电泳涂料及涂装知识

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电泳涂料及涂装知识讲师：张肄飞2005年8月11日 内容：1、阴极电泳涂料发展史；2、阴极电泳涂料组成及反应基本原理；3、阴极电泳术语介绍及相关设备；4、阴极电泳槽液日常维护项目；5、阴极电泳缺陷一般排查方法；6、电泳投槽简单知识； 阴极电泳涂装的发展过程1809年，俄国化学家列斯首先发现了胶体粒子在电场作用下产生电泳的现象。1960年，英国的卜内门公司与里兰公司共同研制成功阳极电泳涂料。1963年，福特公司建立了世界上第一条完整的电泳涂装线。1969年，美国在电泳涂装线上成功引入超滤技术。1971年，第一代阴极电泳漆在通用汽车公司投入使用。1976年，第二代阴极电泳漆在通用公司成功应用。日本和英国1977年由美国引进技术后，其汽车涂装从78-79年向阴极电泳涂装转化。80年代中期，美、德、日等开发厚膜型阴极电泳涂料。90年代末，顺应环保法规要求的无铅电泳涂料相继投入应用 电泳涂料开发经过及未来第Ⅰ代第Ⅱ代第Ⅲ代第Ⅳ代第Ⅴ代第Ⅵ代开发方向涂膜性能涂膜性能、作业性、表观附加特殊功能新技术地球环境类别AEDCEDCEDCEDCEDCED初期的CED高泳透性防锈性良好的槽液稳定性防锈钢板适应性高泳透性防锈性良好的槽液稳定性新防锈钢板应性低温固化性中厚膜高泳透性低温固化性提高低加热减量高防锈性防锈钢板适应性环境适合化节省资源节省能源低成本高性能特殊技术厚膜型赋于厚膜适应性高外观防锈钢板适应性端面防锈型端面防锈性良好无铅化薄膜、高抗针孔耐石击高耐候隆 阴极电泳涂料的发展趋势传统型CED环保CED高耐气泡针孔CED耐石击CED高耐候CED无铅化VOC削减无大气污染物削减工序(省中涂)镀锌板适应性，良好的附着力，涂膜外观节能CED低温固化 阴极电泳涂料的主要组成项目主要组成基础树脂聚酰氨或聚脂改性的环氧树脂交联树脂封闭异氰酸树脂中和剂有机酸调整溶剂醇、醇醚和酮类溶剂组份用途色浆主要为颜料份乳液主要为树脂份中和剂用于调整槽液PH值和MEQ值补给溶剂用于调节槽液溶剂含量 阴极电泳涂料的主要分类阴极电泳漆按一次泳涂膜厚按环保要求薄膜型有铅型厚膜型无铅型中厚膜型节能型低废气排放 H+电泳槽液-+R-OH-R-NHCOO-阴极电泳反应机理电解电渗电沉积电泳2H2O+2e-—2OH-+H2R-NH++OH－——R-N+H2O 相关术语：电解：任何一种导电液体在通电时产生分解的现象称为电解。一般电解伴随在一个或两个电极上逸出气体，在电极上分别进行着氧化与还原反应。在电泳过程中水发生水解，在阴极上放出氢气，在阳极上放出氧气，金属阳极产生溶解,溶出金属离子。电泳：在导电介质中的带电荷的胶体粒子在电场的作用下，在阴极电泳过程中带正电荷胶体树脂离子和颜料离子由电泳过程移向阴极(被涂物)。电沉积:漆离子在电极上的沉析现象称为电沉积。在阴极电泳涂装时带正电荷的粒子在阴极上凝聚，带负电荷的离子在阳极聚集。电沉积的第一步是水的电化学分解(电解)。假使槽液的PH是中性，在阴极上的最初反应形成氢气和氢氧根离子，这一反应致使在阴极表面区产生高碱性界面层，当阳离子(树脂和颜料)与氢氧根离子反应变成不溶性时就产生涂膜的沉积。电渗:刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透的膜，在电场的持续作用下,涂膜内部所含的水分从涂膜中渗析出来移向槽液，使涂膜脱水，这种现象称为电渗。电渗使亲水的涂膜变成憎水涂膜，脱水从而使涂膜致密化。 固化反应－OH－OH基体树脂＋NHCOOR＋ROOCHN封闭剂固化树脂OH－OH－反应基烘干热(固化触媒)(NCO封闭物)-OOCHNNHCOO-＋ROH封闭溶剂脱离架桥构造阴极电泳涂料固化机理 术语介绍: 术语介绍: 术语介绍: 术语介绍: 术语介绍: 简单的电泳工艺图电泳槽阳极循环系统供给去离子水超滤系统（UF)袋式过滤器超滤液去喷淋系统阳极循环泵 涂三电泳线工艺设备图EDRO电泳主槽UF1洗UF2洗纯水洗备用槽UFUF贮槽主要阀门示意球阀电子自动控制阀球阀纯水工水冷水去轴封 电泳涂装设备－槽液循环系统电泳主槽必须保证的最低循环量：4倍槽液量/hr必须保证的最低表面流速：必须保证的主副槽液位落差：必须保证槽底无喷射死角必须保证适当的过滤精度必须保证良好的温控换热系统考滤倒槽积漆的回收电泳主槽内衬玻璃钢，耐2万伏电压其它各槽可采用不锈钢或内衬玻璃钢循环量不够可能造成槽底沉积和工件表面沉积。表面流速低可能造成工件表面沉积。槽体内衬玻璃钢脱落可能造成涂料反复沉积溶解、槽壁腐蚀、漏电威胁人身安全。良好的过滤是保证涂膜无颗粒的重要措施。循环和电泳换热，控制槽液温度必不可少。 电泳涂装设备－热交换系统电泳槽液在生产过程中要求恒温，因此循环的槽液要有热交换系统和足够的换热能力热交换介质温度要求：降温：5～15℃升温：<50℃长时间停产时期一般槽液温度控制：20～25℃ 电泳涂装设备－整流电源电泳涂膜的沉积需要直流电源整流设备的电流容量、电压调整范围适应生产要求，一般I=0~1500A；V=0~450V整流要求－整流输出电压的脉动率：<5%软启动方式：升压时间调整多段电压设计多段电压应用中防止串电 电压分段一段电压三段电压二段电压t1t2一段电压t1启动时间t2通电时间t1t2t3t1启动时间二段电压t2、t3通电时间电泳电流与时间的关系IT电泳膜厚与时间的关系MT★两侧极板面积或电压不同可能存涂膜不均；★极距要求大于30cm,极距不同可能存在涂膜不均；★直流脉动率过大可能导致涂膜粗糙或针孔；★有必要测量、记录单个阳极的电流，阳极膜的老化、堵塞会造成膜厚的不均匀，PH低下。 电泳涂装设备－阳极系统直流电源阳极阳极膜阳极液阳极分类板式阳极弧型阳极管式阳极电场分布不均匀、维护难电场分布较均匀、易维修用于底部阳极、易溶解通电方式入槽通电带电入槽裸露阳极电场分布均匀、易维修极液管理管式阳极为浸入有效面积板式、弧型浸入正面面积与工件面积比：>1：4~6阳极面积手动控制自动控制电泳涂装中使用隔膜阳极是为了维持槽液的酸量平衡 电泳后冲洗系统包括半UF喷淋、UF浸洗、纯水洗或EDRO水洗。后冲洗水与槽液的总体平衡系统是保证系统正常支行的关键。故对关键性液位控制系统的加强管理十分重要。对无铅电泳底漆应在纯水进电泳系统前加紫外线杀菌装置，有EDRO系统的生产线应在EDRO干净水出口加紫外线杀菌装置。较大流量的UF液可降低损耗，提高后清洗效果。EDRO系统在电泳后冲洗中的应用，使纯水洗槽的涂料也能得到有效的回收利用，进一步提高了涂料的回收利用率，降低了排放污染；但由于涂料中不可避免的窜槽污染，定期对后冲洗水或UF液进行排放也有必要。电泳涂装设备－后冲洗系统浓缩液回主槽或UF洗槽新鲜UF液DIW冲洗UF-2浸洗UF-1冲洗ED主槽EDRO 后冲洗－涂料回收效率涂料回收率＝﹝1－（最后回收水NV/槽液NV）﹞×100％一般UF水洗系统的回收率：95~97%UF水洗﹢RO系统的回收率：98~99%更大的UF能力和采用EDRO装置，有利于提高涂料的回收利用率。最佳状态为UF零排放 电泳涂装设备－超滤系统电泳底漆电泳底漆UF液卷式超滤管UF液电泳底漆管式、毛细管式超滤管管式超滤膜体积大，数量多、更换成本低、使用经济。卷式超滤膜体积小，占地面积小，透过量大清洗方便，更换成本高。超滤液需求量过低则后冲洗不净，损耗量增大。超滤液需求量一般按单位时间冲洗面积和设计生产能力进行计算。 膜元件结构详图:原漆透过液流通网漆液漆液流道网集液管UF膜膜透过液浓缩漆 电泳涂装设备－RO系统1．反渗透装置工艺流程图：纯水泵高压泵反渗透膜组件纯水储槽精密过滤器原水泵原水箱多介质过滤器活性炭过滤器阻垢剂 2．反渗透原理：渗透：稀溶液中的水分子通过半透膜向浓溶液中扩散的现象，称为渗透。半透膜的作用是只有水分子能够通过，而其它盐分不能通过。当这种自然渗透达到平衡状态时，两种溶液间形成的高度差，称为渗透压。反渗透：即在浓溶液侧施加一定的压力以克服自然的渗透压，使浓溶液中的水分子向稀溶液中渗透，形成与渗透相反的现象，称为反渗透。浓溶液初始状态半透膜稀溶液浓溶液稀溶液渗透及渗透平衡状态半透膜渗透压浓溶液反渗透状态半透膜稀溶液加压见下图所示：【反渗透过程】进水浓水高压泵半透膜【反渗透过程】根据反渗透原理可知，渗透和反渗透必须与具有允许溶剂（水分子）透过和半透膜联系在一起时,才会出现渗透现象和反渗透操作。 电泳涂装工艺控制点磷化底材槽液参数通电时间施工电压槽液温度烘烤温度与时间后冲洗涂膜质量阳极过滤超滤底材粗糙度机械颗粒油渍花斑磷化渣条痕滴水电导启动时间高压时间低压时间极液电导低压电压高压电压电压损失脉动率槽液温度各槽参数炉温分布冲洗压力烘烤时间电极接触滤袋孔径更换条件过滤压差极液颜色极板蚀度进出压差滤液流量进出压差膜管清洗无铅杀菌液位平衡EDRO流量涂膜厚度固化程度表观状况理化性能纯水纯水电导纯水PH无铅杀菌固体份灰份溶剂含量MEQ值外观水膜介质温度 电泳涂装对磷化底材的要求底材粗糙度机械颗粒油渍花斑磷化渣条痕电泳条痕滴水电导高电泳粗糙、颗粒电泳颗粒电泳花斑电泳粗糙，影响槽液稳定电泳缩孔、针孔、花斑电泳粗糙、桔皮现象导致涂膜弊病电泳涂料对底材的要求无条痕无磷化渣无花斑无颗粒Ra低于1.2无油渍低于20us/cm 电泳涂料对磷化膜的要求磷化方式喷涂型磷化浸渍型磷化外观磷化膜致密均一磷化膜致密均一膜重（g/m2)1.5~21~3结晶（um)5~152~7P比（％）>70%>85% 控制项目控制范围检查频次槽液参数按产品要求1次/日施工电压按产品要求2次/班槽液温度按产品要求2次/班设备压力按产品要求2次/日纯水按产品要求2次/班烧烤温度按产品要求2次/班涂膜状况按产品要求1次/班涂层厚度按产品要求2次/班涂膜性能按产品要求1次/月电泳涂装工艺管理 电泳涂装槽液全检报告一般由涂料厂家每月提供一份 电泳涂膜理化性能(例)项目指标涂膜性能外观OK60°光泽40以上铅笔硬度H以上柔韧性2mm合格附着力100/100耐冲击性（杜邦式、500g、1/2cm）50cm以上耐盐雾性划叉单侧剥离3mm以下1000Hr以上膜厚20~30μm烘烤条件165℃×20分（keep） 电泳涂装槽液参数调整涂膜厚度电压槽液固体份温度溶剂含量涂膜厚度正向影响因素涂膜厚度逆向影响因素涂膜厚度磷化膜厚度杂离子浓度槽液返溶性灰份通电时间MEQ值 电泳涂膜蔽病调查方法通用调查方法各槽液油污染调查方法 工序挂板对比排除法是在生产现场采用对比法，在每一工序或连续随车挂板，通过对比、比较找出问题所在工序的一种调查方法。该方法适用于电泳涂膜蔽病产生工序查找，事实上大部分电泳涂膜蔽病在找到产生的工序后，很容易找出问题根源。 工序挂板对比排除法图解前处理电泳0次水洗UF喷淋UF浸洗纯水洗淅水区烧烤挂板1#：白板挂板2#：白板挂板3#：磷化板实验室挂板4#：磷化板挂板5#：磷化板试片5#：磷化板挂板6#：磷化板挂板7#：磷化板挂板8#：磷化板挂板9#：磷化板 工序挂板对比排除法分析挂板1#：白板挂板2#：白板有无差异检查前处理工段检查电泳工段无有挂板1#：白板挂板3#：磷化板有无差异无有检查电泳工段前处理工段问题挂板3#：磷化板挂板4#：磷化板挂板5#：磷化板挂板6#：磷化板挂板7#：磷化板挂板8#：磷化板挂板9#：磷化板电泳0次水洗UF喷淋UF浸洗纯水洗淅水区烘烤实验室将有问题挂板没通过的工序排除，就找到了问题产生工序 电泳各槽液油污染调查方法一般将一枚200*100*0.8mm3试片在实验室电泳后，½浸入被调查槽液中，½露在水面上，浸10分钟，实验室烘烤。考核浸入面缩孔状况与界面缩孔状况。确认槽液是否油污染。该法适用确认后冲洗各槽是否被油污染。 电泳各槽液油污染调查方法图解未浸入面界面浸入面 电泳涂装槽液异常分析详图 ～电泳涂料烘干窗（例）： 电泳投槽一般知识：电泳涂料的涂装质量与槽液中杂质含量密切相关，微量的杂质可能导致严重的涂装弊病，甚至造成槽液报废。杂质含量的控制应从初次建浴开始，对整个电泳设备进行完全彻底的清洗，尤其是清除油污油脂等杂质，以保证电泳原漆不受污染。 一、清洗步骤：1、清洗前的确认2、清洗材料的确认3、手工清扫、擦净4、连续清洗5、其他：⑴在循环清洗时，要结合考核表面流速，并调整表面喷射压力及注意主副槽液面落差，设定导流板；⑵考核主槽液位，如有液位的波动，应及时找出原因（阳极/换热器）；⑶观察冲洗各工位的喷射状况，有必要调整之。零次喷淋间隙确认；⑷记录各泵在冲洗时的压力。 二、投槽步骤：1、事前确认2、涂料建浴3、涂料熟化4、配制阳极液：5、其它：1、建浴固体份，灰份为便于调整槽液，建议建浴固体份为17~19%为便于调整颜基比，建议建浴灰分为15－17%；2、建浴过程异常处置泄漏：将造成超滤液或槽液损失，要尽最快速度修理；液位上升或下降：亦是由于泄漏造成，要找到发生原因，尽快排除；泡沫过多：由于泵吸入空气或液面调节不当所致，要及时调整。 电泳新线清洗投槽 电泳漆混槽电泳涂料在提高涂料档次或处理问题槽液时需要更换新型涂料。在更换新型涂料时先应对原槽液进行确认并进行混全试验，实际更换时可采用逐步加入新型涂料不断置换的方式。在更换之前可先对槽液进行倒槽处理，并对后冲洗各槽液进行更新，补加中和剂和补给溶剂调整参数到工艺范围。换型更新周期、置换率计算。置换率Si=〔Mi+Si-1×Q-(Mi/Q+Si-1)×mi-1×t〕/QSi：第I日置换率；Mi：第I日加漆量；Si-1：前日置换率Q：槽液折为原漆总量；mi-1：前日产量；t：单车平均消耗更新周期T.O.=加漆总量/槽液原漆总量 槽液置换率☆1T.O.☆2T.O.☆3T.O. 谢谢大家！