影響重型汽車涂裝橘皮等級的因素

劉國鋒 *，曹兆斌，趙珺，馬旭紅，王健

（1.包頭北奔重型汽車有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030； 2.內(nèi)蒙古第一機械集團(tuán)有限公司第六分公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，完美的外表涂裝已不僅 局限于轎車行業(yè)，很多重車制造商為了滿足顧客的更高要求，提升競爭力，對車身表面質(zhì)量越來越重視。然而涂層橘皮作為汽車涂裝中最常見和難以控制的缺陷之一，卻不斷地困擾著汽車生產(chǎn)廠家。如何有效控制橘皮缺陷、得到良好的涂裝效果，成為重車生產(chǎn)廠商必須面對的問題。

目前，對汽車橘皮缺陷的研究大多是從涂料本身的性質(zhì)出發(fā)，在橘皮的機理成因和后續(xù)操作方面的論述較多。在橘皮的檢測方面，較常用的方法有定性的“人眼目測法”和“福特試板比對法”以及定量的橘皮儀測量法。這些檢測方法應(yīng)用于實際生產(chǎn)中雖然獲得了不錯的效果，但對大多數(shù)中小汽車生產(chǎn)企業(yè)來說，目測法存在很大的個體差異，福特橘皮試板和橘皮儀測量因價格不菲而無法大量普及使用。本文就漆膜厚度、表面光潔度、施工黏度、施工方法和油漆本身質(zhì)量等方面對橘皮的影響進(jìn)行試驗，從而確定影響漆膜橘皮的主次因素，便于生產(chǎn)中對橘皮的持續(xù)改進(jìn)。

1 橘皮檢測方法及相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

目前國際或行業(yè)內(nèi)并無統(tǒng)一評價涂膜橘皮的標(biāo)準(zhǔn)，各大汽車廠商根據(jù)自身情況制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來考核涂膜橘皮。據(jù)公開的資料顯示，在轎車行業(yè)，橘皮測試方法主要采取橘皮儀直接測量法和橘皮試板比對法。

1.1 橘皮儀直接測試法

通過BYK 公司的Garden-4806 激光橘皮測試儀來測試涂裝表面的橘皮狀況，由此得出3 種數(shù)值：短波(Short Waves)、長波(Long Waves)和級數(shù)(Rate)。其中，長短波是模擬人眼觀察到的產(chǎn)品表面高低變化的幅度，其數(shù)值越大，說明指標(biāo)越差，橘皮越嚴(yán)重。長波模擬的是人眼距離產(chǎn)品表面2.5 m 的觀察結(jié)果，短波模擬的是人眼距離產(chǎn)品表面50 cm 的觀察結(jié)果。級數(shù)也被稱為R等級值，是另一種長短波的綜合評價值，其數(shù)值越大，橘皮越小，表面狀態(tài)越好；反之，橘皮越大，表面狀態(tài)越差[1]。目前，上海大眾集團(tuán)以涂膜長短波值來衡量涂裝橘皮的好壞。其標(biāo)準(zhǔn)為：平面──“長波＜5、短波＜25”；立面──“長波＜13，短波＜30”[2]。上海通用則使用橘皮綜合指標(biāo)──級數(shù)(R)來界定橘皮輕重，但其具體標(biāo)準(zhǔn)還未有公開的資料。據(jù)筆者現(xiàn)場試驗，當(dāng)重型汽車的R值大于6 時，涂膜橘皮會較小，目視漆膜均勻潤澤，整體效果較好，而乘用轎車的橘皮等級R值都在8.5 以上。

1.2 橘皮試板比對法

用已知橘皮等級的標(biāo)準(zhǔn)板與產(chǎn)品進(jìn)行比對，從而得出產(chǎn)品的橘皮等級?，F(xiàn)在較常用的是福特汽車橘皮標(biāo)準(zhǔn)板，它由10 塊4 in × 6 in(1 in ≈ 2.54 cm)、漆成黑色的面板組成，并按橘皮(流)由粗至光滑貼有從1～10 的流評級(橘皮)。用此橘皮標(biāo)準(zhǔn)板與產(chǎn)品進(jìn)行比對，可確定涂裝質(zhì)量，作出橘皮輕重的界定。目前，福特、通用和克萊斯勒汽車允許它們的供貨商采用福特橘皮標(biāo)準(zhǔn)板來評估漆膜外觀。

2 車身漆膜橘皮的影響因素

本文主要研究漆膜厚度、表面光潔度、施工黏度、施工方法和油漆本身質(zhì)量等因素對漆膜橘皮綜合指標(biāo)級數(shù)的影響。

2.1 試驗方法

以17 件駕駛室門為試件依次編號進(jìn)行試驗，各試件按圖1進(jìn)行了分區(qū)(特殊注明除外)，并豎直懸掛于專用掛具上。其中，1～10 號門進(jìn)行正常工藝的面漆、中涂噴涂，11～13 號門分別使用不同檔次的漆，14～15 號門做不同黏度的試驗，16～17 號車門進(jìn)行打磨對比試驗。實驗采用BYK 橘皮儀測試漆膜級數(shù)R。面漆前對圖1所示各區(qū)進(jìn)行中涂厚度檢測，然后噴涂面漆，最后在精修工位對相應(yīng)各點進(jìn)行厚度和級數(shù)測量。各點數(shù)據(jù)為3 次測量的平均值。試驗條件：溫度23.5 °C，相對濕度63%，水平風(fēng)速≤0.02 m/s，垂直風(fēng)速0.25～0.55 m/s，靜電噴槍(STAT)出漆量4 mL/s。

圖1 車門橘皮等級測試區(qū)Figure 1 Areas for testing orange peel grade on truck door

2.2 試驗結(jié)果和分析

2.2.1 漆膜厚度對橘皮級數(shù)R的影響

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，底層膜厚(電泳+中涂)、面漆膜厚和涂層總厚度對面漆橘皮等級R的影響分別見圖2a、2b 和2c。

圖2 底層、面漆和涂層總厚度對面漆橘皮等級的影響Figure 2 Influence of primer,topcoat,and total coating thickness on orange peel grade of topcoat

由圖2可以看出，底層膜厚、面漆膜厚及總漆膜厚度與面漆橘皮等級R值沒有必然的定量關(guān)系，但從各圖的趨勢線看，R值會隨著底漆膜厚、面漆膜厚和總漆膜厚度的增加而提高。當(dāng)?shù)讓幽ず裨?2 μm 以上時，R值會有較大的提高；當(dāng)面漆小于20 μm 時，橘皮等級R值急劇下降，若膜厚進(jìn)一步下降，則R值無法測出。這可能是因為面漆的厚度太薄時，其漆面光澤度下降，導(dǎo)致橘皮儀無法正常工作所致。當(dāng)面漆厚度在30 μm 以上時，R值基本都穩(wěn)定在較好區(qū)域；隨著漆膜總厚度的增加，面漆橘皮R等級隨之得到提升。由圖2c可看出，在66～105 μm 范圍內(nèi)的22 個R值穩(wěn)定在5 以上，平均達(dá)到6.2，橘皮目測時比總膜厚在60 μm的狀態(tài)有了較大的提高。

2.2.2 面漆黏度對橘皮級數(shù)R的影響

將噴14 號門的冰白漆黏度下調(diào)到26 s，15 號門用正常黏度29 s 的油漆，車門各區(qū)橘皮等級測試數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可看出，在同等條件下，黏度低的漆膜其橘皮等級R高于黏度高的漆膜，符合同等條件下降低橘皮黏度可減少橘皮缺陷的理論。但隨著油漆黏度的降低，涂裝時流掛趨勢增大，并且在同等涂裝條件下，漆膜厚度會變薄，使手工噴涂難度加大，增大后續(xù)工作量。

表1 油漆黏度對橘皮等級R 的影響Table 1 Effect of paint’s viscosity on orange peel grade R

2.2.3 油漆質(zhì)量與橘皮等級R的關(guān)系

按相同的涂裝工藝條件，同一操作者用高檔、中檔和常用漆各涂裝一個車門(11#～13#)，測得各區(qū)橘皮等級R值見圖3。

圖3 油漆質(zhì)量對橘皮等級的影響Figure 3 Effect of paint quality on orange peel grade

理論上，高檔次的漆其橘皮應(yīng)該會好于低檔漆，檔次越高，橘皮等級應(yīng)該越高。從圖5可以看出，隨著油漆檔次的提高，橘皮等級R有所提升，高檔漆、中檔漆和常用漆R平均值分別為6.4、6.1 和5.9，即橘皮等級差別并不是很明顯。這可能是因為在本次實驗中，漆的提供量只夠噴涂一個試件，所以試驗結(jié)果并不全面；另外，高檔漆的噴涂試件有輕微的漆霧缺陷，也可能影響到了最終的橘皮等級結(jié)果。

2.2.4 中涂表面光潔度與面漆橘皮等級R的關(guān)系

為對比在同等涂裝條件下中涂表面平整度與面漆橘皮等級R的關(guān)系，將16#、17#門按圖4a進(jìn)行分區(qū)，對中涂后的(1)、(3)、(5)、(7)區(qū)用800 目水砂紙進(jìn)行打磨，(2)、(4)、(6)區(qū)不打磨。面漆噴涂后，對打磨和非打磨區(qū)域的橘皮等級R進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖4b所示。在同等條件下，經(jīng)打磨后，涂層表面的橘皮等級R比未打磨表面明顯提高。所以中涂表面的平整度越好，面漆橘皮等級R越高，表面平整度(打磨與否)對最終的橘皮等級R有很大的影響。

2.2.5 操作因素對面漆橘皮等級R的影響

圖4 中涂打磨和未打磨區(qū)各測試點及其橘皮等級R 值Figure 4 Areas for testing the orange peel grade of polished and unpolished mid coating and the test results

從圖3和圖4b可以看出，在同等條件下，圖1中的(4)區(qū)和圖4a中的(7)區(qū)的R值最差。在對現(xiàn)場的25 臺整駕駛室左右車門按圖1、圖4a分區(qū)進(jìn)行橘皮等級測量，其(4)、(7)區(qū)的漆膜厚度和橘皮等級也普遍低于其他部位。這是因為(4)、(7)區(qū)位置較低(大概 低于操作者膝蓋)，在噴涂中需要操作者蹲下，才能保證噴槍嘴與工件垂直，但在大批量的生產(chǎn)中，操作者對此區(qū)習(xí)慣于稍微彎腰一帶而過，無法保證噴槍與工作面垂直，從而造成涂料霧化扇面偏離工件，涂膜厚度達(dá)不到工藝要求，致使漆膜流平性不夠，最終導(dǎo)致橘皮加重。試驗發(fā)現(xiàn)，每臺駕駛室左右門的橘皮等級R值都存在偏差，差值一般為0.7～0.9，說明操作因素對橘皮等級有重要的影響。

通過以上試驗，確定影響橘皮等級R的因素由大到小依次是：操作因素、底層的平整度、漆膜厚度、施工黏度和油漆本身的質(zhì)量。

3 結(jié)語

影響橘皮等級R的因素由大到小依次是：操作因素、底層的平整度、漆膜厚度、施工黏度和油漆本身的質(zhì)量。而操作因素和漆膜厚度在一定程度上都可歸為操作者的施工手法和技術(shù)水平。漆膜厚度若滿足電泳+中涂達(dá)到45～65 μm、素色面漆為30～45 μm、整體厚度達(dá)到65～120 μm 的要求，則面漆橘皮等級R值會有較大的改觀。這一切需要有穩(wěn)定的操作為基礎(chǔ)。因此在手工噴涂中，操作者的技術(shù)水平對產(chǎn)品的橘皮等級起到?jīng)Q定性作用。提高涂裝操作者的操作技能，保證涂裝狀態(tài)的均一、穩(wěn)定，是解決橘皮問題的關(guān)鍵；降低油漆黏度，有利于提高橘皮等級R，但隨之而來的涂裝流掛，也會影響整體涂裝質(zhì)量，增加返工率。所以對于一種定型的油漆，不建議以降低油漆黏度的方法改善橘皮，尤其在手工噴涂中。理論上說，采用高檔次的漆，其橘皮應(yīng)該會好于低檔漆，但在其他涂裝條件未得到改善的情況下，隨著油漆檔次的提升，橘皮等級R提升并不明顯，且需要考慮涂裝效益與成本的契合點。底層的平整度包括底材、電泳、中涂三方面的平整度。若白車身表面質(zhì)量越好，會使打膩子的地方減少，從而使電泳和中涂遮蓋基材變得容易，減少打磨量，降低打磨露底機率，使中涂的整體效果得到提升，最終使面漆的遮蓋變得容易，橘皮減輕。反之，若白車身表面質(zhì)量較差，雖然可用膩子進(jìn)行修補，且用 打磨達(dá)到減輕橘皮效果，但它增加了打磨工作量，而且降低了中涂漆膜的厚度。同時，若底層平整度不好或已有橘皮，會通過中涂和面漆不斷放大，最終在面漆噴涂完后，橘皮會顯得更嚴(yán)重。因此，優(yōu)良的白車身質(zhì)量和嚴(yán)格的表面前處理，是得到良好涂裝效果的必要條件。

[1]朱則剛.乘用車車身漆膜橘皮的成因及其預(yù)防[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2010,13 (6):57-61.

[2]王廷富,王皓,周杰,等.POLO 轎車前后蓋邊緣涂膜“桔皮”優(yōu)化[J].涂料工業(yè),2004,34 (11):29-32.