李歡歡，韓靜超，高成清，張立濤，孫肖，朱永軒，李亮亮，李釗，劉奎印

（諾博汽車系統(tǒng)有限公司，河北 保定 071000）

橘皮是涂裝的常見弊病之一，它直接影響到產(chǎn)品的外觀效果。橘皮緣自復(fù)合涂層涂裝時各層平整度的“疊加效應(yīng)”，因此橘皮質(zhì)量控制貫穿了涂料開發(fā)及涂裝的全過程。當前的橘皮改善措施多從面漆層著手，如增大噴涂流量、降低干燥速率等，但收效甚微，不但增加了噴涂成本，而且易導(dǎo)致流掛、痱子等其他漆膜弊病。因此，先對橘皮影響因素展開系統(tǒng)性的研究，再來制定改善對策，對產(chǎn)品外觀的提升才會起到事倍功半的效果。

本文重點從底漆的粗糙度、底漆的流平性、基材的耐溶劑性等方面對橘皮的影響和相關(guān)的橘皮防治方法進行分析和討論。

1 基本定義

1.1 粗糙度

粗糙度是衡量表面平整度的一個重要指標。在汽車行業(yè)中，粗糙度是車身涂裝工藝中重要的評價指標之一，監(jiān)控對象為車身鋼板與電泳漆膜，測量評價參數(shù)優(yōu)先選用Ra(輪廓算數(shù)平均偏差)，必要時可采用Rz(微觀不平十點高度)、Ry(輪廓最大高度)及RPc(輪廓尖峰數(shù))等其他參數(shù)進行輔助評價[1]。乘用車廠基于對外觀的高要求，將鋼板的粗糙度Ra控制在小于1.2 μm(取樣長度0.8 mm，下同)，電泳漆膜表面Ra控制在小于0.3 μm。

粗糙度屬于過程控制特性，需要選取在涂裝現(xiàn)場的產(chǎn)品進行測定，此次研究選用德國霍梅爾T系列便攜式粗糙度儀。為了降低測量誤差，特選取平面造型的測試產(chǎn)品且在靜止狀態(tài)下進行測量。

1.2 溶解度參數(shù)

溶解度參數(shù)為內(nèi)聚能密度的平方根，不但可衡量物質(zhì)分子間吸引力，也可以表征物質(zhì)之間的溶解性。

對于由高聚物和有機溶劑組成的混合體系，若二者溶解度參數(shù)差值的絕對值控制在1.5以內(nèi)，則高聚物能被溶劑所溶解。

在配方設(shè)計時，為了獲得比較理想的涂料溶解和噴涂效果，通常選用多種溶劑進行混合，混合后稀釋劑的溶解度參數(shù)δmix可按式(1)計算。

式中φi和δi分別為第i個組分的體積分數(shù)和溶解度參數(shù)，n為組分數(shù)。

在涂料配方設(shè)計過程中，溶解度參數(shù)常作為選擇樹脂與溶劑的參考指標，涂料用樹脂與基材塑料的溶解度參數(shù)要盡量接近，以保證二者之間的結(jié)合性能。而混合溶劑除能溶解涂料樹脂之外，與塑料溶解度參數(shù)的差值要盡量大，以保證PC(聚碳酸酯)或PC+ABS(丙烯腈?丁二烯?苯乙烯共聚物)產(chǎn)品涂裝時不發(fā)生燒底缺陷[2]。

2 基材影響橘皮的因素分析

2.1 基材平整度對漆膜橘皮的影響

外飾涂裝件常用材料有PP/EPDM(聚丙烯/乙烯?丙烯?非共軛二烯烴三元共聚物)和PC+ABS兩種，前者用于汽車前后保險杠及下裝飾板成型，后者用于導(dǎo)流板、前格柵、窗框飾板等產(chǎn)品的成型。當前筆者所在公司外飾噴涂件模具的拋光要求為1 000目，依據(jù)表1，注塑毛坯件表面粗糙度Ra遠小于0.1 μm，比照車身鋼板粗糙度的要求，平整度更優(yōu)，完全滿足噴涂要求，故本文不針對涂裝前基材的粗糙度影響進行討論。

表1 注塑模具拋光等級與毛坯件表面粗糙度的關(guān)系Table 1 Relationship between polishing grade of injection mold and surface roughness of blank part

2.2 基材類型對漆膜橘皮的影響

選取可可棕、馬爾斯紅2種顏色，匹配同樣的底漆、清漆，垂直懸掛2個不同材質(zhì)的產(chǎn)品進行噴涂，橘皮測量結(jié)果見表2。PC+ABS材質(zhì)產(chǎn)品的長短波均高于PP材質(zhì)產(chǎn)品，尤其是短波。究其原因：PP與PC+ABS基材的噴涂過程中涂料的作用機理不同。PP基材上發(fā)生了溶劑對基材的常溫溶脹作用，而對于PC+ABS材質(zhì)，則是溶劑對基材產(chǎn)生了溶解作用，造成了分子鏈段的不規(guī)則運動，從而使基材平整度變差，短波橘皮尤其明顯。

表2 不同材質(zhì)產(chǎn)品共線涂裝的橘皮數(shù)據(jù)Table 2 Orange peel data for the products of different materials in the same spraying line

2.3 基材耐溶劑性改善對漆膜橘皮的影響

PP為非極性結(jié)晶態(tài)高聚物，塑膠涂料中的溶劑大部分為極性溶劑，依據(jù)“相似相溶”原則，非極性物質(zhì)只溶于非極性溶劑，溶劑對PP基材的溶解程度極小，因此下面只針對PC+ABS材質(zhì)進行改善，并確認改善后的橘皮情況。

通過添加聚酯類抗開裂劑到當前的PC+ABS中，由于該組分耐化學(xué)品性好，因此能有效阻隔溶劑對基材的過度腐蝕。采用專用試劑(醋酸乙酯與正丁醇的體積比3∶1)擦拭后觀察，改善前后的耐腐蝕效果見圖1：改善前表面凹凸不平，有裂紋出現(xiàn)；改善后表面平整，無其他明顯變化。

圖1 PC+ABS產(chǎn)品改善前(a)、后(b)的耐溶劑性對比 Figure 1 Comparison in solvent resistance of PC+ABS product before (a) and after (b) improvement

隨機選取漢米爾頓白、施華洛蘭2種顏色，匹配相同的底漆、清漆，共線垂直懸掛噴涂不同材質(zhì)的2個產(chǎn)品，橘皮測量結(jié)果見表3?？芍哪腿軇┬缘玫礁纳坪箝倨じ纳菩Ч嵘黠@，尤其是短波。

表3 PC+ABS改善前后導(dǎo)流板橘皮的變化Table 3 Variation of orange peel on PC+ABS deflector before and after improvement

綜上，開發(fā)噴涂用PC+ABS材料時，將耐溶劑性與涂裝后橘皮質(zhì)量作為定廠的2項重要參考指標，可有效規(guī)避后期外觀質(zhì)量風(fēng)險。

3 底漆影響橘皮的因素分析

3.1 稀釋劑溶解性對PC+ABS產(chǎn)品噴涂橘皮的影響

2.3節(jié)提到，通過提升基材抗腐蝕性可以改善橘皮質(zhì)量，同樣也可以運用溶解度參數(shù)理論，通過調(diào)整底漆稀釋劑來降低對基材的溶蝕，達到相同的效果。常見材料的溶解度參數(shù)調(diào)研結(jié)果見表4，底漆稀釋劑調(diào)整前后的溶解度參數(shù)見表5，調(diào)整前后施華洛蘭色的橘皮變化見表6。

表4 常用塑料的溶解度參數(shù)Table 4 Solubility parameters of commonly used plastics

表5 底漆稀釋劑調(diào)整前后的成分對比Table 5 Comparison in composition of primer thinner before and after improvement

表6 底漆稀釋劑調(diào)整前后橘皮的變化Table 6 Variation of orange peel before and after improvement of primer thinner

由表4得出PC+ABS基材的溶解度參數(shù)為9.6 ~ 11.2 (J/cm3)1/2，取中值10.4 (J/cm3)1/2，參照表5的底漆成分，按式(1)計算出調(diào)整前底漆稀釋劑的溶解度參數(shù)為9.2 (J/cm3)1/2，與基材相差1.2 (J/cm3)1/2。調(diào)整后底漆稀釋劑的溶解度參數(shù)為8.7 (J/cm3)1/2，與基材的差值為1.7 (J/cm3)1/2，可見調(diào)整前底漆稀釋劑的溶解度參數(shù)與PC+ABS基材更接近，說明原底漆稀釋劑對PC+ABS基材的腐蝕更強，故外觀橘皮質(zhì)量較差。

3.2 底漆成膜粗糙度的影響

為了保證與車身涂裝同樣的裝飾性和保護性，汽車塑料件涂裝一般為三層配套體系：底漆、底色漆、清漆。其中底漆主要是保證與塑料件的結(jié)合力，另外也對塑料件外表面不平整的地方(因注塑、打磨等造成)起到填平作用。目前汽車塑料件常用底漆主要由熱塑性丙烯酸樹脂、附著力促進劑、炭黑、鈦白粉、沉淀硫酸鋇、助劑和溶劑組成，顏基比高，細度控制要求較低，這決定了底漆本身就具有一定的粗糙度。

以PP/EPDM-T20材質(zhì)保險杠為對象，選取同一種底漆，匹配不同干燥速率的稀釋劑，噴涂工藝不變，形成不同粗糙度的底漆漆膜，然后噴涂相同的色漆(炫晶黑)、清漆，漆膜橘皮測試結(jié)果見表7。降低底漆漆膜的粗糙度能明顯降低長短波，尤其是短波。將底漆表面粗糙度控制在0.4 μm以下，就可以最大限度地降低其對橘皮的影響。

表7 底漆粗糙度對橘皮的影響Table 7 Effect of roughness of primer on orange peel

底漆的粗糙度與流平性關(guān)聯(lián)較大，一般把降低稀釋劑的干燥速率作為提升流平性的重要措施，但如果稀釋劑過于慢干，濕膜的電導(dǎo)率就會增大，旋杯噴涂的上漆率降低，對外觀顏色及漆膜性能產(chǎn)生負面影響。因此要平衡好底漆稀釋中不同沸點溶劑的搭配比例，降低前期揮發(fā)速率，加快后期揮發(fā)，保證噴涂過程不干噴，漆霧回溶性好。

3.3 底漆黏度、膜厚的變化對橘皮的影響

降低底漆黏度，涂料分子間相對其自由流動所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力減小，底漆的流動能力增強，對改善橘皮有利，但同時流掛的風(fēng)險增加。底漆膜厚的增加有利于縮短流平時間，使漆膜平整度更好，但又會引起收縮的負面效應(yīng)，導(dǎo)致底漆與基材之間的結(jié)合力被削弱。因此，一般依據(jù)涂料供應(yīng)商推薦的底漆膜厚范圍進行噴涂。

4 結(jié)語

實施橘皮質(zhì)量的改善必須考慮各方面的因素，而底漆與基材質(zhì)量的控制往往容易被人忽視。以上研究表明，降低底漆粗糙度(小于0.4 μm)、改良底漆稀釋劑對基材的腐蝕程度等措施對橘皮(尤其是短波橘皮)的改善效果突出，證明了底漆與基材是影響短波的重要因素。后期色漆層、清漆層對橘皮的影響研究也需要對標本文的思路開展，綜合分析，才能不斷優(yōu)化漆膜的外觀效果。