劉連寶，周夫東，宗健啟，劉苗苗，康海瑞，李大鵬

（一汽-大眾汽車有限公司，長春 130011）

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車用戶趨于年輕化，年輕用戶對車身設計的時尚追求及品質要求也在不斷提升。針對這一現(xiàn)象，汽車主機廠在進行造型設計時，往往考慮選用一些高飽和度、高閃爍感、有隨角異色效應的涂料來吸引上述用戶。而為達成上述要求，涂料內(nèi)往往需要加入較多的效應顏料（鋁粉、珠光粉、玻璃粉等），較多效應顏料的加入，對效應顏料定向排列及循環(huán)的穩(wěn)定性提出了較大要求[1-2]。本文結合某款色漆實際應用問題，簡要分析涂料循環(huán)對色差的影響，以及影響效應顏料定向的各種作用機理。

1 實驗部分

1.1 噴涂設備與施工參數(shù)

本文論述顏色為溶劑型5a 工藝，即整體漆層包括電泳、中涂、色漆、清漆。色漆外表靜電噴涂：0700機器人搭載VERSABELL III 霧化器，40 mm 噴杯，噴嘴直徑1.2 mm，發(fā)那科；氣噴槍噴涂：0250 機器人搭載AGMD0RO 槍頭，1.4 mm 噴嘴，發(fā)那科；整體噴涂厚度約為12 μm，靜電和空氣噴涂膜厚比例約為3∶1，色漆噴涂完成后閃干6 min，之后噴涂溶劑型清漆，膜厚約為43 μm，并于140 ℃下烘干30 min 以完成漆膜整體固化。噴房溫度控制為（23±2）℃，濕度控制為（65±5）%。

噴杯站工藝參數(shù)：出漆量180～240 mL/min，轉速40 000 r/min，成型空氣1為300 NL/min，成型空氣2為100 NL/min；氣噴槍站工藝參數(shù)：出漆量300～350 mL/min，霧化空氣為270 NL/min，矯形空氣為300 NL/min。

輸漆系統(tǒng)采用兩線繞管系統(tǒng)，供漆壓力800 k0a，回漆壓力350 k0a，主背壓650 k0a，主管內(nèi)流速為0.45 m/s。

1.2 性能測試

色差測試：采用多角度色差儀（mac-i，BYK 公司）進行測量，以L表示在某角度下的明度值，a表示在某角度下的紅綠色相值，b表示在某角度下的黃藍色相值，c表示在某角度下的飽和度，h表示在某角度下的色相角，G值表征涂料的整體顆粒感，以mdE表示考慮容差系數(shù)的相對色差。按照式（1）計算顏色閃爍系數(shù)FI；相對色差的計算如式（2），其中上標0表示標準值，S為對應的容差系數(shù)，單個測量點相對色差低于1.4為合格。

材料流變性能測量：采用流變儀（MCR102，安東帕）進行測量，將材料在400 s-1下攪拌30 s，之后靜置60 s 使材料穩(wěn)定，從1 s-1開始，以10 s-1為間隔，測量150 個點的黏度，每個點黏度測量時間0.6 s，獲得流變黏度曲線。

微觀形貌測試：采用手持放大鏡（拜斯特）進行拍攝，放大300倍。

2 結果與討論

2.1 色板信息

表1 為該顏色的數(shù)字標準值，表2 為該顏色的容差系數(shù)，該顏色的特殊性主要體現(xiàn)在以下3 個方面：（1）FI 較大達到28.9，其他近似顏色FI 一般不超過20，因此該顏色是一個閃爍感很強的顏色，這是由于雖然相差36，與其他涂料相當，但在45°時，該顏色的L即下降31.62 至6.38；（2）標準板測量的G0值達到8.2，金屬顆粒感強[3]；（3）從色相上看，a0與b0的變化也不是很大，但從h0可以看出，其色相角隨測量角度變化達到77.14°，這在顏色開發(fā)中比較少見。

表1 該顏色的色差數(shù)字標準值Table 1 Standard value of this color

表2 該顏色的容差系數(shù)Table 2 Tolerance value of this color

綜上，該涂料存在很強的隨角異色性，開發(fā)難度較大，為達到該目標，從圖1 涂料色板的放大圖可以看出，該涂料采用大直徑的銀元型鋁粉以及一定量的珠光粉制造閃爍效果，且標準色板中鋁粉的定向排列較好。

圖1 涂料標準板的放大照片F(xiàn)ig.1 0icture of standard paint palette

2.2 涂料循環(huán)1周色差變化

表3 是涂料新到現(xiàn)場后的色差絕對值，表4 是涂料在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)1周的色差絕對值，本文基于上述數(shù)據(jù)對涂料循環(huán)與色差變化的原因進行分析。

表3 新到涂料現(xiàn)場噴涂后的色差Table 3 Measure result of fresh paint

表4 現(xiàn)場循環(huán)1周后噴涂后的色差Table 4 Measure result of paint after 1-week circulation

圖2是各部件ΔL、Δa、Δb絕對值在各角度的平均變化，可以看出，ΔL的變化最大，Δa、Δb的絕對變化在各角度與ΔL的變化近似等比例。圖3 是不同位置色差變化，可以看出，立面變化要大于平面。系統(tǒng)排查現(xiàn)場變量，除涂料循環(huán)時間差異外，無其他影響因素。

圖2 循環(huán)前后ΔL、Δa、Δb的絕對變化Fig.2 Absolute change of Lab value before and after the circulation

圖3 車身位置色差變化Fig.3 Color difference change value sorted by body position

2.3 色差變化的原理分析

2.3.1 效應顏料排列的影響

色差儀的測量原理為使用標準光源照射并接收分析反射到的光線。當光線照射到效應顏料上時，在效應顏料邊緣發(fā)生漫反射，在效應顏料中心發(fā)生鏡面反射，在效應顏料制造工藝與表面處理情況相同時，鏡面反射的比例隨效應顏料粒徑的增大而增大，即使用更大的效應顏料，特別是反射性更好的效應顏料，將會增大材料的閃爍程度[4]，這是該涂料選用較大效應顏料的原因。

比較循環(huán)前后材料各色相的絕對值，可以發(fā)現(xiàn)小角度的ΔL明顯下降，大角度的ΔL輕微下降，同時Δa、Δb向原點移動，對此認為其原因在于效應顏料的排列變差，以一片效應顏料考慮時，如圖4a 所示，當效應顏料平行于漆面排列時，可將測量光線反射入小角度，而當效應顏料傾向于豎直時，則反射光線角度向大角度移動。以整個漆層考慮，如圖4b所示，當整個漆層內(nèi)效應顏料大部分趨于平鋪時，整個漆層類似鏡面反射，小角度獲得的反射光線多，形成明顯的閃爍感；而當整個漆層內(nèi)效應顏料排布趨于雜亂且色漿暴露出來，整個漆層發(fā)生漫反射的同時對光線的吸收作用增強，導致小角度ΔL變暗明顯，大角度ΔL亦輕微變暗，顏色飽和度降低，即Δa、Δb趨向于向原點變化。

圖4 效應顏料排列的影響示意圖Fig.4 Schematic diagram of the influence of pigment arrangement

2.3.2 影響效應顏料排列的幾種作用

（1）樹脂對效應顏料的固定作用。

對可能導致兩次車身色差變化的工藝參數(shù)進行排查，唯一變量在于涂料在管路內(nèi)循環(huán)1周時間。眾所周知，涂料中的樹脂靠極性鍵等作用形成空間網(wǎng)狀結構，涂料在管路中長期循環(huán)剪切，不可避免地會影響樹脂的性能[5]。

由于成品涂料是復合體系，很難應用電子顯微鏡、色譜、紅外等表征樹脂的狀態(tài)，因此開發(fā)了流變曲線測試方法從宏觀變化討論樹脂狀態(tài)。圖5 是涂料在循環(huán)前后流變曲線的狀態(tài)，由于系統(tǒng)中涂料基礎黏度會有差異，因此只討論黏度的變化趨勢，不討論其絕對值。

圖5 循環(huán)前后的流變曲線Fig.5 Rheological curve before and after the cyclation

未循環(huán)過的涂料如圖6a 所示，隨著剪切的施加，在初始階段樹脂的網(wǎng)狀結構被打散（見圖6b），黏度略有下降，剪切力繼續(xù)增加，黏度保持穩(wěn)定，說明樹脂對效應顏料的固定作用穩(wěn)定有效。涂料在系統(tǒng)內(nèi)長時間循環(huán)后，樹脂的極性鍵被破壞，不再是良好的網(wǎng)狀結構，而是形成了圖6c 示意的小樹脂團，因此材料整體黏度較低，樹脂對效應顏料的固定作用明顯降低。隨著剪切施加，小樹脂團被打散繼而與整體作用導致低剪切下的黏度上升，隨剪切的加劇，樹脂又部分喪失了對效應顏料的固定作用，用以固定效應顏料的化學鍵空出并與其他樹脂極性鍵相互作用導致高剪切時材料黏度增加[6]。

圖6 樹脂存在狀態(tài)示意Fig.6 Schematic diagram of resin state

上述試驗說明，材料長時間循環(huán)導致材料樹脂性能損失，進而導致其對效應顏料的固定作用變差，效應顏料排布趨向于雜亂無章，為本次問題的關鍵因素。對此，選擇增加蠟液，提高樹脂體系的穩(wěn)定性，經(jīng)過現(xiàn)場應用驗證，16 d無涂料補加情況下，噴涂色差如表5 所示，mdE達到1.14，可以保證日常生產(chǎn)使用，該問題得以消除。

表5 添加蠟液現(xiàn)場循環(huán)16 d后的色差Table 5 Measure result of wax-added paint after 16-day circulation

（2）溶劑揮發(fā)對效應顏料的攪動作用。

涂料中的溶劑組分在自然閃干或強制閃干過程中，由于其揮發(fā)速度差異產(chǎn)生的表面張力差而形成貝納德旋渦，這一作用對濕膜產(chǎn)生一種擾動，不利于效應顏料的平鋪，這種攪動作用隨著溶劑的持續(xù)揮發(fā)而減弱。現(xiàn)場采用更高的成型空氣量并配合減少出漆量，色差狀態(tài)好轉，但并未從根本解決問題。

（3）重力的疊加影響。

如圖7 所示，在車身平面，貝納德旋渦在垂直于漆面上的分力與重力互相減弱，而在車身立面，二者則呈90度，因此，位于車身立面的效應顏料需要更強的樹脂固定作用以保證效應顏料的排布，這也是本文中顏色立面色差變化大于平面色差變化的原因。

圖7 三種微觀力的影響Fig.7 Schematic diagram of the influence of three microscopic forces

（4）減薄作用。

噴涂后漆膜在閃干過程中，由于涂料表面張力作用，效應顏料不能突破漆膜與空氣界面，這使效應顏料傾向于被壓平，對于溶劑型涂料，其溶劑組分在噴涂過程中大量揮發(fā)，噴涂到車身時，溶劑含量僅為原組分的10%～30%，閃干過程中膜厚變化較小，壓平作用較??；而對于水性漆，由于水的蒸發(fā)潛熱很大，導致其揮發(fā)速度較慢，噴涂到車身后，溶劑（包含水與有機溶劑）比例仍占原組分的50%～60%，在后續(xù)強制閃干時，膜厚變化大，因此該顏色在水性漆車間，沒有出現(xiàn)類似問題。

3 結語

本文通過數(shù)據(jù)分析與實驗驗證，闡述了材料效應顏料排列對色差的影響，并分析了材料噴涂后各種力對色差的作用機理：（1）效應顏料的排列不佳使小角度的明度降低，色相趨于原點；（2）樹脂對效應顏料的固定作用可抵抗溶劑揮發(fā)時的擾動，在色差控制中起到?jīng)Q定作用，長期循環(huán)會導致該能力減弱；（3）重力作用在立面會增加對樹脂固定的需求。