涂外表机器人喷涂→中涂烘房→中涂打磨→吹灰擦净→色漆内腔人工喷涂→色漆ESTA 喷涂→色漆GUN喷涂→色漆小烘房强制闪干→清漆内腔人工喷涂→清 漆外表ESTA 喷涂→面漆烘房→整理报交。表1 和表2 分别示出在正常生产条件下，测量A和B 线50 台车身电泳+ 中涂+ 面漆后（深黑）三平面的平均长短波数据。
文章以改善B 线油漆桔皮为研究对象，探究油漆桔皮的一些控制方法及解决对策。表3 示出某次B 线长短波数据超差时采集的20 台车身电泳+ 中涂+ 面漆后（深黑）三平面的平均长短波数据。
首先对中涂、色漆及 清漆材料批次、机器人喷涂和施工参数及设备故障记录进行调阅分析，材料批次、喷涂参数（流量、成型空气、高压、转速等）和施工参数（沉降风速、温湿度、粘度、助剂等）无变化和异常，设备正常运转。
2.2 分层膜厚
对电泳车身、中涂车身、色漆车身及清漆车身的前盖中间区域各涂层进行分层膜厚测量，各个涂层符合工艺要求的最佳膜厚，为此B 线车身长短波数据的超差可以初步排除涂层膜厚变化因素。表4 示出长短波数据超差时各涂层分层膜厚。由于镀锌涂层膜厚在7~9 μm，从分层膜厚可以看出，各涂层膜厚数据正常，总膜厚在130 μm 左右。
2.3 调整清漆施工参数
为了进一步验证清漆施工参数对长短波的影响，清漆平面区域机器人喷涂流量增加20 mL/min，流平剂添加量增加1%，车身三平面长短波数据无明显改善，数据仍然超差。
2.4 排除色漆漆雾飞扬
喷漆室内色漆漆雾飞扬，一种是人工补喷内腔时飞扬至外表；另一种是色 漆机器人ESTA 旋杯转速过高，使雾化过细，导致漆雾损失，溶剂挥发过快，使涂膜所含溶剂量降低，漆雾飞扬和转速过高都容易引起失光和桔皮。取消色漆人工内腔喷涂，只进行色漆机器人外表喷涂，消除人工内腔喷涂时对车身外表造成的漆雾影响，测量面漆烘干后车身平面长短波数据，与表3进行对比，结果无明显改善。验证色漆ESTA 转速过高因素，降低色漆ESTA 转速，转速从35 000 r/min 降至32 000 r/min，转速降低约9%，长短波数据平均值分别为5.9 和23.9，结果无明显改善（小于10%）。
2.5 优化中涂施工参数
增加B 线三平面中涂机器人喷涂流量20 mL/min和成型空气20 NL/min，使中涂三平面平均膜厚较修改前增加2 μm，面漆后的三平面长短波数据平均值分别为5.8 和24.1，与表3 进行对比，结果无明显改善。
2.6 优化电泳涂层
表5 为相同板材分别经A 线和B 线电泳后的长短波数据，对比可以看出，B 线电泳板材长波、短波数据都比A 线高。
将A 线和B 线两种电泳后的板材做交叉对比验证，即经A 线电泳后的板材在B 线进行中涂和面漆，经B 线电泳后的板材在A 线进行中涂和面漆。在各涂层分层膜厚和总膜厚一致的情况下，分别测取长短波数据，测取结果，如表6 所示。
从上述试验结果可看出，车身板材经A 线电泳后，经后道中涂和色漆参数及操作的优化，长短波未见明显改善，可以推断A 线电泳参数方面未调整至最佳状态，通过将A 线和B 线两种电泳后的板材做交叉对比试验，进一步佐证了这一推断。为此对A 线电泳参数进行调整，电泳高沸点溶剂添加量由0.3%增加至1.0%，以此改善电泳 漆膜的流平，车身板材经A 线中涂和面漆后测得长短波数据平均值分别为3.6 和15.2，符合该制造厂的标准要求。图1 示出电泳调整前后的微观漆膜状态。图1a 电泳漆膜表面明显粗糙，同时存在凹坑，说明电泳漆流平性能较差。增加电泳溶剂添加量后，电泳漆膜的流平性明显好转，漆膜细致均匀。
图2 示出分别在图1a 和1b 的电泳板材上直接喷涂色漆，经过烘干后呈现的漆膜微观状态，图2 的状态也在一定程度上反映出电泳漆膜的状态，图2a 色漆漆膜表面比图2b 明显粗糙，原因是电泳漆膜的粗糙表面向上传递影响着色漆层漆膜的粗糙度，进而影响面漆后油漆桔皮状态。
 
3 结语
综上所述，板材表面的缺陷未能很好地被电泳涂层遮盖和消除，不能为中涂和面漆提供一个良好的涂层基础，即使在后道的中涂和面漆工序进行优化调整，面漆后的长短波改善也是有限的，免中涂 水性漆工艺少了一道中涂涂层，面漆的外观将会更加依赖电泳表面的涂层质量。文章通过改善电泳涂层的流平性，解决了面漆长短波数据超差，使漆膜外观得到极大的改善。