何护国1，齐祥安2，张欢3
(1．上海三一重机股份有限公司，上海201413；2．三一重机有限公司，江苏昆山215300；3．河北晨阳工贸集团有限公司，河北保定072550)
摘要：介绍了水性聚氨酯涂料在挖机涂装生产线中遇到的痱子、流挂以及流挂引起的起泡问题，从涂装环境、设备、材料、管理方面分析了产生弊病的原因，制定了解决措施，通过持续改进，觖决了痱子和起泡问题。
关键词：水性涂料；涂装；流挂；痱子
The Solution of Bubbling and Pin-holes in WaterbornePolyurethane CoatingApplied on Excavator
HE Hu-guo1，QI Xiang-an2,ZHA NG Huan3
(1．Shanghai SANY Heavy Machinery Co．，Ltd．，Shanghai 201413，China；2．SANY Heavy Machinery Co．，Ltd．，Kunshan 215300，Jiangsu，China；3．Hebei Chenyang Industry&Trade Group Co．，Ltd．，Baoding 072550，Hebei，China)
Abstract：The defects such as pin—holes，sagging and bubbling in waterborne polyurethane coating applied onexcavator were introduced．The causes of defects were analyzed from the aspects of painting environment，equipment，materials and management，and the measures were worked out．Through continuous improvement，the problems of prickly heat and foaming were solved．
Key words：waterborne coating；painting；sagging；pin-holes
1 问题现象
三一重机公司在2018年12月开始采用水性涂料涂装，批量切换时遇到低温、高湿的环境，喷涂过程中有起泡和痱子问题频发，严重影响现场生产。
1．1起泡
喷涂完后，在边角的位置容易产生流挂，烘干后流挂严重的地方产生“马蜂窝”状的泡，用手一搓，面漆完全从底漆上脱掉。查看检测数据，膜厚范围在85～110um，也未超标。
1．2痱子
面漆烘烤时工件两侧升温快且温度高，易产生“痱子”，而中间部位温度低，出炉不干，影响修补。
2原因分析
当涂装技术人员和质量管理人员遇到涂层体系的缺陷(弊病)时，一定要规范地分析、解决问题。如果没有一套规范的流程，就会手忙脚乱。或简单地想象、推测，或不经验证就下结论，无法系统建立涂层体系缺陷(弊病)的“病例”档案。因此建立起规范化分析问题的流程是非常重要的，如图1所示[1]。
在水性漆批量切换第2天，收到部件涂装车间的报告，下线的部件在边角区域都出现流挂、气泡，修补出现严重缩孔，属于批量问题。问题发生后，我们对整个涂装过程按照涂装五要素逐一排查，工艺文件未发现明显问题，但在涂装环境、涂装设备、涂装材料、涂装管理方面存在问题。
2．1涂装环境
生产工厂地处于临港，距离东海仅5 km，属于典型的沿海亚热带季风气候，全年雨日144 d，湿度较大。特别是2018年冬季，阴雨不停，相对湿度高达90％以上，晚上最低温度5℃以下。工件表面冰凉，水性漆喷在工件上面挥发太慢，导致流挂。
2．2涂装设备
涂装车间为独立车间，流水线为半封闭状态，只有喷房和烤房能加热升温，喷涂时工件有时会低于露点温度。经过调查凌晨喷涂前的表面温度低于露点温度，这是产生流挂和起泡的重要原因。其次是面漆烘烤，通过炉温跟踪，发现面漆烤炉的暖风循环不合理，中间厚板部位受热极少，是导致流挂、起泡的另一个重要原因。经过3 d的连续跟踪，流挂起泡部位基本都在工件底部边角，根据炉温跟踪仪检测，此部位在面漆烤房中升温慢，原来烘烤风管从两边底部出热风，两边顶部回风，导致中间及边角部位受热不均匀，水挥发不及，就会产生流挂，流挂部位漆膜较厚，水挥发更慢，就会与固化剂中的异氰酸酯发生反应，产生CO2气体，形成气泡。温度升高，水浓度增大，水性聚氨酯反应速率增大。
2．3涂装材料
生产工厂靠近海洋环境，对水性漆来说更难以适应。经过在流平室观察，喷涂过后的底漆在流平过程中，比溶剂型漆更容易发生流挂。水性漆施工黏度高(涂-4杯检测高达90 s)，活化期短（混合后最佳施工时间2 h以内)，我们采用的是WAGNER自动调漆系统和高压混气喷枪。涂装中引起流挂的原因很多，常见的是稀料选型、喷涂雾化程度、施工黏度高低等。水性涂料以水为稀料，无法调整，如果调漆时增加水量来降低黏度、提升雾化效果，对减少流挂有一点效果，但随着加水量的增多，到达一个拐点后，流挂会增多。因此降低施工黏度提升雾化效果应该主要从材料方面着手。
2．4涂装管理
随着挖机产销两旺，备库存成为常态。制造部为了追求产量，缩短节拍，没有严格按照工艺要求的参数执行，如流平时间、烘烤时间，在执行时大打折扣。水性漆的溶剂为水，其蒸发潜热(2 457.22 kJ／kg)在已知溶剂中最大，流平时间不够，水分不能够及时挥发，进入烘房中涂层就容易产生痱子。作为管理者，必须了解水性漆的成膜原理(如图2所示)。如果烘烤时间过短，水分不能完全蒸发，主剂中的乳胶粒子和固化剂就不会充分反应，不能形成完全固化的涂层，严重影响涂层的附着力，打磨修补时也容易形成缩孔等问题。
3改善对策及效果
3．1涂装环境改善
涂装外围环境(雨、雪、霜等)不以人的意志为转不能消除只能够改善、适应。低温高湿是涂装的天敌，改善涂装环境或者涂装条件是唯一的解决办法。如：底漆前预热母材，提高喷涂室温度，提高流平温度，改善烘房的循环风，阴雨或者低温天降低生产节拍等。
3．2涂装设备改善
3．2．1加装预热室
加装底漆预热房，底漆喷涂时工件温度确保≥15℃，这样可解决工件表面温度低引起的结露、底漆流挂问题。
3．2．2增加防爆空调
面漆喷房前预留室及喷房安装工业防爆空调，底漆喷涂时工件温度能达到15℃，喷涂施工环境温度为20～30℃，解决停线后工件变凉、室温过低、溶剂不容易挥发而导致的喷涂流挂问题。
3．2．3面漆烘房循环风改造
烘房改造前循环风如图3所示，工件中部厚板区域受到的循环风量少，涂层一直是湿膜状态，处于流动状态。如果漆膜流动性保持时间太长，竖面的湿膜表面张力产生的回缩力不足以克服其重力时，就会产生流挂[2]。
烘房改造后循环风如图4所示，中间加装了风管，热风从两侧外围及中间厚板处一起对工件加热。重新对烤房的炉温进行了跟踪测试，发现热风更加均匀。从表1可以看出，工件各个部位升温比较平缓，消除了边梁等A面因急剧升温产生痱子、中间厚板受热小漆膜不干而引起的流挂、起泡问题。
3．3涂装材料改进
涂料流变性的控制技术是水性涂料的设计关键。当水性涂料喷涂时，在高剪切力的状态下，水性涂料的黏度迅速下降，保证涂料具有良好的微粒化效果[3]；在流平状态下，解决油漆在底材或者底漆上“站得住”就成为一个关键。调整和填加触变剂成分、比例以及各种助剂的量就尤为重要。
3．3．1调整剪切触变剂比例
调整涂料配方的中剪切和高剪切触变助剂比例，以适当降低产品的黏度，调漆时在同等加水量的情况下，使得涂料的施工黏度(涂一4杯)由原来的110 S左右降低到95 S左右，雾化效果得到了提升，而又不会因为低黏度而流挂；调整后效果是比较明显的。
3．3．2调整慢干及快干成膜助剂的量
减少慢干成膜助剂的量，适当增加快干成膜助剂的量，籍以缩短漆膜表干时间，增强抗流挂性。
3．4涂装管理改进
3．4．1严格执行工艺文件
工艺文件是指导现场生产的唯一“法律文件”，不能因为任何原因而违背工艺，禁止通过中控面板改变工艺参数。要严格按工艺参数，确保流平时间、烘烤时间满足水性涂料的施工要求。
3．4．2合理设置烘烤温度
根据环境的温湿度，调整喷房、烘房的温湿度，烤房实行分段加热，使得水分在低温段就大部分挥发。
3．4．3改善喷涂手法
原来溶剂型漆采用“高压无气+静电+空气辅助喷涂”，雾化好，上漆率高且溶剂也易挥发。而水性漆采用高压混气喷涂，上漆率相对较低，水不易挥发，如果还是采用溶剂型喷涂手法，很容易产生流挂，所以要对喷漆工作业手法进行指导(多道喷涂)，纠正一次喷涂过厚的现象。
3．4．4及时更换枪嘴
相对于溶剂型漆，水性漆的枪嘴更加容易磨损，一般使用只有3 d左右。如果不能及时更换枪嘴，出漆量大，也很容易产生流挂。
3．4．5加强培训
生产员工以前使用的是溶剂型漆，员工在对油漆的认知及使用方面已经形成一种固化的思维模式，认为水性漆和溶剂型漆是一样的。但事实上水性漆具有表面张力大、腐蚀性强、蒸发潜热大等缺点，对环境和设备的适应性更差，对前处理要求更严。所以要组织员工，从材料到工艺进行系统培训，并及时到制造现场迸行巡检、纠错。
4结语
通过对涂装环境、设备、材料、管理4个方面的持续改进，在涂装专家以及涂料厂家通力协作下，使涂装问题迅速解决，质量和产能都能稳定。改善后从涂装质量群中及自检表记录来看，起泡、流挂、痱子等涂层弊病得到解决，公司顺利完成从溶剂型漆向环保水性涂料的批量切换。
参考资料：
[1]齐祥安，刘晓佳．涂装系统分析与质量控制[M]．北京：化学工业出版社，2012．
[2]官仕龙．涂料化学与工艺学D仰．北京：化学工业出版社，2013．
[3]赵光麟，马春庆．涂装设备简明设计手册[M]．北京：化学工业出版社．2011．
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