電飯煲內鍋涂層脫落分析及改善

杜建萌 賀 雷 施清清 岳 軍

（1.珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000；2.格力電器（中山）小家電制造有限公司 中山 52800）

引言

米飯是我國食用量較多的主食之一，隨著經濟與科技的迅速發展，電飯煲成為家庭中烹飪米飯最常用的器具，用戶不僅要求烹飪出的米飯美味可口，更要保證食品健康安全，產品耐用。作為直接與食品接觸的電飯煲內膽，其安全性、可靠性尤為重要。

電飯煲產品不斷升級換代，內鍋表面也從裸露的不銹鋼、鋁合金等單一材料逐步向涂敷涂層型材料過渡。不粘涂層帶來的便利性極大的滿足了不同使用需求[1]，然而不粘涂層的使用也為消費者帶來一定健康安全威脅，即目前電飯煲產業普遍存在且消費者比較關注的內鍋涂層脫落問題。內鍋涂層脫落后會導致糊鍋粘鍋等問題，影響用戶使用體驗，同時也引起了用戶對食品安全的擔憂，如果涂層不慎進入體內，難以分解排除體外，對身體健康有一定影響；涂層脫落后內鍋基材直接接觸食物，部分內鍋基材為鋁合金，鋁基材直接與食物接觸。如果食物中有酸性物質，長期作用下可能會發生反應或遷移，不符合食品安全標準，存在食品安全風險[2]。文章結合售后案例，從涂料的特性、生產工藝進行分析，研究電飯煲內鍋噴涂涂層可靠性的影響因素。

1 材料選型分析

1.1 壽命失效案例分析

針對售后反饋的脫漆內鍋進行分析，部分使用時間約6 個月后表面存在明顯劃痕，劃痕周圍有輕微脫漆，其余位置測試附著力等無異常，判定為使用過程硬質材料劃傷磨損失效；此失效模式主要由于不粘涂層較薄且硬度偏低，當涂層受到對比涂層硬度較高的清潔工具摩擦時，涂層在摩擦過程中屬于被磨損一方，加速磨損失效。

部分內鍋表面出現點狀或片狀脫漆，用戶使用時間約1.5年，與實驗室長期壽命樣機最終狀態類似，判定為壽命涂層失效，如圖1所示。用戶在正常使用過程中，反復加熱冷卻、米粒摩擦、食物弱酸或弱堿腐蝕等因素均對涂層有一定損耗，市場主流內鍋涂層使用壽命也僅為1.5 ～2年左右。結合用戶實際使用場景及GB/T32095.1《家用食品金屬烹飪器具不粘表面性能及測試規范》標準，選定內鍋耐磨性、硬度、不粘性、耐酸堿性、附著力、煮飯壽命作為關鍵對比指標，其受涂料本身差異影響較大。

圖1 壽命涂層失效樣品

1.2 常見噴涂材料對比

目前市面上電飯煲內鍋噴涂涂層種類較多，常見的主要為特氟龍PTFE（聚四氟乙烯）不粘涂料、特氟龍PFA（四氟乙烯與全氟丙基乙烯基醚的共聚物）粉末不粘涂料、陶瓷（晶）不粘涂料。特氟龍PTFE 不粘涂料為水性涂料，包含雙層或三層涂料體系，擁有極地的摩擦系數，且成本相對較低，是使用最廣泛的涂料。特氟龍PFA 不粘涂料是基于碳氧化合物的聚合物，在烘烤時熱熔流平形成無孔的涂膜[3]，結合了耐熱性、化學惰性、出色的絕緣線穩定性和低摩擦性，同時具有出色的抗應力開裂性彎曲壽命。不粘陶瓷涂料是一種納米材料，采用先進的納米合成技術，合成出來的陶瓷涂料具有似荷葉的雙微結構（微米乳突 + 納米結構表面），通過這種納米結構，陶瓷涂料達到優良的不粘效果。其通過低溫固化成膜后完全是無機分子結構，涂膜具有高硬度，高耐磨，高耐溫，耐各種酸堿和化學品[4,5]。對以上3 種涂料按國標進行關鍵性能測試對比情況如表1。

表1 常見內鍋不粘涂層的關鍵性能對比

綜合上述實驗，PTFE 材料、PFA 材料、陶瓷涂料在耐酸堿性、附著力實驗無明顯差別，均可滿足正常的使用要求。PFA 特氟龍粉體涂料煮飯壽命遠超其他涂料，涂層硬度無明顯提升，正常使用仍需避免硬質材料劃傷，該材料因成本較高，高端電飯煲可選擇應用[6]。無機陶瓷涂料內鍋硬度較優，但不粘性差，影響用戶正常煮飯使用，同時受成本影響，多用于特殊烹飪功能。PTEE 特氟龍水性涂料成本相對較低，為市面上最廣泛應用的材料，結合用戶實際使用需求，壽命約1 ～1.5年。

2 生產工藝分析

2.1 工藝失效案例分析

選擇某品牌主流飯煲機型，內鍋使用PTEE 特氟龍水性材料，對收集到的非壽命磨損內鍋進行分析，主要存在兩種異常現象：一種為點狀脫漆如圖2，對故障樣品繼續壽命試驗，點狀脫漆未繼續擴散。對內鍋脫落部位進行200 倍放大，最大脫落部位長0.75mm×0.5mm，最小為0.2mm×0.2mm，裸露基材表面未發現嵌砂情況，涂層其他部位未發現氣泡異常，繼續煮飯約300 鍋，脫落點大小未擴散。驗證原材料及化學浸泡實驗均符合要求。判斷為涂層下存在點狀雜質引起。

圖2 內鍋點狀脫漆失效樣品及局部放大圖

另一種為售后內鍋底部局部起泡，起泡點逐漸擴大形成明顯的鼓包起皮，正常使用時受外力出現塊狀或片狀脫落。對故障件進行測試，涂層存在局部偏厚異常，起泡及局部塊狀脫落區域內附著力測試不合格，其余位置附著力無異常。判斷為涂層涂敷存在異常。

2.2 工藝關鍵控制點改善

電飯煲內鍋生產工藝復雜，根據不同的設計需求，具體加工步驟各不相同。主要工序包括：

沖壓：制造內鍋的基材是各種材料的板材，將板材沖壓到所需形狀。

打砂：使表面達到一定粗糙度，保證后續涂料能附著良好。

清潔：去除表面的油脂和污漬，進入烘干房烘干。

噴涂：噴涂涂料，待表干后進入高溫爐燒結固化。

結合售后典型異常現象，點狀脫漆異常繼續試驗未擴散，排查相關物料及化學浸泡實驗均符合要求，排除涂料及前處理不良。結合內鍋生產環境，分析為塵點雜質導致，且塵點出現在內涂底漆噴涂后工序。針對此類異常需對生產環境進行改善，使噴房內空氣清潔度達到10 萬級，并定期開展空氣清潔度測試，在物料周轉進出口增加防護和風淋室。除噴房外，增加車間整體環境潔凈度要求，在爐口等外運轉線裸露大環境區域構建潔凈小環境，增加防塵罩，爐底增加落地擋板防止灰塵進入爐底。

涂層起泡影響因素較多，失效機理主要有2 種：①內鍋面涂表面相當于一層半透膜，當涂料偏薄或噴涂不均勻時，半透膜有微觀孔隙，因膜兩側存在濃度差，小分子或者離子自發由高濃度到低濃度進行滲透作用，直至半透膜兩側無濃度差。水分子透過涂層侵蝕到基材表面，反復冷熱作用導致吸收的水分子累積變成水蒸氣蒸發沖破涂層，表現為涂層起泡失效。②當基材前處理不足、燒結溫度不足或過度燒結時，使得底涂不能完全涂覆在基材表面，涂層附著力不足，在客戶反復使用過程中，基材和底涂的熱膨脹系數不同，缺陷位置不停的進行冷熱沖擊，兩者之間的間隙空間越大、附著力越小，最終達到間隙極限，涂層起泡點狀失效。

對內鍋各工序進行排查，實際生產時不同內鍋的燒結溫度采用了同一溫度，實際因內鍋材料種類、厚度差異較多，不同內鍋的的熱傳導系數不同，必須針對不同種類內鍋制定詳細的燒結溫度。此外內鍋拉伸后會產生一定內應力，應力主要集中在內鍋R 角位置，如生產時內鍋拉伸后沒有應力釋放工序立即進行噴涂，將存在一定比例因應力影響導致噴涂開裂，因此內鍋基材拉伸后需增加一定時間的老化放置或加溫工序進行應力釋放。

基材前處理的粗糙度、清潔度影響涂料與基材的結合能力，需對工藝參數、方案嚴格執行，定期檢查生產過程使用的打砂工具和清洗液pH 值，對各工序制造件制定驗收標準定期抽檢。

圖3 局部起泡脫漆失效樣品

圖4 底涂涂敷不良失效示意圖

3 結論

文章結合售后內鍋失效具體案例，通過對電飯煲噴涂內膽的不同涂料樣品對比測試、內鍋制造工藝關鍵梳理分析，得出內鍋涂層的選型建議及工藝關鍵控制點。

1）內鍋噴涂涂料影響內鍋可靠性。結合實驗對比情況，PFA 特氟龍粉體涂料整體性能優于PTFE 特氟龍水性涂料，煮飯壽命可達PTFE 涂料的3 倍。無機陶瓷涂料內鍋硬度較優，但不粘性稍差，可根據產品定位及用戶需求選用最佳內鍋涂料。

2）內鍋制造工藝控制影響內鍋可靠性。結合售后故障分析，工藝關鍵控制點主要為環境清潔度、涂料厚度、基材清潔度及粗糙度、燒結溫度、基材應力等，應量化工藝參數并定期檢查重點管控。

此外，具有不沾涂層內鍋無法有效避免異物劃傷，終端用戶的非正常使用對涂層的破壞也是內鍋脫漆的一大影響因素。生產商可通過在說明書中增加內鍋使用方法、警告提示來指導用戶正確使用，延長內鍋使用壽命。