一次漆膜鼓泡缺陷的分析及解決

陳 杰，邾立亮，周 杰 （上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

1 問題描述

去年夏季，某廠在總裝車間和成品車停車場發(fā)現(xiàn)一車型右后門鎖定鉤附近區(qū)域存在批量漆膜缺陷（圖1）。該缺陷外觀呈密集凸起狀，類似毛孔群；且呈手印或擦拭印跡，其它部位未發(fā)現(xiàn)類似問題。該車型同時在涂裝一車間和二車間生產(chǎn)，存在缺陷的車輛均為二車間生產(chǎn)，而一車間生產(chǎn)的車輛無此問題。

圖1 漆膜缺陷示意圖Figure 1 The schematic diagram of paint film defect

經(jīng)電吹風(fēng)烘烤后，漆膜缺陷變淺，但間隔數(shù)小時后，缺陷又恢復(fù)原狀；缺陷經(jīng)過打磨、點修補后，暫時消失，但經(jīng)過一段時間后，缺陷又逐漸顯現(xiàn)出來，直至恢復(fù)原狀。

2 原因分析

2.1 問題排查

由于之前在涂裝車間排查時未發(fā)現(xiàn)類似缺陷，故將產(chǎn)生此缺陷的區(qū)域鎖定在總裝車間。取總裝車間使用的一些化學(xué)品（如制動液、冷凍液、清潔劑等），涂抹在油漆樣板上進(jìn)行缺陷對照，發(fā)現(xiàn)缺陷狀態(tài)并不一致。

當(dāng)問題排查正陷入僵局時，在涂裝二車間的一臺展車上也發(fā)現(xiàn)了類似缺陷，該展車面漆后由于特殊返修要求，在涂裝車間放置了兩天。據(jù)反映該車起初是無此問題的，在周末存放了兩天，周一上班時發(fā)現(xiàn)異常。而且該車除右后門鎖定鉤附近區(qū)域有此缺陷外，在前蓋上也存在類似缺陷。

2.2 問題分析

取缺陷前蓋送實驗室切片進(jìn)行微觀分析。從缺陷剖面圖（圖2）中可見，中涂層、色漆層和清漆層完好；電泳層和中涂層脫開，中間為空腔狀態(tài)；電泳層表面有少量白色晶體狀物質(zhì)。由此可以判斷，正是由于電泳層表面存在某種異物，導(dǎo)致了該缺陷的產(chǎn)生。

圖2 缺陷剖面圖Figure 2 Defect cross-section view

對該缺陷的成因進(jìn)行梳理，初步形成了如下觀點：

（1） 缺陷偶爾出現(xiàn)在涂裝車間，主要出現(xiàn)在總裝車間及總裝以后，出現(xiàn)時間不確定，由此可以判斷缺陷產(chǎn)生于總裝之前，也可以說明缺陷受外界環(huán)境因素影響后，會隨時隨地爆發(fā)出來。

（2） 在缺陷處隱約看到手印或擦拭痕跡，這可能與手觸或擦拭過程有關(guān)。

（3） 缺陷區(qū)域經(jīng)過打磨、點修補和拋光修復(fù)后，缺陷又在同一位置繼續(xù)爆發(fā)出來。

（4） 缺陷位置固定，主要存在于右后門鎖定鉤附近區(qū)域，這可能與不同崗位操作工的操作習(xí)慣有關(guān)。

（5） 外界溫濕度越高，此缺陷產(chǎn)生頻次越高。

（6） 缺陷只存在于深灰中涂對應(yīng)的色漆上，這說明此缺陷與中涂材料有關(guān)。

2.3 缺陷成因分析

鑒于以上觀點，將產(chǎn)生此缺陷的區(qū)域基本確定為涂裝車間內(nèi)電泳與中涂之間的工藝區(qū)。由于缺陷處存在手印或擦拭印跡，明顯有人工操作跡象，故將電泳打磨和PVC（聚氯乙烯）密封作為關(guān)注點。重點排查右后門鎖定鉤附近區(qū)域的操作過程，如圖3所示。

圖3 工藝流程圖Figure 3 Process flow diagram

通過在線巡查發(fā)現(xiàn)，在PVC密封線進(jìn)行內(nèi)腔涂刷時，因該車型較低，操作工左手習(xí)慣性地按壓在右后門鎖定鉤附近區(qū)域借力，如圖4所示，導(dǎo)致手掌上的汗液黏附在車身上，且后續(xù)未進(jìn)行擦拭。經(jīng)過PVC凝膠，汗液烘干后滲入打磨后的電泳層表面，從而為漆膜鼓泡缺陷的產(chǎn)生埋下了隱患。

圖4 裸手接觸車身Figure 4 Hand touch car body

在高溫高濕的環(huán)境下，員工容易出汗，通過手或身體接觸導(dǎo)致車體上存在鹽分。漆膜在烘干后的一段時間內(nèi)可以讓水蒸氣透過，漆膜下存在的水溶性鹽與高濕環(huán)境中的水蒸氣之間形成一個滲透壓，漆膜即成為一種半透膜。在這種條件下，氣態(tài)的水可穿過漆膜到達(dá)鹽粒上并冷凝成液態(tài)的水，水頂起漆膜從而造成鼓泡缺陷，如圖5所示。當(dāng)鼓泡剛出現(xiàn)時，其壽命并不長。在陽光下或經(jīng)烘箱烘干后，鼓泡缺陷會消失，如再次長時間處于濕熱條件下，又會出現(xiàn)鼓泡。待漆膜完全干燥封閉后，缺陷便不再會消失，甚至烘干后也不能消除。

圖5 汗液污染導(dǎo)致漆膜鼓泡缺陷示意圖Figure 5 The schematic diagram of paint film bubbles caused by sweat stain

油漆剛烘干后并無鼓泡缺陷，但在夏季濕熱的氣候條件下，在停車場，甚至在總裝車間，涂裝后車身上的鹽分吸收空氣中的水分就會突然出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象。

為了驗證以上分析的準(zhǔn)確性，隨后進(jìn)行了汗液污染樣板試驗，發(fā)現(xiàn)在樣板上也出現(xiàn)了漆膜凸起缺陷，且缺陷形態(tài)、特點與問題車身上的缺陷一致，如圖6所示。

圖6 樣板缺陷剖面圖Figure 6 Defect cross-section view of sample plate

涂裝一車間無此問題，這是因為一車間的PVC密封線和電泳打磨線布局與二車間相反，如圖7所示。在PVC密封線如有汗液污染，由于汗液污染發(fā)生在未打磨的電泳層表面，汗液與光滑的電泳層表面結(jié)合力不佳，故通過后續(xù)的電泳打磨和擦拭可清除污染物，避免其進(jìn)入后道工序形成缺陷。

圖7 L1/L2工藝流程差異Figure 7 The process difference between L1 and L2

3 解決措施

3.1 人工控制措施

為了避免汗液污染車身，首先在操作指導(dǎo)書中增加以下內(nèi)容：員工在進(jìn)行PVC密封操作時，必須佩戴手套及袖套，禁止裸手接觸車身；同時在PVC密封線末端對右后門鎖定鉤附近區(qū)域使用異丙醇擦拭。

3.2 材料優(yōu)化措施

實施人工控制措施后，漆膜鼓泡缺陷的出現(xiàn)頻次明顯降低，但偶爾還會發(fā)生。在夏季，盡管涂裝車間內(nèi)的操作工位上會送冷風(fēng)，但員工在高強度的工作節(jié)奏下不可避免會出汗。盡管要求操作工佩戴手套及袖套，仍無法徹底杜絕車身受到汗液污染。

在問題分析過程中，發(fā)現(xiàn)該缺陷只存在于深灰中涂對應(yīng)的色漆上，因此將材料優(yōu)化的重點放在深灰中涂上，從以下兩個方面進(jìn)行優(yōu)化：

（1） 增加材料交聯(lián)度，防止外界水汽滲入。

（2） 引入親水基團(tuán)，阻止水分受高溫而膨脹。

通過試驗發(fā)現(xiàn)引入親水基團(tuán)效果不佳，故將優(yōu)化重點放在增加材料交聯(lián)度上。通過增加材料交聯(lián)度，能夠形成更加致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而起到封閉的作用，有效阻止潮氣透過中涂層。試驗證明，增加深灰中涂的交聯(lián)度能夠減輕因汗液污染造成的漆膜鼓泡缺陷。

中涂漆交聯(lián)反應(yīng)示意圖如圖8所示。

圖8 中涂漆交聯(lián)反應(yīng)示意圖Figure 8 The schematic diagram of primer cross-linking reaction

在增加交聯(lián)度的同時，提升交聯(lián)反應(yīng)速率也必不可少。加快中涂交聯(lián)反應(yīng)速率，快速封閉，從而盡快阻止潮氣透過中涂層。有以下兩種途徑可以提升中涂材料的交聯(lián)反應(yīng)速率：

（1） 調(diào)整氨基樹脂，降低反應(yīng)所需能量，加速交聯(lián)。

（2） 調(diào)整反應(yīng)催化劑，加速反應(yīng)。

為了驗證實際效果，分別通過以上兩種途徑進(jìn)行優(yōu)化，制備了A、B兩種深灰中涂樣品。隨后通過試驗評價樣品的抗鼓泡性能，并與在線使用的中涂產(chǎn)品進(jìn)行對比，結(jié)果如表1所示。

表1 中涂樣品抗鼓泡性能對比Table 1 The contrast of anti-bubbles of primer samples

由表1可見，調(diào)整深灰中涂的反應(yīng)催化劑能夠有效抑制汗液的污染，漆膜抗鼓泡性得到顯著提升。

在人工控制措施實施的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化深灰中涂材料，增加交聯(lián)度，并提升交聯(lián)反應(yīng)速率，最終解決了漆膜鼓泡問題。

4 結(jié)語

（1） 汗液污染車身是造成此次漆膜鼓泡缺陷的關(guān)鍵因素。

（2） 通過人工控制措施能夠減少鼓泡缺陷的出現(xiàn)頻次，但無法完全消除鼓泡缺陷。

（3） 通過調(diào)整深灰中涂配方中的反應(yīng)催化劑，能夠顯著提升其抗鼓泡性能。

（4） 通過人工在線控制和中涂材料優(yōu)化兩方面措施相結(jié)合，能夠有效抑制漆膜鼓泡缺陷。