浅谈塑料件涂装及漆膜常见弊病处理

浅谈塑料件涂装及漆膜常见弊病处理程为华，朱明星，李国波，张国忠(奇瑞汽车有限公司，安徽芜湖241009)摘要：本文简要介绍了各种常用塑料件类型及其应用范围，详细阐述了塑料件表面处理及涂装工艺操作要点，同时就漆膜常见弊病与处理展开论述。关键词：塑料；表面处理；喷涂；漆膜弊病0前言随着塑料加工与改性技术不断提高，应用领域迅速扩展，不同应用领域对塑料材质、表面装饰及粘接性能等要求日益增强，为了改善塑料表层外观，延长塑料使用寿命，从而需要对塑料件表面进行涂装处理。但由于各种塑料原材料结构与组分不同，相应的表面性能也有明显差异，因而，适应不同领域的各种塑料表面处理技术与喷涂材料应运而生。一、常用塑料件简介：（一）塑料的定义：塑料是一种以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。（二）塑料的特性：1.热塑性：加热到一定温度时可变软以至流动，冷却后又恢复其硬度及其它功能，这种过程是可逆的，可以反复进行。例如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酪，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚讽、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子之间无化学键，因而在加热时具有软化流动及冷却变硬的特性；2.热固性：通过加热可以软化流动，当加热到一定温度时，会发生化学反应一交链固化而变硬，此后再次加热时，已不能再变软流动了，这种变化是不可逆的。塑料正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为既定形状和尺寸的各类制品。（三）常用塑料类型：1.丙烯氰（23%~41%）、丁二烯（10%~30%）和苯乙烯（29%~60%）三种单体共聚而成的聚合物：简称“ABS”，具有色彩醒目，耐热、坚固、耐溶剂性差等特点，外表面可镀铬、镍等金属薄膜，可制作琴键、按钮、刀架、电视机外壳、伞柄等；2.聚乙烯塑料：简称“PE”，化学性能稳定，通常制作食品袋及各种容器，具有耐酸、耐碱及盐类水溶液侵蚀的特点，但不宜用强碱性洗涤剂擦拭或浸泡；3.聚丙烯塑料：简称“PP”，无毒、无味，可在100℃的沸水中浸泡不变形、不损伤，常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，多用于食品用具；4.聚苯乙烯塑料：简称“PS”，容易着色、透明性好，多用于制作灯罩、牙刷柄、玩具、电器零部件，耐酸碱腐蚀，但易溶于氯仿、二氯乙烯、香蕉水等有机溶剂；5.聚氯乙烯塑料：简称“PVC”，色泽鲜艳、耐腐蚀、牢固耐用，由于在制造过程中增加了增塑剂、抗老化剂等一些有毒辅助材料，故其产品一般不存放食品和药品类；6.尼龙塑料：简称“PA”，具有坚韧、牢固、耐磨、无毒性等特点，但不可长期与酸碱接触，常用于制作梳子、牙刷、衣钩、扇骨、网袋绳、水果外包装袋等。二、塑料表面处理：塑料种类繁多，由于塑料具有结晶性大、极性小、润湿性差、表面光滑等特点。为提高塑料涂层附着力，减少漆膜表面缺陷，塑料涂装前必须要进行表面处理。（一）常用塑料件的预处理方法主要有：退火、脱脂、静电除尘、湿润和粗化处理。1.退火：塑料成型时易形成内应力，在涂装后应力集中处易开裂，一般可采用退火处理或整面处理来达到消除应力。退火处理是把塑料成型件加热到热变形温度以下（以ABS为例：一般加热温度60℃，保温2h）。为了减少设备投资，可采用整面处理来改善塑料表面状况；整面处理配方及工艺如表1：项目工艺参数丙酮／份1水/份3温度／℃室温处理时间／min15—202.脱脂：由于塑料件表面沾有油污、手汗和脱模剂，造成漆膜附着力变差，涂层易产生龟裂、起泡和脱落等问题，因此涂装前必须进行除油处理。以ABS塑料件为例：一般采用含有表面活性剂的水系脱脂剂喷淋清洗，时间2～3min，喷射压力1～2bar，温度45～550C，脱脂剂在重复使用时，由于槽液杂质、污物积累，造成塑料表面污物的再次附着，影响涂层质量，因此应加强槽液的过滤与更新管理。脱脂常见配方及工艺如表2：项目工艺参数氢氧化钠(S/L)50～70磷酸钠(S/L)20～30碳酸钠(S/L)10～20表面活性剂(S/L)5～10温度／℃50～60处理时间／min10～15温度越高，除油速度越快，但温度太高会使表面活性剂分解，影响工件表面水洗，造成槽液寿命下降。3.静电除尘：塑料制品是绝缘体，表面电阻一般在106Ω以上，易产生静电，造成空气中的细小灰尘因静电作用而吸附着于塑料表面。由于静电吸附的灰尘用一般吹气法除去十分困难，因而普遍采用高压离子化空气流达到除电、除尘效果；4.湿润和粗化：l铬酸、硫酸混合液处理是比较简单、方便的传统工艺，它能使塑料表面的湿润性明显提高；l采取含水性高分子的水系表调剂室温喷淋工艺，时间1min，喷射压力0.5～1bar,活化的作用有助于去除硬水，把含憎水基的塑料表面转换为含亲水基的表面，从而在塑料件表面形成一层均匀的薄膜，膜厚不超过5nm；l火焰处理：采用压缩丙烷气作为燃料，进气压力0.5bar（200－250升/分钟）、燃气0.35bar（6升/分钟）、混合后压力为0.35bar，火焰的有效处理长度为7毫米到70毫米左右,从而提高塑料基材表面的表面张力与油漆的附着力。（二）其它表面处理技术：光固化涂料应用于汽车塑料件，许多汽车部件已采用工程塑料或者聚合物基复合材料，它们不仅仅需要涂料改善其表面性质，有时还可以实现材料的性能改进，汽车灯罩与反光镜材料以塑料代替玻璃就得益于光固化涂料的处理技术。1.聚碳酸酯具有易加工成型、重量轻和柔性强不易破碎等优点，但它的表面强度不够，不耐刻划和刮擦而且耐候性差，易变黄。采用光固化涂料改善其表面性质，不仅可大大节省涂装时间而且涂层有很好的光学耐擦性能，并可满足长期耐侯性要求，正是由于新技术的推进，如今聚碳酸酯灯罩已几乎完全代替玻璃灯罩；2.汽车反光镜也是塑料件制品，但要求必须有很高的反光性能，为了达到这一目的，塑料表面必须经三次紫外照射处理；1．1首先，塑料要经过紫外照射使表面产生光化学反应，增加表面张力，以利于光固化涂料的流平与附着；1．2在塑料件表面涂布一遍光固化清漆并固化后，塑料表面变得平坦而易于金属化；1．3在真空沉积箱中完成金属沉积，为了保护金属反光层，往往在塑料表面金属化后还需要再涂布一层光固化涂料。三、喷涂技术概要：对于汽车塑料件涂层而言，内饰件侧重于耐溶剂性，而外饰件侧重于耐水性、抗石击性、耐候性及装饰性，塑料件喷涂方式分手工空气喷涂和自动喷涂两种。手工空气喷涂是目前塑料件喷涂较为广泛的喷涂方式之一，主要利用压缩空气的气流，流过喷枪喷嘴孔形成负压，使漆料从吸管吸入后，经喷嘴喷出，形成漆雾，从而涂布到零件表面上形成均匀的漆膜，此方法涂料利用率一般在50％～60％左右；奇瑞汽车股份有限公司塑料件喷涂采用手工喷涂方式，手工空气喷涂不仅对操作者要求较高，而且施工环境和施工参数（喷涂室工艺参数、油漆施工参数）控制相当严格，具体喷涂工艺过程如下：（一）底漆喷涂：喷漆室手工喷涂区风速一般设定在0.4～0.5m/s，工艺温度一般控制在18～350C，该线冬季喷漆室温度一般不低于180C，而夏季因其空调机组无制冷系统，有时最高温度达到400C左右，后对空调系统进行改造增加了一套加湿系统后，夏季温度基本可控制在350C以下，相对湿度一般控制在60～70%。喷漆室空气洁净度一般要求大于5um粒径的微粒数为零，小于5um粒径的微粒含量小于1×10105/L；采用单罐供漆系统，油漆施工压力一般控制在0.2～0.3Mpa，雾化空气压力一般控制在0.5～0.6Mpa，底漆采用两道喷涂，第一道闪干50s左右，膜厚控制在35～40um。（二）底漆晾干：底漆喷涂后，湿漆膜中含有大量的有机溶剂，若直接进入烘干室中烘烤，就会因溶剂挥发过快造成涂膜表面针孔、气泡等缺陷。在晾干过程中，伴随着溶剂的挥发，油漆得以充分流平、展开，晾干时间、风速对流平效果影响较大，控制不当易产生流平不良、桔皮等漆膜缺陷，晾干时间一般控制在5～7min，风速一般为0.2～0.3m/s。（三）底漆烘干：塑料件使用的底漆涂料是双组份涂料，目前被使用的底漆涂料有两种：快干型和普通型，快干型可自然指干，但普通型施工后其自身不能自然快速固化，因而需要采取加热固化方法，目的是为了缩短涂料烘干时间和提高涂层性能，同时要考虑到塑料件自身耐热性能及易变形的特点，烘干温度不宜过高，一般控制在800C左右，工艺时间一般为20～30min。（四）底漆打磨：底漆表面或多或少存在油漆缺陷，为了给下道工序提供良好的油漆涂层表面，有必要对底漆件的表面进行打磨处理，打磨材料一般采用1000号水砂纸，打磨较大缺陷时可先使用400号砂纸粗磨，再用1000号细砂纸细磨一遍。（五）面漆喷涂：面漆采用湿喷湿工艺，先喷底色漆再喷清漆，底色漆采用单组份油漆，色漆喷涂厚度根据油漆品种不同进行膜厚控制，金属色漆一般为12～18um，素色漆一般为25～35um，喷漆工艺参数和底漆相同，底色漆喷涂后一般晾干5～7min后进入清漆喷漆室，在喷涂清漆前可对色漆表面的颗粒或较小的缺陷用1200号抛光片进行修磨，修磨平整后对所修部位用空气补漆枪补喷色漆，处理完成后再进行清漆喷涂，清漆喷涂时各工艺参数和底漆相同。四、漆膜常见弊病与处理：在塑料件涂装施工过程或施工成膜后，会因各方面原因产生多种涂膜缺陷，本文涉及最主要的几种缺陷，并尽可能地讨论其产生原因及处理对策。（一）缩孔现象当表面张力较高的涂料涂覆于表面自由能较低的底材上，也就是涂料表面张力与底材表面张力相差太大时，容易造成涂料对底材的润湿性不良，接触角变大，使涂料有保持滴状倾向而裸露出被涂面；另外，一些低表面张力的小颗粒或小液滴等杂物很容易在湿膜中产生一个局部的表面张力差，随着流动的发生，溶剂的挥发，表面张力差增大，流动继续，溶剂的挥发增大了黏度，阻碍了流动，最终形成凹下的缩孔；具体原因分析：1、环境原因①周围使用了有机硅类或蜡等物质，涂装环境空气不清洁（有灰尘、漆雾等）；②涂装环境温度过低、湿度过高。2、设备、机器原因①调漆工具及设备不洁净；②涂装工具、工作服、手套不干净。3、涂装作业时的原因①底材脱脂不良，有水、油、遮蔽胶带的胶、灰尘、肥皂、打磨灰等异物附着；②旧涂膜打磨不完全，存在针孔、凹陷等缺陷。③涂层过厚4、材料导致的原因①所用涂料的表面张力偏低，流动性差，释放气泡性差，本身对缩孔的敏感性大；②所用涂料中混入水、油等；③混入了异种涂料或两种树脂不间容的涂料。处理对策：1.加强塑料件喷涂前的表面处理，防止油污造成漆膜不良；2.检查压缩空气质量，防止空气油水分离不彻底；3.检查烘干炉内设备状况，防止因烘箱滴油造成污染；4.避免两种树脂不兼容，造成漆膜缩孔；5.通过添加助剂来降低涂料表面张力，促进湿膜流平；6.在涂装车间，无论是设备、工具还是生产用辅助材料等，绝对不能带有对油漆有害的物质，尤其是硅酮。（二）橘纹现象橘皮现象是涂漆过程中常见又较难克服的问题，影响因素众多。具体原因分析：1.在喷涂过程中，由于溶剂挥发太快，湿膜黏度急剧增加，使流平变得困难而产生橘皮。要求根据环境温度或季节变化来选择合适的稀释剂，例如聚氨酯涂料的稀释剂有冬用和夏用之分；2.塑料工件温度太高，使溶剂瞬间挥发，湿膜来不及流平；3.喷涂时出漆量太小或喷涂距离太远，表面沉积涂膜太薄，流平变得困难；4.喷枪雾化不良，漆雾颗粒过大也产生橘纹，一般降低出漆量并提高压缩空气输出量，改善雾化性能；5.喷涂距离太近，虽然膜厚有利于流平，但压缩空气的冲击力使厚涂膜产生更大的橘纹，反而使流平性变差；6.涂料黏度过大时，涂料雾化性和湿膜流平性都较差；7.环境温度偏高，或闪干时间不足进入烘烤；8.喷涂室内空气流速太快，使湿膜溶剂快速挥发而难以流平；9.底材粗糙易造成短波橘纹，要求用合适的砂纸或砂纸粘水采用水磨，避免素材表面破坏而产生橘皮；10.通过提高罩光清漆的膜厚并延长闪干流平时间，可大幅度减少橘纹，尤其是垂直面的橘纹。处理对策：1.降低涂料稀释剂的挥发速度或添加流平剂，以改善涂料的流动性；2.降低涂料粘度；3.选择合