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| 彩钢瓦翻新的水性漆气泡问题分析与对策 |
| 发布时间：2024/9/6 来源：重庆美匠环保工程有限公司 阅读：1762次 |
通过对水性涂料施工过程中遇到的局部气泡不良问题进行系统分析研究,并结合气泡产生的原理和现场进行了调查验证,结果表明色漆涂膜厚度、烘干炉升温速率较快是产生气泡不良的直接原因,而根本原因是涂料本身的消泡能力较差,并针对气泡不良提出了相关解决对策,对有效管控色漆质量问题具有重要的指导意义。
随着钢桶包装行业的蓬勃发展,在传统工业模式下,资源消耗和污染排放给人类生存环境所带来的危机也越发显著。涂装工艺是钢桶制造过程中“三废”排放最多的环节之一,因此,建设资源节约型、环境友好型钢桶涂装生产线对钢桶工业的健康发展极为重要，也是企业履行社会职责的重要一环。水性涂料以水作为主要溶剂,在环保上有显著优势,如危废物排放低，可减少施工过程中火灾危害性，且其涂装工具主要用水清洗可大幅度减少醇醚类清洗溶剂的消耗，以降低涂装工艺对环境造成的污染。但水性涂料对涂装的工艺要求比溶剂型涂料更高，水性涂料中 60%~70%的溶剂是水,在喷涂后不易挥发,其中针孔气泡是施工应用过程中普遍存在的缺陷，占水性漆所有现场问题的 30%~40%，影响涂膜品质，降低生产开动率及增加返修成本，本文通过对水性色漆局部气泡不良问题的分析调查研究,并结合气泡产生的原理和现场实际调查,提出了相关的解决对策，对有效管控钢桶色漆质量问题具有重要的指导意义。
1：气泡不良产生原理水性色漆气泡产生的原理主要是色漆湿膜在闪干脱水的过程中表干过快,色漆涂膜中气体(溶剂蒸气、水蒸气、膨胀空气)未完全突破色漆层而残留在漆膜中,喷涂清漆后经烘干炉进行完全烘烤时,短时间内气泡向上溢出时(未突破清漆层,若突破清漆层则会形成针孔)将涂膜顶起形成水胀状隆起，从而产生气泡不良,如图 1所示。
2： 问题背景及现状调查某水性涂装车间在生产B颜色时发生批量外装色漆气泡不良，该产品其他颜色均无此现象发生。通过机、料、法、环 4M 分析,对B颜色批量外装色漆气泡不良展开详细调查。
①对气泡不良发生部位、发生率进行统计汇总。通过对不良的统计分析发现,气泡主要发生在涂装各部位,形态为清漆层浅气泡，且两条产线各勤务时段生产的车身均有气泡不良发生,发生率均等。
②对色漆喷房的温湿度和风速进行确认,温度为25℃、相对湿度为 70%、风速为 0.3~0.4 m/s,符合水性色漆喷涂环境要求,喷涂环境正常。对喷漆机旋杯转速和成型空气等喷涂工艺参数进行确认，与其他颜色无明显差别。对色漆及清漆黏度进行测量确认，均符合黏度基准要求。
③对产品各部位的色漆单层膜厚用试验粘贴试板的方式进行测量。发现桶顶比桶身气泡多，这表明桶顶气泡多发与该部位膜厚偏高存在关联性。
④通过试验对烘干炉炉温进行确认，气泡不良易发生部位与正常部位炉温无明显差别，烘干炉炉温曲线符合烘烤窗口要求,而气泡不良易发部位烘干炉升温速率略高。
⑤通过对气泡不良易发部位和正常部位的烘干炉风速及风口方向进行调查,发现气泡不良易发部位的风速略高于其他部位风速，这表明气泡产生与风速和风向有关。
⑥通过对同一厂家不同涂料成分中消泡剂种类及含量对比，发现 B 颜色中消泡剂种类与其他颜色致,各颜色消泡剂含量配比稍有不同。
3：原因分析及验证根据现场调查的情况，初步判断B颜色产生气泡不良的原因可能有如下几个方面，并对此依次展开验证试验。
3.1 漆膜厚度分析:
受色漆漆雾影响,桶顶面色漆比桶身膜厚偏厚，导致在烘干过程中色漆漆膜内溶剂及水分不易冲破漆膜挥发出来，漆膜中过多的溶剂、水分在烘干炉完全烘烤时，短时间内向上溢出将涂膜顶起形成水涨状隆起，从而产生气泡不良验证:通过色漆机器人喷涂参数吐出量的梯度调整，利用试验贴板进行喷涂测试来验证色漆单层展厚与气泡不良发生的关系,结果见表1。由表1可知随着色漆单层膜厚增加,气泡个数逐渐增多.这表明气泡的产生原因与色漆单层膜厚偏厚有关。
注：烘干条件140，20min保持。
3.2 喷涂设备分析:
B 颜色色漆机器人喷涂参数 (旋杯转速)的设定值调整可提升雾化效果,雾化能力增强，涂料喷涂过程中更有利于空气泡挤出,从而抑制气泡的产生。验证:通过调整旋杯转速进行试板喷涂测试来验证旋杯转速与气泡不良发生个数的关系，结果见表2。由表2可知,随着旋杯转速降低，气泡个数呈减少趋势，与试验前的预测分析相反，且经过多次验证均是相同结果。这可能是由于随着转速的升高,涂料雾化变好，同时涂装 NV 升高,溶剂挥发增加，留在湿膜内的溶剂减少:在烘烤升温情况下，溶剂含量的减少会使涂膜中水分或气泡逸出的时间减少，从而导致气泡的产生。因此,气泡的产生受雾化不良影响较小。
注：色漆膜厚15𝜇m，烘干条件140℃，20min。
3.3 烘干设备分析:
烘干炉内钢桶不同部位风速不均,导致桶顶处升温速率偏高,色漆表干较快,内部溶剂、水分未充分挥发出来,从而产生气泡不良。验证：试验试板色漆喷涂后，将各部位试板进行了编号，对不同部位的气泡产生情况、不同膜厚情况、烘干不同温度和时间，都进行了全面试验，结果表明，烘干炉温度升高，色漆烘干更加充分，气泡和水分挥发相对充分，气泡数量减少。
3.4 涂料特性
分析：该涂料厂家B颜色色漆的消泡能力较差，因此涂料中添加的消泡剂种类及含量发生改变，可能会提升涂料自身的消泡能力。
验证：联合涂料厂家对B颜色涂料的消泡能力进行改良，调整该颜色色漆中消泡剂的种类及含量。在涂料厂家实验室对改良后的涂料进行测试,结果可知,在色漆中添加消泡剂,并对消泡剂含量配比调整后,气泡不良有明显改善。
4 对策与效果
通过原因分析及验证试验可知，面膜厚偏厚是桶顶部位发生气泡不良的主要原因，烘干升温速率较快是该部位发生气泡不良的主要原因。局部气泡不良产生的根本原因是涂料本身的消泡能力较差,由于改良涂料的性能验证需要一定的周期，为应对现场正常生产,制定临时对策和恒久对策对有效管控色漆质量问题具有重要的指导意义。
4.1 临时对策
4.1.1 降低色漆膜厚面膜厚偏厚是导致该处气泡发生的主要原因。在保证遮蔽膜厚的前提下,适当降低对应点位的吐喷漆机吐出量参数，从而降低色漆膜厚.进而有效减少气泡不良的发生。
4.1.2 降低色漆旋杯转速在保证色漆雾化效果及颜色、外观的前提下.将色漆旋杯转速由 35 000 r/min 隆至 30 000 r/min,从而减少气泡不良发生。
4.1.3 提升烘干炉温度将预热烘干炉温度由 80℃提升至 90℃。可较好解决局部气泡问题，但色漆烘干后涂膜表面温度过高 (经强冷后，涂膜表面温度要求≤30℃,实际涂膜表面达到了 40℃),喷涂清漆后,涂膜目视外观质量下降，故盲目提升烘干炉温度的临时对策不可取。
4.2 恒久对策涂料厂家对 B 颜色涂料中消泡剂种类及含量配比进行改良.提升 B 颜色涂料的消泡能力.同时对改良后涂料进行性能验证，避免由于改良气泡不良又引起其他并发不良产生。
4.3 效果确认通过降低内外装交接面色漆膜厚，降低色漆旋杯转速，对涂料中消泡剂种类和含量进行改良等一系列措施.水性色漆局部气泡不良得以有效解决。
5 结语
针对水性涂料施工中实际遇到的局部气泡问题进行研究，结合水性涂料气泡发生的原理和现场实际调查，对气泡不良发生的原因进行系统分析并逐一验证,明确原因后根据现场生产实际制定了有效施策，彻底消除了气泡不良对涂料品质、生产开动率、返修率的影响。水性涂料对涂装工艺中的设备、材料 、环境等因素要求更高作为水性涂料中必备的添加剂消泡剂的作用与涂膜针孔,气泡等品质不良紧密相关因此在新涂料导入阶段应当进行更加严格的验证试验，避免涂料在现场工艺环境使用中的不良现象发生。
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