客車車身油漆色差原因及控制

胡 玲, 陳 向, 黃茂韶, 傅赟果, 黃斐榮

(比亞迪汽車工業有限公司, 廣東 深圳 518118)

隨著客車消費市場的發展和消費者審美水平的提高,人們對客車的外觀品質要求也越來越高。目前,客車多采用定制化生產模式,由于涂裝作業自動化水平較低,且客車車身結構復雜,材料種類較多,油漆色差問題一直是客車涂裝生產中的難題[1]。造成色差的原因較為復雜,涉及涂裝作業的整個過程,這給客車油漆色差控制帶來了挑戰。本文從技術層面較深入地分析客車車身油漆色差產生的原因,并提出相應的控制措施。

1 客車車身油漆色差原因

油漆色差評價是為了判斷涂裝的油漆顏色匹配是否可以被接受,有目視評價和儀器測試評價兩種方式,以目視評價為主,儀器評價為輔。

客車車身油漆色差產生的原因較為復雜,無法簡單地用具體的特征或過程來進行描述。但可以基于顏色的三個屬性(即色調、明度和彩度)[2],在油漆成分、噴涂表面、噴涂技術、噴涂環境、烘干技術等方面進行分析。

1.1 油漆成分

油漆的顏料對光有吸收特性,這是油漆具有遮蓋力的原因,也是油漆顏色表征的基礎。油漆的遮蓋力受油漆涂層中的顏料粒子濃度和排布方式的影響[3]。當油漆膜厚不均勻時,會因油漆涂層中的顏料粒子分布不均勻而導致色差。不同批次油漆顏料種類不一樣時,會因存在顏料同色異譜特性而導致色差[4]。此外,油漆分散介質的揮發性對油漆黏度影響很大,黏度的變化會影響顏料粒子在油漆涂層中的分布,從而導致油漆色差問題。如果油漆在批次檢測時存在色差,一般很難在實車上通過施工工藝優化得到改善[5]。

油漆中可能包含的其他成分(如鋁粉或珠光粉)對光具有復雜的作用過程(包括反射和透射),而且這些過程也受到這些成分的濃度和排布方式的影響,并最終反映在色差上。例如,鋁粉金屬漆除了有顏料的吸收作用外,還存在片狀鋁粉的鏡面反射,鋁粉自身的形態和排布方式會導致不同的光學效果,所以金屬漆的色差還反映在明度上。珠光漆中的珠光粉為半透明材料,對光兼有漫反射、透射和鏡面反射,它這種復雜的光作用過程對油漆的彩度影響較大,經常產生與彩度緊密相關的色差問題[6]。

在面漆調配過程中,調漆細節的變動可能導致色差問題。因為油漆顏色受本色漿、顏基比、防沉劑等影響較大,如果在調配時分散性差,著色顏料在涂料中分散不均勻會導致色差問題。另外,在存儲過程中,存儲溫度的波動或者存貯時間過長,也會導致油漆成分發生變化而帶來色差問題[7]。

1.2 噴涂表面

油漆涂層的色差與噴涂表面有很大關系。如果噴涂表面的光滑性差,會導致漆膜厚度不均勻,從而產生色差。在客車涂裝過程中,面漆直接噴在中涂層表面,因此中涂層的表面光滑性對油漆外觀非常重要,這要求中涂層的打磨要非常細致。由于原子灰具有吸水性,若在底漆涂刮較多原子灰,可能會吸收中涂層中水分,使其發生皺縮,導致中涂層不平整或者產生微小缺陷。這種表面特性的變化最終使面漆膜厚不均勻而導致色差。

此外,不同材料的表面對光的反射特性不同,當漆膜厚度不足以消除底材影響時,就會帶來色差問題。相比于金屬漆和珠光漆,單色漆的遮蓋力較差,面漆膜厚上的微小變化都可能導致較大的色差。對于白色和黃色的淺色漆,在常規施工條件下,漆膜厚度并不能達到黑白格意義上的完全遮蓋,這種情況下有部分光穿透面漆而被中涂層吸收和再反射回面漆層,所以感官顏色往往是面漆層和部分中涂層吸收光譜的疊加。因此通過增加膜厚提高遮蓋力來消除色差的方法往往是行不通的,因為增加膜厚會使色相增加從而導致其他色差問題。

1.3 噴涂技術

不同噴涂技術會影響油漆在噴涂表面的均勻分布,噴涂不均勻導致涂層厚度過厚或過薄就會產生色差。客車車身常使用空氣噴槍噴涂油漆,油漆的霧化程度和顆粒大小取決于壓縮空氣的流量、流速和油漆噴出量。油漆霧化不好會導致膜厚變化、金屬粉和珠光粉排布方式的變化,從而導致色差。在人工噴涂的情況下,因操作人員的走槍速度、槍與被噴涂面距離和角度的變化,使得色差控制更為困難。即使油漆材料相同,但噴涂設備不同,噴出的漆膜顏色也可能不同。

1.4 噴涂環境

涂裝車間的潔凈度對車身油漆品質有很大影響,主要表現為空氣中的微粒(粒徑小于10 μm)聚集掉落在漆面上,產生油漆外觀弊病而導致色差。環境溫度也會使油漆的黏度發生變化,從而影響油漆的流平,使表面輪廓特性發生變化導致色差。環境濕度對油漆閃干、流平、固化過程影響較大,對漆膜色差的影響更大,會產生與亮度有關的色差問題。

1.5 烘干技術

烘干溫度波動常導致油漆色差問題。當烘干室內溫度梯度過大時,容易造成局部過度烘干或部分未達到烘干要求的情況。

烘干溫度過高,涂層容易發黃,即常說的“黃變”現象。油漆黃變主要與構成涂層聚合物鏈的熱氧化降解有關。油漆中的油類樹脂(如含芳香環的環氧樹脂、TDI型聚氨酯、酚醛樹脂等)的不飽和鏈在加熱過程中很容易受到氧氣的攻擊,雙鍵氧化后生成過氧化物或環狀化合物產生發色基團導致黃變[8]。

烘干溫度過低可能會導致漆膜中樹脂交聯固化反應不完全而導致失色。另外,根據爐溫曲線,即使在烘房溫度恒定的情況下,車體送入烘房后,也需要一段時間才能達到所需溫度,如果生產中烘烤時間被壓縮將導致漆膜交聯固化不完全,也會導致色差問題[1]。

2 客車車身油漆色差控制方法

2.1 油漆原料購置和存儲管控

涂裝車間需對每批次的油漆原材料進行入庫檢測,對油漆的黏度、遮蓋力、膜厚等主要性能進行檢驗,合格后方可入庫。油漆在儲存過程中,必須維持各種色漿的色相、黏度、固含量和著色力等各項技術指標穩定,這需要嚴格控制存貯的環境溫濕度。此外,需要加強標準色板的制作和管理。標準色板制作應與涂裝車間的噴涂工藝一致,客戶提供的色卡和色板需要在避光、干燥的條件下保存,且在使用過程中要避免被污染和損壞[9]。

2.2 噴涂過程管控

對涂裝過程要實行嚴格的管控,主要從噴涂設備、噴涂參數、人員調配等方面考慮。在噴涂過程中,可用高速自動靜電噴杯、噴槍及自動空氣噴槍等機器人噴涂方式來替代人工噴涂。同時,對噴涂參數進行全面監控,包括噴漆量、噴幅、槍距、噴涂角、噴涂氣壓、循環壓力等。一般當色漆膜厚達到遮蓋厚度時,其總色差值將不再發生較大的波動,所以在油漆噴涂過程中,一定要保證色漆膜厚達到遮蓋力要求[5]。

淺色單色漆遮蓋力普遍偏低,容易受底色影響,導致色相相差較大,這種情況可噴涂淺白色打底漆來解決[10]。對于金屬漆和珠光漆,采用多次薄噴的方式來消除金屬或珠光粒子的定向排布并保證它們在膜層中均勻分布。噴涂環境也需要每班次點檢一次,主要包括調漆間和噴房的溫濕度,在低溫低濕和高溫高濕季節時,油漆中需要加入不同品種的稀釋劑,并根據現場條件隨時進行調整。

2.3 烘干過程管控

面漆烘烤房的烘干曲線同樣需要每班次測量一次,確定其在烘干工藝設定的窗口內,防止烘干過程中溫度波動。一般大型烘干室溫差在10 ℃以下,小型烘干室溫差則不應大于5 ℃。除了監控烘烤室溫度,還應嚴格控制烘烤時間,避免烘烤欠佳或過量的情況發生。

2.4 色差趨勢綜合管控

色差檢測數據龐大,而且現有檢測方式的數據源相互獨立,無法綜合分析顏色色相變化趨勢,導致對即將出現的色差問題無法有效預警和迅速做出反應。在這種情況下,需要從源頭、過程、終端對油漆色差進行綜合管控[11],建立油漆色差趨勢綜合管控機制,通過供應商、工廠、品質三方色差數據分享聯動,實時動態監控色差數據,快速獲取數據分析結果,有效預防和管控油漆色差問題。

另外,油漆色差評價結果會因測試儀器和評價方法的變化而發生改變。目前的色差評價方法主要是人眼目視和儀器測試。其中,目視受人主觀因素影響,在評價結果上較難達成一致。儀器測試是基于CIELab色差法(圖1)[4],該方法以空間總色差(ΔE)為基本評價參數,在處理顏色參數時僅考慮了理想條件下的空間數值變化,并未考慮顏色空間表達的方向和梯度差異及環境因素的影響,所以色差評價在一定程度上存在局限性。表1為國內幾家客車企業采取的車身油漆色差評價方法。

表1 國內客車企業油漆色差評定方法

圖1 Lab色空間圖

為了準確、客觀地對油漆顏色進行評價,需要基于某種邏輯表達的人機協同的評價體系。同時,為了解決色差檢測指標單一問題,探索與色差有間接聯系的輔助指標(如遮蓋力),并進一步細化色系,加設明度、色調、彩度的視覺容差條件,建立多指標、多維度、立體的數字化評價體系是必要的。

3 結束語

本文針對客車涂裝過程中出現的油漆色差問題,從工藝和技術層面,深入分析和討論了色差產生的原因,并基于色差控制的最新研究成果和涂裝技術的進展,提出了優化措施,為分析和解決客車車身油漆色差問題提供了理論支持和借鑒,并為進一步提升客車油漆外觀品質,提升客車的裝飾性提供了創新思路和方案。