外饰件漆膜针孔缺陷分析与解决

冯宗理，李岩，陈星，杨佐明，赵连群

（北京福田戴姆勒汽车有限公司，北京 101400）

随着重卡车结构的不断改进，非金属外饰应用的逐渐推广，重卡车车体外饰件逐步增多，主要有保险杠、导流板、护轮罩、角板、车门下饰板等，整车目视感官质量由车身漆面逐渐向外饰漆面转移。重卡车外饰件由于种类繁多、结构复杂，多无法采用自动化喷涂，而采用手工喷涂方式时，漆膜质量更多受油漆材料质量及生产过程控制的影响。针孔缺陷是漆膜在流平干燥过程中，留在漆膜里的气泡顶出漆膜后留下的气孔，无论对油漆外观还是性能都有较大影响，而且大量的返修返工还会造成生产效率低下及大量成本浪费。本文针对国内某重卡车外饰件生产过程出现的针孔问题，通过合理的分析与相应的实验验证，找到针孔产生的原因并制定了改进方案。

1 问题描述

某重卡车基地外饰件喷涂线上，单色漆(无罩光)在玻璃钢(SMC)、聚丙烯(PP)、ABS(丙烯腈−丁二烯−苯乙烯共聚物)、冷轧钢等材质零部件表面喷涂后表面出现针孔缺陷，缺陷通过打磨抛光可轻微减少，但无法彻底消除。针孔缺陷出现在所有颜色的单色漆上，且表象相同。

该基地所使用的单色漆为双组分丙烯酸树脂油漆，配套稀释剂、固化剂、助剂等。丙烯酸树脂涂料有较高的光泽以及较好的耐候性、耐水性，干燥主要依靠溶剂挥发。

2 原因分析

漆膜的针孔缺陷主要由漆膜表面干燥过程中底层溶剂或水挥发，在涂膜表面顶出或未完全顶出而造成。顶出的溶剂呈针孔状或火山状，未顶出则呈气泡状。依据外饰件生产现场状况，通过人、机、料、法、环五个层面分析，认为引起溶剂挥发异常有以下几个因素：(1)喷涂过厚，底层溶剂挥发受阻；(2)喷漆室内温湿度高，风速过快，导致漆膜表干快，阻碍底层溶剂挥发；(3)烘干炉升温过快，溶剂挥发过快，挥发孔未完全流平；(4)溶剂(尤其是非标准溶剂)本身挥发过快；(5)零部件底材表面粗糙，油漆流平性差；(6)零部件底漆未完全干燥，表面油漆下渗，在干燥过程中溶剂挥发迟滞；(7)涂料成分异常，颜料吸油性差，影响流平及挥发。

3 因素验证

(1) 经调查，喷涂过程中喷漆室体温度保持在24 ~ 25 °C，相对湿度60% ~ 70%，风速0.3 m/s，未发现明显的环境波动因素，此环境不会导致金属漆出现针孔缺陷。

(2) 通过人工喷涂2组不同膜厚(25 μm与55 μm)的零部件进行验证，分2道喷涂，每道枪距和枪速相同，结果低膜厚与高膜厚的针孔缺陷表现相同。

(3) 通过炉温曲线监控与充分自然表干对比，针孔缺陷未见减少。同时，炉温实测初始烘干温度低于油漆技术要求的烘干标准温度。但将烘干炉一区关闭，通过二区三区缓慢烘干，针孔缺陷有所减少。但因烘干不足，漆膜硬度不满足标准。

(4) 选取两组相同零部件，通过喷涂清漆与重新喷涂底漆并烘干后再次喷涂，将底漆层缺陷封住，针孔缺陷依然存在，因此排除底材对针孔的影响。

(5) 将油漆黏度下调10%，针孔缺陷无明显减少。

除以上验证措施外，对喷涂过程湿膜状态进行跟踪，喷涂后3 ~ 4 min内通过指触法发现漆膜表干较快。同时，对比外协喷涂同颜色外饰件后发现，外协喷涂效果较好。调查外协喷涂过程后认为，采用低温较长时间烘干是主要不同点。

根据以上结果，初步判断，油漆在喷涂、闪干过程表干过快，下层溶剂挥发过慢，导致入炉烘干加热过程中溶剂顶出而形成针孔。

4 根因判断

由于油漆技术说明中未对施工过程溶剂挥发速率有明确要求，且油漆供应商未提供挥发速率标准，因此只能依据常规低温溶剂型油漆挥发速率进行判断。常规溶剂型涂料在喷涂、闪干过程中大部分溶剂会挥发出去，仅留小部分溶剂通过烘干挥发。通过测量喷涂过程中油漆质量损失后计算确认，溶剂在喷涂、闪干、烘干过程中挥发梯度异常，表干快，底层挥发过慢。为验证油漆施工是否存在问题，使用国内某一线合资品牌油漆进行对比。从表1来看，当前所用油漆的施工性不满足产品要求，需进行调整。

表1 2种油漆在闪干及烘干过程中的质量损失Table 1 Mass loss of two kinds of paints during flash drying and baking

5 改进措施

针对油漆因素，采取3条措施进行改进实验，结果见表2。

表2 改进措施及其实施效果Table 2 Improvement measures and implementation results

由于季节变换，天气转热，快干溶剂不再适用。同时，因产量因素，多遍喷涂无法在高产的情况下执行。对油漆原材料进行调整成为解决此次针孔问题的唯一途径。油漆供应商通过对单色漆树脂成分及助剂的调整，有效解决了针孔问题(见图1)。

图1 针孔问题改善前(a)、后(b)漆膜的显微照片Figure 1 Micrographs of coating before (a) and after (b) improvement on pinhole problem

6 结语

通过针孔缺陷问题的分析和解决，总结了施工过程中以下3点反思：

(1) 油漆初始技术条件要覆盖整个施工过程中可能遇到的缺陷。

(2) 针孔缺陷主要由溶剂挥发所引起，常规经验判断易趋向于溶剂挥发过快，但在外饰件喷涂的特定条件下，溶剂挥发过慢同样会产生针孔。

(3) 通过日常对溶剂挥发速率的监控可及早发现涂膜缺陷隐患(如针孔、发花等)，提前做好预防措施。