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汽车涂装PVC胶起泡问题浅析与防治

来源:东风柳州汽车有限公司 作者:黄萍,罗秋 时间:2020-01-07 点击:
导读:列举了汽车涂装过程中PVC 胶起泡的几类现象,针对PVC 胶起泡的典型案例进行原因分析,制定针对性整改方案,使PVC 胶起泡问题得到有效改善。文章所得的结果可为汽车涂装过程中PVC 胶起泡问题提供解决办法和理论依据,具有一定的工程应用价值。
0 引言
PVC 密封胶作为汽车生产所必须的一类重要辅料,能够提高汽车舒适性和车身焊缝的耐腐蚀性,随着汽车制造技术的发展与提高,其应用也越来越广泛。PVC 密封胶具有独特的功能:密封、减震降噪、紧固防松。
PVC 密封胶在车身上的运用,作用是提高汽车车身的密封性(不漏水、不漏气)、降噪隔热、耐腐蚀和抗石击。车身中使用PVC 密封胶进行密封的部位主要有发动机舱、车身前地板、后地板等大的焊缝以及四门两盖的折边焊缝。其中,四门两盖的密封要求相对较高,因其部位直接面对购车客户,对外观要求特别严格,要求密封胶粗细均匀、饱满,过渡平滑、整齐,厚度、宽度保持一致。PVC 防石击胶则主要是涂在车身底板表面及4 个轮罩处,主要作用是抵抗沙石冲击,对车底进行防护,提高抗腐蚀能力、降噪。

本研究针对涂装过程中用胶的起泡问题,对各个工艺环节进行分析研究,提出整改控制方案,具有一定的工程应用价值。

1 问题表现
密封胶胶条中气泡的存在会降低密封胶的附着力,增加胶条脱落的风险,是影响较大的常见缺陷之一。涂装过程中密封胶起泡包括通过挤胶枪输出时自带的气泡;因折边包边存在缝隙,涂密封胶后经过烘房烘干时,焊缝内的气体膨胀而导致的胶起泡;胶长时间暴露在空气中吸潮,再烘烤时起泡。即管路中的气体导致起泡、焊缝间隙气体过烘房后起泡、胶存放吸潮起泡3 种情况。由于用于车内外焊缝密封的焊缝密封胶的施工大部分均采用人工涂覆方式,工艺执行效果取决于操作人员的操作技能,因此,提高操作人员的操作技能,合理进行岗位分配是提高密封胶工艺质量和生产效率的有效途径。

2 胶起泡问题介绍及分析
2.1 输胶管道产生气泡
通过挤胶枪输出时PVC 胶自带的气泡,特征为气泡致密,分布均匀,一旦出现,整个胶条呈蜂窝状。
管路中产生气泡的原因有两种,一是在换胶或设备保养维修过程中,主过滤器和各支过滤器内的空气未排空,使PVC 胶中混有空气,再进入输胶管路后便会出现气泡。当管路中进入的空气较多时,打胶过程中会出现“炸枪”现象,即被加压到一定高压时,包裹着空气的PVC 胶从枪嘴排出时会发生炸裂并伴随清脆响声的现象。炸裂后高速运动的胶粒很容易溅到操作人员的眼睛和皮肤上而造成伤害,因此操作人员需要佩戴防护眼镜。此外,在制造灌装过程中,可能会混入空气,混有空气的PVC 胶在喷涂、挤涂后内部呈蜂窝状,影响焊缝的密封和美观。

2.2 焊缝间隙气体过烘烤后起泡
2.2.1 焊缝间隙引起胶起泡的原因
车身的四门、两盖包边结构中以及PVC胶内部本身均不可避免地会含有空气和水分,车身过烘房烘烤时,这些空气和水分受热膨胀最终将密封胶顶起形成胶泡。此外,折边胶涂覆不当,胶量过大、涂胶位置距离翻边距离过短等,均会造成包边结构中排气通道的堵塞,此时涂完PVC 胶的车身进行烘烤时,受热膨胀的气体因无法沿排气通道顺畅排出,只能沿着内、外板非涂胶贴合面的缝隙进入PVC 胶下面,随着烘烤时间的延长和车身温度的升高,进入PVC 胶下面的气体体积不断膨胀、气压不断升高,最终导致PVC胶表面出现气泡,即为包边折边起泡(图1、2)。
折边密封胶胶泡 Figure 1 Foaming of sealant in edgefold
折边部位胶起泡示意图 Figure 2 The sketch map of foaming of sealant in edgefold
2.2.2 胶起泡原因验证
(1) 翻边、包边不良验证
根据试制车型起泡位置分布情况,利用间隙测量塞尺对发动机罩的包边焊缝间隙进行测量,发现间隙均在工艺要求内。外板翻边不平整或包边按压量不足时,包边后外板不能包紧内板,造成焊缝处间隙较大或间隙不均。间隙越大,存在于间隙中的气体就越多,经过烘烤后气体膨胀越明显,PVC 胶薄弱的地方将被顶起形成凸泡。
(2) 折边胶涂胶量验证
五门一盖在包边时需在内、外板间涂布折边胶,以增强结构、密封车体、取代焊点并保证车身平滑美观。在焊装包边过程中,由于注胶不足,导致折边胶未填充满内外板间的空间,空腔内气体受热膨胀形成气泡。对起泡位置密封胶条进行拆解(图3)。如图3所示,拆解后发现起泡区域外板折边胶量不足,有的地方甚至没有折边胶。可见,折边胶注胶不足也是胶起泡的主要原因之一。折边胶填充状态示意图见图4。
发动机盖解剖 Figure 3 Engine covers anatomy
折边胶填充状态示意图 Figure 4 Schematic diagram of the filling state of folding edge glue
(3) 折边胶胶边间距验证
对起泡车身进行检查发现,焊缝密封胶起泡位置多集中发生于内板型面过渡较大处,气泡尺寸为3~7 mm。对折边胶涂布方式进行反向验证发现,当胶体边沿距离翻边尺寸>10 mm时,无胶泡产生;当胶体边缘距离翻边尺寸变小时,胶泡出现,且差异明显。即当胶边距离变窄时,排气通道易被阻塞,气体无法顺利到达两侧收胶部位排出,随着烘烤过程中温度升高,气体膨胀将胶体顶出胶泡。
折边胶胶边间距验证 Figure 5 Edge spacing verification of folding edge glue
2.3 胶存放吸潮起泡
未经过烘烤的PVC 胶在空气中暴露时间过长或空气湿度较大时,吸收水分较多,在超出材料本身极限后(PVC 胶配方中针对吸潮现象专门添加了防潮剂),经过高温烘烤时,胶表面首先开始固化成膜,而此时胶内部的水分没来得及挥发完全,随后便形成水蒸气将胶面顶出大小不一的泡,如图6 所示,在存放一定时间后,烘烤后的PVC 密封胶和PVC 抗石击胶均出现起泡现象。
胶吸潮起泡 Figure 6 Foaming problem due to moisture absorption
3 PVC 密封胶起泡的防治
3.1 胶管路气泡的防治
管路气泡问题引起的质量问题较为严重,做好管路气泡的防治工作异常重要,首先,要做好生产和设备人员的培训工作,对平时加料过程进行规范化,尽量排尽压盘和料桶之间的空气,在清洗和维修过滤器后,需先将过滤器中的空气排尽后才能让PVC胶进入主管路;其次,要求供应商严控材料的制造装罐过程,尽量避免装罐过程中混入空气。此外,因现场管理分布是从前到后,一般情况下,气泡会从第一个工位开始出现,再依次向后面的工序延续。当出现炸枪时,务必要先将有气泡的胶体排出,避免有气泡的胶体流入下一工序。为减少对生产效率的影响,此时该工位操作可通过其他工位进行调剂,从而最大限度地减少影响时间,如若左门胶工位出现气泡,可以由班组流动工或班组长使用右门胶工位的挤胶枪帮助左门胶工位作业。

3.2 折边焊缝密封胶的起泡防治
折边焊缝密封胶的起泡防治需控制折边胶的涂胶位置和涂胶量,修改和完善涂胶工艺,工艺中一定要对涂折边胶的方法、要领、要求以及注意事项等,以图文形式作出明确的说明。当手工进行涂折边胶作业时,需对涂胶枪加装对涂胶位置的控制装置,以防止折边胶涂得不规则。在此着重指出的是:当涂胶位置远离外板边缘时,会影响内外板包边后的胶接强度;当涂胶位置与外板边沿距离过短时,内外板包边后,极易造成折边胶阻塞排气通道现象,折边内气体排出不畅,最终导致涂在上面的密封胶起泡。因此需对折边胶涂胶操作规范化,确保操作人员掌握涂胶的方法、要领、要求和注意事项。压合质量也是折边密封胶起泡的主要影响因素之一,焊装时需要提高白车身门盖折边的压合质量,确保包边间隙在标准范围之内。
焊缝密封胶起泡主要在烘干后产生,处理方法只能进行修补,一般的修补方法是在下道工序中使用刀片将气泡齐平割除,然后填充焊缝密封胶、抹平,烘干后视外观要求进行打磨、补漆,经过修补后基本能够保证胶条的外观质量。

3.3 吸潮起泡的防治
根据生产作业状况和原因分析,发现PVC 密封胶起泡主要体现在库存问题上,库存时间短则发生开裂的概率低,反之则高,为保障生产的正常进行,对PVC 湿胶板及经过中涂烘房(140 ℃,20 min)烘烤后的干胶板进行起泡的对比分析,结果见表1。
PVC 湿胶板及干胶板吸潮起泡对比分析 Table 1 Comparative analysis of moisture absorption foaming  between PVC wet rubber sheet and dry rubber sheet
表1 结果表明,在存放环境温度为35 ℃、相对湿度80%时,PVC 焊缝密封胶湿胶板在存放时间不超过56 h 时,不会出现起泡;干胶板在存放84 h 时,未出现起泡,继续存放至96 h,再烘时出现胶泡。PVC抗石击胶,湿胶板存放时间在64 h 之内,不会出现起泡;干胶板在存放84 h 后,再烘烤出现起泡。因此,当车身因不可抗拒因素导致需停产超过56 h(尤其是在空气湿度较大)时,可将库存的车身进入烤房进行一次预烘干,将其含水量蒸发后再进行面漆喷涂作业,以达到避免密封胶吸潮起泡的目的。若存放时间更长,超过84 h,则需将车身全部过完面漆,即已过预烘的车身也不能留车。如果因为生产等原因无法避免中涂后的库存,可以通过延长密封胶降温过程时间(如延长面漆烤房降温通道、关闭面漆强冷等),放缓其降温过程,以达到减少或避免起泡的目的。总之,PVC 胶吸潮起泡可通过对库存的有效管理加以避免。

4 结语
汽车涂装密封胶工序是涂装车间的重要工序,对车体品质起到至关重要的作用,其每个环节都不能忽视。胶泡缺陷是密封胶工序常见的缺陷之一,一旦出现只能进行修补,修补后胶条外观受到影响。同时,修补过程将影响生产效率。根据不同的胶泡类型,做好相应的防治措施才是解决PVC 胶起泡问题的关键所在。

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