水性漆“针孔”问题分析与对策

涂料工业：

随着水性色漆的大力推广和应用，其生产过程中的各种问题也随之而来，“针孔”是水性漆最常见的涂膜缺陷之一，表现为固化的涂层上出现（可见）针尖状小洞，其占到了水性漆所有现场问题的30％～40％，严重影响了汽车的涂膜质量、生产节拍。本研究针对水性色漆“针孔”问题做了全面地分析，提供了解决方案。

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现象描述

车身涂装工艺为：前处理、电泳→烘干→打磨→人工喷涂水性中涂→机器人喷涂水性中涂→烘干→湿打磨→擦净→人工喷涂水性色漆→机器人喷涂水性色漆→预烘干→人工喷涂清漆→机器人喷涂清漆→烘干→涂膜检验→涂膜修整。在涂膜检验工序发现车身门框、车门交链及下边梁门槛处涂膜有大量针孔（见图1），发生概率约30%。

图1针孔位置

Fig.1The pinhole

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原因分析

2.1针孔出现位置分析

为分析产生针孔的原因，实验对涂膜缺陷发生的位置进行了剖面分析，部面图见图2。得出结论为：涂膜缺陷发生的位置无污染物，是由于清漆层被空气顶出而形成的空气针孔。

图2剖面图

Fig.2The section plane

2.2针孔形成原因分析

水性色漆采用纯水作为稀释剂， 水在喷涂后不容易挥发， 没有挥发的水在100 ℃的情况下会出现沸腾，所以在高温下会出现大面积的针孔等缺陷。为保证水性涂料的涂膜质量， 需增加预烘系统， 让涂层中的水分在50～90 ℃的温度下温和、充分挥发。一般而言， 水性涂料在进行下一道喷涂工序或进入高温烘炉之前，其脱水率应达到80％～90％，而色漆的脱水率要求≥85％。

2.3预烘干工艺

预烘干工艺分为2段烘烤。第1段为60 ℃下烘烤2 min，第2段为80 ℃下烘烤1 min。采用天燃气加热， 热风循环加热方式。

2.4针孔位置脱水率的测定

2.4.1脱水率的测定方法

（a）试验设备及用品

分析天平：精确到0.0001 g；铝箔纸：200 mm×100 mm；高温胶带；镊子；酒精； 鼓风恒温干燥箱：可满足（0～200）℃范围烘烤，温度可调，温控精度不超过±1 ℃。

（b）试验步骤

将铝箔纸用酒精擦拭干净，放入80 ℃的烘烤箱内，干燥15～20 min，取出后在干燥器内使其冷却至室温。称量洁净干燥的铝箔纸质量，称得质量G1。在现场喷涂待测样品前，将铝箔纸用耐高温胶带粘贴在针孔发生的车身部位，然后进行喷涂。在现场预烘干设备内进行预烘干处理，取下喷有待测样品的铝箔纸进行称量，得质量G2。将喷有待测样品的铝箔纸放入140 ℃的烘烤箱内，烘烤20 min， 取出铝箔纸移至干燥器内，干燥15～20 min，进行称量，称得质量G3。

（c）计算

水性漆脱水率M按式（1）计算。

2.4.2针孔位置脱水率试验结果

表1为不同位置色漆的脱水率。

表1不同位置色漆脱水率

由表1数据可知，门框、车门交链、下边梁门槛处水性色漆脱水率远低于色漆脱水率≥85％的要求。再通过实验室针孔剖面图加以佐证，分析产生色漆针孔的主要原因是因为车身局部位置特殊，受热温度较车身外表面低，水性色漆预烘干后，没有达到脱水率的要求，在高温下水性色漆涂膜中残留的水分剧烈逸出，清漆涂层被顶破，造成涂膜表面出现大面积针孔。

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措施与效果

3.1提高预烘干温度

将第1段预烘干温度由之前的60 ℃提高至80 ℃，第2段预烘干保持80 ℃不变，可较好解决局部针孔问题。但此问题出现在两个不同的生产基地，1号生产基地预烘干设备可以升温至80 ℃，2号生产基地预烘干设备因设备老化及送热效率不足，一段预烘干不具备升温能力。强行把第2段预烘干升温至90 ℃后，不仅没有解决针孔缩孔问题，还因为色漆预烘干后涂膜表面温度过高（经强冷后，涂膜表面温度要求≤30 ℃，实际涂膜表面达到了35 ℃），喷涂清漆后，涂膜目视外观质量下降，故盲目提升第2段预烘干温度的方式不可取，需采用其他方式解决此问题。

3.2降低生产节拍

减慢生产节拍可以延长预烘干的烘烤时间，第1段预烘干由之前的60 ℃下烘烤2 min增加至3 min，第2段预烘干由之前的80 ℃下烘烤1 min增加至15 min，针孔现象也得到了控制，但降低了车间的产量，只能作为临时措施实施，需要采取其他措施，从根本上解决问题。

3.3增加车门开门角度

不同位置不同开门角度的色漆脱水率见表2。

从表2可知，用电泳的车门限位器将车门由之前的开门角度5°增加至15°，提高了水性色漆的脱水率，且消除了大面积针孔的现象，但增加开门角度，会导致 整个车门与旋杯的喷涂角度不垂直，喷涂膜厚不均匀，尤其是银色漆铝粉排布不规则，影响了涂膜外观质量；开门角度大，旋杯喷涂边缘静电效应较明显，使门边色漆上漆率增加，引起了色漆边角流挂和肥边的现象，故增加车门开门角度方式不适用于此问题的解决。

表2不同位置不同开门角度色漆脱水率对比

3.4降低色漆膜厚

通过对易发生针孔的位置分析发现，产生针孔问题的位置都是由人工喷涂完成的，且由于轮换的班次、人员手法及技能水平不同，内板喷涂的膜厚也不同，故通过对人员进行专项培训，提高喷涂技能，可降低内板色漆喷涂膜厚。在相同的预烘干条件下，较薄的膜厚更容易将色漆中的水分经预烘干控制在脱水率要求的范围内，从而能有效地减少针孔现象的发生。

3.5降低预烘干热循环风空气含水量

通过检测，预烘干热循环风空气相对湿度为5％，湿度过高的热循环风会导致色漆脱水效率降低，通过设备改造，增加热循环风冷凝管，可使预烘干热循环风空气相对湿度由之前的5％降低至1％，提高了预烘干的脱水效率，使涂膜缺陷位置脱水率完全达到了85％以上的要求，完全消除了涂膜针孔的现象。

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结语

近几年，水性漆涂装工艺在欧美汽车行业的涂装线上已经得到了普遍使用，在国内合资汽车工厂中，水性漆涂装工艺也已经逐渐成为主流。随着全球各国环保法规的日益严格，在全球范围内，水性漆技术越来越广泛地被汽车厂商采用。水性色漆局部“针孔”问题可通过提高第1段预烘干段的预烘干温度或烘干时间、减少内板色漆喷涂膜厚、降低预烘干热循环风空气含水量等一系列措施得以解决。

参考文献略

来源：《涂料工业》杂志 2015年第六期