漆膜顆粒的產(chǎn)生原因及控制措施

毛喆，尹中秋，胡劍鋒，黃紅武，黃天勇

漆膜顆粒的產(chǎn)生原因及控制措施

毛喆1*，尹中秋2，胡劍鋒2，黃紅武1，黃天勇1

（1.航空工業(yè)鄭飛公司熱表處理廠，河南 鄭州 450005； 2.空軍裝備部駐鄭州地區(qū)軍事代表室，河南 鄭州 450005）

本文針對漆膜顆粒問題，從材料基體、環(huán)境、油漆以及施工四個方面對漆膜顆粒的來源進(jìn)行了分析，闡述了漆膜顆粒對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，并對制件的前處理、周轉(zhuǎn)、噴漆環(huán)境以及操作提出了系統(tǒng)的控制措施，有效避免了涂膜顆粒的產(chǎn)生。

漆膜；顆粒；系統(tǒng)；控制措施

公司軍工產(chǎn)品均以壓縮空氣噴涂的方式，對溶劑性涂料進(jìn)行涂裝，也就是常說的噴漆。噴漆操作按GJB4439—2002《軍用飛機(jī)噴漆通用要求》進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)對漆膜的外觀檢查要求為漆膜表面平整、光滑、無留痕、漏噴、粗糙顆粒等現(xiàn)象。

在實(shí)際生產(chǎn)中，漆膜存在顆粒為最常見的質(zhì)量問題，故解決漆膜顆?？墒巩a(chǎn)品噴漆質(zhì)量大幅提升。從顆粒的產(chǎn)生來源來分，可分為材料基體上的顆粒、環(huán)境中的顆粒、油漆中的顆粒和施工造成的顆粒四種類型。

1　材料基體上的顆粒

材料基體上存在顆粒，在噴涂后，漆膜包裹顆粒，在漆膜外觀表現(xiàn)為存在顆粒。造成基體顆粒的常見形式有四種。

1.1　電鍍層粗糙

鋼鐵制件作為噴涂前的預(yù)處理，常采用的方式有電鍍、磷化等方式。電鍍?nèi)糍|(zhì)量不佳，造成鍍層粗糙，磷化膜結(jié)晶粗大，都會在噴涂后形成顆粒。導(dǎo)致這類故障的原因是噴漆前道工序把關(guān)不嚴(yán)，即表面處理操作人員和檢驗(yàn)人員認(rèn)為制件后期進(jìn)行噴漆能夠掩蓋鍍覆層的缺陷，便將不合格的粗糙鍍覆層的制件轉(zhuǎn)入涂裝工序，造成涂裝后表面涂層現(xiàn)象為凸起的小顆粒狀（如圖1所示）。

圖1　粗糙電鍍層形成的凸起顆粒

1.2　殘留的重鉻酸鉀

鋁合金材料一般進(jìn)行硫酸陽極氧化后再進(jìn)行噴涂，因鋁合金在進(jìn)行陽極氧化時，存在氧化膜的生成與溶解兩個同時進(jìn)行的過程，氧化膜的生成速度大于溶解速度，故而形成微孔狀的氧化膜層，微孔更有利于油漆的吸附與結(jié)合［1］。一般鋁合金材料陽極氧化后，表面干凈無顆粒，但對于鑄鋁類材料，由于鋁合金熔煉和澆注的過程中，都會吸入大量的氫氣，在澆注后冷卻過程中會因氫氣在鋁合金內(nèi)的溶解度下降而析出，在鑄鋁表面不能排出的氫氣則會形成細(xì)小、分散的氣孔，通常稱之為針孔［2］。大型的鑄鋁件很難避免針孔，針孔的存在造成鑄鋁在陽極氧化過程中，針孔會加大、加深，在后續(xù)鋁合金氧化后采用重鉻酸鉀填充工序時，重鉻酸鉀溶液在毛細(xì)作用下進(jìn)入孔內(nèi)，后續(xù)的清洗很難將其清洗干凈。為了防止鑄鋁針孔內(nèi)殘留水分影響噴涂質(zhì)量，鑄鋁在陽極氧化后常進(jìn)行烘干工序，較常采用烘箱90 ℃～100 ℃保溫1 h的方式將針孔內(nèi)的水烘干。但烘干的同時，針孔內(nèi)的重鉻酸鉀也從針孔內(nèi)析出在制件表面，形成較小的顆粒狀附在制件氧化膜表面。

1.3　打磨漆層后的粉塵

因制件表面處理與噴漆的時間間隔有要求，一般在24 h內(nèi)進(jìn)行，而噴涂后的零件在組裝成產(chǎn)品后，還需要進(jìn)行功能驗(yàn)證等試驗(yàn)，漆層容易受損傷，故軍工產(chǎn)品常采用零件噴涂底漆、組裝成產(chǎn)品經(jīng)試驗(yàn)合格后再噴涂面漆的方式。在原有底漆上噴涂面漆時，需進(jìn)行打磨以露出新鮮表面以便保證后續(xù)噴涂的結(jié)合力。在對漆層打磨后，會產(chǎn)生漆的粉塵（如圖2所示），若去除不徹底，在噴涂時即會形成顆粒。

圖2　漆層打磨后的粉塵

1.4　其他

零件在噴漆前受到灰塵污染，或制件噴涂前進(jìn)行吹砂，砂粒殘留在制件表面。這些都會導(dǎo)致涂層顆粒的形成。

2　環(huán)境中的顆粒

油漆從噴槍噴涂到制件表面這一過程，氣體運(yùn)動符合貝努力方程（式（1））：

式中：為涂料壓力勢能，Pa；為涂料密度，kg/m3；為涂料運(yùn)動速度，m/s；為涂料重力勢能，Pa。

忽略噴涂過程中涂料高度（）的影響，可以看出，噴涂過程中，涂料在壓縮氣體噴射壓力的作用下，以一定速度涂覆在零件表面，在這一過程中，零件表面因涂料的快速運(yùn)動導(dǎo)致壓強(qiáng)低于周邊環(huán)境的大氣壓強(qiáng)，構(gòu)成負(fù)壓，使周邊的空氣向處于低壓區(qū)的零件表面快速流動［3］。

若被噴涂的制件周邊有灰塵、毛絮等懸浮物，則會在噴涂過程中被吸附在制件表面，形成顆粒。有的被涂膜包裹，有的在涂膜表面形成黑色顆粒。除了空氣中灰塵外，形成這類顆粒的途徑還有很多，如施工場地地面灰塵多、涂裝工作臺殘留漆的顆粒多，或者噴漆的抽風(fēng)系統(tǒng)上沾附的殘漆顆粒等都有可能形成此類顆粒（如圖3）。

圖3　噴涂在表面的環(huán)境浮塵和毛絮

3　油漆中的顆粒

3.1　攪拌不充分

涂料在最初設(shè)計(jì)時，考慮涂料體系各組分的作用，保證涂膜的最終性能和施工時的流變性能。涂料從生產(chǎn)下線入庫到使用之間有一定時間，在此存儲期間，顏料、填料會因自身的重力作用而下沉［4］。在開罐后，若對涂料不充分?jǐn)嚢?，則會導(dǎo)致涂料體系分散不均勻，涂料均勻性差，噴涂后，在工件不同位置的涂膜組成不同，導(dǎo)致涂料整體流平性差，不能形成光滑的涂膜，局部涂膜缺乏足夠的流動性，溶劑揮發(fā)后形成針孔，導(dǎo)致涂膜好似存在許多微小的顆粒（如圖4所示），嚴(yán)重時還會產(chǎn)生流掛現(xiàn)象。

圖4　類似針孔狀外形的微小顆粒

3.2　過濾不當(dāng)

涂料在生產(chǎn)時，先將樹脂、助劑、顏料、填料、溶劑通過高速分散，再經(jīng)研磨達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)細(xì)度，然后進(jìn)行后期的油漆調(diào)制階段。在涂料生產(chǎn)過程中，會因雜質(zhì)的進(jìn)入和個別粗顆粒顏料和填料的存在，導(dǎo)致生產(chǎn)的涂料存在顆粒物。在涂料存儲期間，會出現(xiàn)凝塊現(xiàn)象，即使充分?jǐn)嚢枰膊荒芡耆w粒的存在。在噴涂時，若過濾不當(dāng)，涂料中顆粒物不能過濾干凈，會在漆膜上形成顆粒（如圖5所示）。因此，在涂料施工前，應(yīng)對涂料進(jìn)行正確的過濾，去除涂料中的顆粒，保證施工后的涂膜質(zhì)量。

圖5　涂料過濾不干凈所形成的顆粒

4　施工造成的顆粒

4.1　噴槍噴涂前調(diào)整不佳

微?；匦允菄姌尩幕咎匦?，因?yàn)殪F化效果直接影響漆膜的表面質(zhì)量［5］，微?；瘲l件見式（2）：

式中：0為漆霧粒子平均粒徑，μm；i為空氣使用量與涂料噴出量的比值。

由微粒化公式可看出，增加空氣量或減少涂料噴出量，都可使i上升，進(jìn)而使0降低，達(dá)到漆霧顆粒細(xì)的效果。噴漆前對噴槍調(diào)整不佳而造成空氣壓力低或過多增加涂料噴出量，都會對油漆的霧化效果差，造成漆膜表面粗糙。

4.2　噴涂方式不當(dāng)

4.2.1噴槍與工件距離大

涂料從噴槍噴嘴噴出時，受剪切力和拉伸力的作用，在漆料運(yùn)行中，所受的力逐漸變小，若噴涂時距離工件過大，涂料顆粒飛行時間長，稀釋劑揮發(fā)多，噴涂在工件上涂膜缺乏流平性，形成顆粒（如圖6所示）。

圖6　缺乏流平性形成的顆粒

4.2.2附著漆霧

空氣噴涂時涂料利用率低，漆霧飛散多［6］。在噴涂時，在抽風(fēng)的作用下，飛散的漆霧都沿抽風(fēng)方向飄移，此時，噴涂時若不考慮漆霧走向，容易造成漆霧落在漆膜上形成顆粒。在實(shí)際工作中，出現(xiàn)過一次噴涂一較長的L型制件，操作者將制件L面背向抽風(fēng)進(jìn)行噴漆，在噴涂制件底部時，造成漆霧飄附在制件上部過多，形成粗糙的顆粒。另外，在噴漆時由于壓縮空氣對制件的沖擊，引起漆膜的反彈，也會造成漆膜粗糙。在實(shí)際工作中，對于大的內(nèi)腔制件，在噴涂內(nèi)壁一側(cè)時，常會造成另一側(cè)因漆霧的落上造成漆膜顆粒。

5　漆膜顆粒對質(zhì)量的影響

5.1　對產(chǎn)品性能的影響

公司軍工產(chǎn)品按要求一定批次機(jī)抽取產(chǎn)品進(jìn)行例行試驗(yàn)，按GJB150.9A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第9部分：濕熱試驗(yàn)》進(jìn)行考核，是在24 h內(nèi)周期性地在高溫高濕和低溫高濕之間變化的一種濕熱試驗(yàn)，共進(jìn)行10個周期的試驗(yàn)。其試驗(yàn)的目的是在交變試驗(yàn)中，產(chǎn)品因凝露現(xiàn)象生成冷凝水，漆膜屬于半透膜，冷凝水可進(jìn)入漆膜降低漆膜的附著力，在試驗(yàn)的干燥階段，水分離開漆膜，若漆膜附著力良好，試驗(yàn)結(jié)束后，漆膜完整無缺陷。若漆膜存在由于基體存在顆粒和噴涂時因環(huán)境灰塵而導(dǎo)致的顆粒，在冷凝水的作用下，該處附著力降低，造成水分子聚集并形成滲透壓，使水分子滲入的數(shù)量和速度加快，漆膜的附著力更多的被破壞，造成起泡現(xiàn)象［7］。公司某零件是吹砂后進(jìn)行噴漆，濕熱試驗(yàn)后出現(xiàn)起泡現(xiàn)象，劃破泡后，發(fā)現(xiàn)基體粘附著小砂粒，這就是因吹砂后對殘砂清理不足，造成漆膜附著力變差而在濕熱試驗(yàn)中起泡。由漆料自身和噴涂不當(dāng)產(chǎn)生的顆粒在濕熱試驗(yàn)中一般不發(fā)生起泡現(xiàn)象，但降低了產(chǎn)品外觀質(zhì)量。

5.2　對產(chǎn)品功能的影響

因漆膜顆粒影響產(chǎn)品功能的現(xiàn)象較少，有一定特殊性。如公司某彈簧片制件，表面為冷拉材料，粗糙度為a0.8，經(jīng)法蘭處理后進(jìn)行噴涂B01-15丙烯酸清漆。在噴漆操作時，操作者對該批100件零件同時進(jìn)行噴漆，操作時零件擺放過密，噴涂時漆霧落在部分零件表面產(chǎn)生顆粒。該批中一件漆膜有顆粒的彈簧片組裝在產(chǎn)品上，按GJB150.22A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第22部分：積冰/凍雨試驗(yàn)》進(jìn)行考核，該試驗(yàn)是讓產(chǎn)品通過“發(fā)汗”后進(jìn)行低溫存儲，考核產(chǎn)品抗結(jié)冰能力。由于彈簧片漆膜顆粒的存在導(dǎo)致制件粗糙度上升，生成的水不能立即流失而停留在制件表面，導(dǎo)致后期結(jié)冰彈簧片不工作，產(chǎn)品功能不能實(shí)現(xiàn)，試驗(yàn)考核失敗。更換一漆膜完整光滑的彈簧片重新進(jìn)行該試驗(yàn)，沒有出現(xiàn)彈簧片結(jié)冰不工作的故障。

5.3　對企業(yè)形象的影響

客戶在接收產(chǎn)品時會首先檢查產(chǎn)品外觀，若漆膜存在顆粒，即給客戶留下外觀差的第一印象。同時，軍工產(chǎn)品要求全壽命周期內(nèi)進(jìn)行質(zhì)量保證，軍工產(chǎn)品在部隊(duì)存放、使用過程中，漆層的外觀不佳和因顆粒引起漆層脫落都有損企業(yè)形象。

6　控制措施

解決漆膜的顆粒問題，是一個從前處理、周轉(zhuǎn)、環(huán)境、噴涂操作都進(jìn)行規(guī)范操作的系統(tǒng)工程，對各環(huán)節(jié)的有效控制，才能保證涂層質(zhì)量。

6.1　前處理

前處理質(zhì)量是涂層質(zhì)量的基本保證，加強(qiáng)員工質(zhì)量意識教育，按要求對鍍覆層質(zhì)量進(jìn)行管控。對于鍍層粗糙、磷化結(jié)晶粗大的制件，返工合格后方可進(jìn)行噴涂。對于吹砂的制件，要在工藝規(guī)程上增加壓縮空氣清理的工序，并在清理后和噴漆前進(jìn)行檢查。并在工藝文件上明確鑄鋁陽極氧化填充后加強(qiáng)清洗，烘干后增加用干凈白布擦拭的工序，將附著在制件表面的重鉻酸鉀顆粒擦去。同樣，對舊漆層打磨后，在噴涂前應(yīng)用潔凈白布除去漆塵［8］。

6.2　周轉(zhuǎn)

加強(qiáng)零件周轉(zhuǎn)、存放等環(huán)節(jié)的管控，噴漆前制件周轉(zhuǎn)時，應(yīng)在周轉(zhuǎn)箱內(nèi)鋪上干凈的牛皮紙，防止灰塵污染。在零件噴漆前的放置，在零件接收區(qū)鋪上干凈的牛皮紙，嚴(yán)禁零件與貨架直接接觸。

6.3　環(huán)境

保持清潔的噴涂環(huán)境不僅要加強(qiáng)日常維護(hù)，還要在噴漆廠房設(shè)計(jì)時考慮。噴漆廠房的設(shè)計(jì)上就應(yīng)該保證減少灰塵的進(jìn)入和易于清理灰塵。噴漆廠房的門口增加風(fēng)簾，并且送入噴漆廠房內(nèi)的冷、熱風(fēng)應(yīng)經(jīng)過凈化設(shè)備過濾，使空氣中的灰塵減少到最低限度。在噴漆廠房盡可能設(shè)計(jì)封閉的噴漆房以減少灰塵的影響。噴漆廠房的地面應(yīng)采用水磨石地面，噴漆廠房內(nèi)應(yīng)設(shè)置排水溝，便于定期沖洗地面。在噴漆廠房旁邊設(shè)有更衣室，并在進(jìn)入廠房處配有一次性鞋套的鞋套機(jī)，避免操作者將灰塵帶入廠房。

在日常生產(chǎn)中，要保證施工環(huán)境干凈，每天上班后要對噴漆廠房進(jìn)行清掃，每次噴漆前應(yīng)對噴漆區(qū)域的地面拖地后再進(jìn)行。對抽風(fēng)、工作臺用紙粘貼，定期更換，避免積累的漆粒污染新噴涂的漆膜而產(chǎn)生顆粒。并且對涂裝廠房送風(fēng)的過濾系統(tǒng)定期清理。

6.4　操作

6.4.1漆料準(zhǔn)備

噴涂前，對涂料應(yīng)攪拌均勻，最好采用氣動的自動攪拌器，或采用油漆震蕩器對整桶油漆進(jìn)行攪拌，避免操作者手工攪拌的不一致性。油漆在噴漆前進(jìn)行過濾，一般要求底漆用80目～100目，面漆用180目～200目的銅絲網(wǎng)或絲絹過濾［9］。為了操作者工作方便且防止用錯目數(shù)，可購置專用的油漆過濾網(wǎng)，保證目數(shù)在200目以上，底漆、面漆都用此過濾，對于要求噴漆時摻鋁粉的油漆，可重復(fù)用濾網(wǎng)過濾，保證噴涂前油漆內(nèi)無顆粒。

6.4.2噴槍準(zhǔn)備

用同一噴槍噴涂品種不同或粘度不同的涂料，其漆霧細(xì)化程度都不相同［10］。噴漆作業(yè)前，必須將噴槍調(diào)整到最佳噴涂狀態(tài)，即對噴槍的空氣壓力、涂料噴出量和噴霧圖形幅寬調(diào)整到最適宜噴漆成高質(zhì)量漆膜的程度。

6.4.3噴涂操作

噴涂時要注意噴槍與零件的距離和方向，距離一般保持在20～25 cm，噴涂時噴槍軸要始終垂直于噴涂表面，對大平面及曲面噴涂時要通過人員的移動來保持垂直。噴涂時走槍移動速度應(yīng)為40～60 cm/s［11］，走槍快慢一致、均勻行走，每一槍應(yīng)壓疊上一槍的1/4～1/3。正確的走槍可確保噴涂到制件的涂膜厚薄均勻，流平性好，漆膜光滑。噴涂時，注意工件的擺放，避免抽風(fēng)抽漆霧時漆霧落在漆膜上，在噴涂順序上，應(yīng)遵循先里后外、先邊角后大面、先難后易、從上到下，從左到右的操作順序，正確的噴涂操作可避免漆霧落在漆膜產(chǎn)生顆粒。

7　結(jié)語

漆膜的顆粒產(chǎn)生方式較多，要避免這個問題，需要全過程系統(tǒng)的控制，并在生產(chǎn)中，通過實(shí)踐不斷完善改進(jìn)，對各個環(huán)節(jié)明確規(guī)范、管控到位，才能保證涂層的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

[1] 毛喆, 胡劍鋒, 黃紅武. 涂裝過程多余物的類型及控制[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2019, 22(6): 19-21+24.

Mao Z, Hu J F, Huang H W. Types and control of excess in painting process[J]. Modern Paint and Finishing, 2019, 22(6): 19-21+24 (in Chinese).

[2] 何曉敏. 鑄造鋁合金中的針孔及其防止[J]. 金屬加工, 2009, 3: 58-60.

He X M. Pinholes in cast aluminum alloys and their prevention[J]. Metal Working, 2009, 3: 58-60 (in Chinese).

[3] 毛喆, 胡劍鋒, 黃紅武. 涂裝表面顆粒產(chǎn)生的原因與預(yù)防[J]. 現(xiàn)代涂料與涂裝, 2017, 20(6): 42-43.

Mao Z, Hu J F, Huang H W. Cause and prevention of particles on the surface coating[J]. Modern Paint and Finishing, 2017,20(6): 42-43 (in Chinese).

[4] 周強(qiáng), 金祝年. 涂料化學(xué)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007: 109.

[5] 陳治良. 現(xiàn)代涂裝手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2010: 234.

[6] 潘繼民. 涂裝技術(shù)1000問[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013: 154.

[7] 毛喆, 黃紅武, 胡劍鋒. 漆層濕熱試驗(yàn)中起泡原因分析及控制措施[J]. 材料保護(hù), 2017, 50(9): 99-102.

Mao Z, Huang H W, Hu J F. Causes analysis and control measures of paint layer foaming in humid heat test[J]. Material Protection, 2017, 50(9): 99-102 (in Chinese).

[8] 李永訓(xùn), 白樺, 湯克勤, 等. GJB4439—2002軍用飛機(jī)噴漆通用要求[S]. 北京: 總裝備部軍標(biāo)發(fā)行部, 2003: 5.

[9] 傅新廣, 張慧珍, 徐永明, 等. HB/Z102—2000機(jī)載設(shè)備"三防"涂層涂漆工藝[S]. 北京: 中國航空工業(yè)總公司三〇一研究所, 2001: 2.

[10] 徐濱士, 劉世參. 中國材料工程大典(第16卷)[M]. 北京: 化工工業(yè)出版社, 2005: 194.

[11] 徐美剛, 鄭金芝. 涂裝工藝學(xué)[M]. 北京: 中國勞動社會保障出版社, 2010: 82.

Causes and Control Measures of Paint Film Particles

MAO Zhe1*， YIN Zhongqiu2， HU Jianfeng2， HUANG Hongwu1， HUANG Tianyong1

（1.Heat Treatment and Surface Treatment Plant of Zheng Fei Company of Aviation Industry， Zhengzhou 450005， China；2.Military Representative Office of Air Force Equipment Department in Zhengzhou， Zhengzhou 450005， China）

In this paper， aiming at the problem of paint film particles， the sources of paint film particles from four aspects of material matrix， environment， paint and construction were analyzed. The influence of paint film particles on product quality was expounded. Systematic control measures for the pretreatment， turnover， painting environment and operation of parts were put forward， and the coating particles could be effectively avoided.

paint film； particle； system； control measures

TQ639.8

B

10.3969/j.issn.1001-3849.2022.01.006

2021-03-03

2021-05-10

毛喆（1977－），男，本科，高級工程師，主要從事熱表處理工藝研究工作，email：maozhe2009@sina.com