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1、1,河北长安技术交流资料,上海金力泰化工股份有限公司技术中心2011-7-14,2,第一章：电泳涂料的基础知识 第二章：电泳涂装的基础知识 第三章：电泳涂装工艺 第四章：电泳涂装的主要设备 第五章：电泳涂装线的管理 第六章：异常情况的处理,3,第一章：电泳涂料的基础知识,1、什么是电泳涂料电泳涂料：是一种在水性底漆的基础上开发的，仅适用于电泳涂装法的专用水溶性（或水乳化）涂料；在水中能离解出带电荷的成膜聚合物，并在直流电场的作用下向相反的电极（被涂物）移动，最终在其表面上沉积析出。可根据被涂物所处极性位置的不同，分为阳极电泳漆（又称阴离子电沉积涂料）、阴极电泳漆（又称阳离子电沉积涂料）。所采用
2、的电源为直流电源。,4,阳极电泳漆（AED）：所使用的成膜聚合物为阴离子型树脂，常见的都是多羟基的聚合物，中和剂为有机胺，如一乙醇胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺等；常用的有聚丁二烯、酚醛、顺酐化油、环氧酯、丙烯酸类等阳极电泳漆。,5,阴极电泳漆（CED）：所使用的成膜聚合物为阳离子型树脂，在树脂骨架里含有氨基，中和剂为有机酸，如甲酸、乙酸、乳酸等；最常用的树脂有环氧树脂、丙烯酸、聚氨酯类等。,6,2、电泳涂料的组成物质和作用乳液部分,7,色浆部分,8,第二章：电泳涂装的基础知识,1、什么是电泳涂装？电泳涂装是一种特殊的涂膜形成方法，适用于电沉积涂料的涂装。它是将具有导电性的被涂物浸渍在用纯水稀释的
3、、固体份较低的电泳漆槽中作为阳（或阴）极，槽中另设置与其相应的阴（或阳）极，两电极间通直流电及一定时间，在被涂物表面析出均一、水不溶的涂膜的一种涂装方法。涂膜增厚机理：带电荷的漆粒子在电场的作用下，开始逐步在工件表面上析出，随着这一过程的不断进行，涂膜不断增厚，直至涂膜的电阻大到不通电为止；也可以认为电沉积和漆膜返溶达到平衡时，这样就几乎泳涂不上漆膜了。,9,电泳涂装时的膜厚、电流以及涂膜电阻的关系,10,2、电泳涂装的原理 电泳涂装过程中伴随有电解、电泳、电沉积、电渗等 四种理化反应。电解：是指导电液体在通电时，发生分解的现象。在电泳过程中水发生分解，在阴极上产生氢气，阳极上放出氧气，金属阳
4、极发生溶解，溶出金属离子。电泳：电泳是指导电介质中的带电荷的胶体粒子（树脂及树脂包裹的颜料）在电势的作用下向相反电荷的电极迁移的过程。,11,电沉积：电沉积是指涂料粒子在被涂物上沉析成膜的现象。在阳极电泳涂装时，带负电荷的涂料粒子在阳极凝聚成膜，平衡离子则在阴极上聚集，这是一个不可逆过程。阳极上的最初反应是形成氧气和氢离子，致使工件表面形成高酸区（PH=3-4），当阴离子树脂与氢离子反应变成不溶性时，就产生了涂膜的沉积。同理，在阴极涂料涂装时，带正电荷的粒子在阴极上凝聚，带负电荷的粒子（离子）在阳极聚集，在电沉积过程中，由于水在阴极区电解生成氢气和氢氧根离子，致使在阴极（被涂物）表面形成高碱区
5、（PH=12-13），当阳离子（涂料粒子）与氢氧根离子反应变成不溶性时就产生涂膜的沉积。,12,电渗：电泳涂装过程中刚沉积到被涂物表面的涂膜是半渗透性膜，在电场的持续作用下大分子涂膜内部所含的水分子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。电渗使亲水的涂膜转化成为憎水涂膜，并使之致密化，所以工件泳涂成膜后，可用水来冲洗附浮在漆膜表面的槽液。,13,电泳涂装原理图,14,3、电泳涂装的优缺点1）优点底涂工序可实现自动化，适用于流水作业。相对于喷涂工艺而言，电沉积工艺虽然一次性投资较大，但投槽后两至三年内就可收回，高于常规喷涂工艺的那部分成本。同时电沉积过程的能量消耗和正常的保养费用
6、都大大低于常规喷涂工艺。可控性强 工作槽液容量较大，使涂料及工艺参数的变化减到最小。操作工艺参数已有明确的规定，且是以丰富经验为基础。依靠调整电压，容易得到均一的目标膜厚，通过选择不同品种的电泳漆和调整泳涂工艺参数，膜厚可控制在10-35m范围内。工件间和不同日期所沉积的涂膜（如膜厚及性能）重现性好。,15,泳透力好 提高工件内腔及夹缝的防腐蚀性，尤其阴极电泳涂膜的耐蚀性更好。对于喷涂、浸涂等涂装法，夹缝和内腔很难涂上漆膜；且缝隙间的涂膜在烘干时不会被蒸汽洗掉，从而使工件内腔、焊缝、边缘等处的耐蚀性显著提高。高效性 若槽液操作参数及设备维护得当，与喷涂相比，涂料的有效利用率可高达95%以上。工
7、作液是低固体份的水稀释液，粘度与水相似，原漆带出槽外的量很少。泳涂的湿漆膜是水不溶性的，泳后可采用超滤（UF）液封闭清洗，回收带出槽外的漆液。,16,低污染性、高安全性 与其它溶剂型涂料、水性涂料相比，因其有机溶剂含量少，且低浓度，故无火灾危险，对水源和大气污染少。采用超滤(UF)和反渗透(RO)装置，实现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量。电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性，电泳涂装所得涂膜的含水量少，溶剂含量也小，在烘干过程中不会象其它涂料那样产生流挂、溶落、积漆等弊病。电泳水洗后的涂膜是较干的，晾干时间短(5-10min)，可直接进入高温固化。磷化膜经纯水清洗后，不需要烘干，可
8、直接进入电泳工序；而其他漆种必须将水份烘干，才能进行涂装。,17,第三章：电泳涂装工艺,整个电泳涂装过程可分为四个部分：前处理电泳后冲洗烘干,18,前处理电泳涂装工艺,目的清洗掉各种污物（如油污、锈、焊渣、金属铁屑等），接着对底材进行化学处理（磷化、钝化处理），并进行充分的水洗，洗去前处理药剂、磷化渣等，最后用纯水清洗，确保工件滴水电导率不大于50s/cm。如果油污带入电泳槽内，漆膜易产生缩孔、针孔；锈不除去，磷化不上，会产生漆膜的异常附着，且在涂膜下继续扩蚀；氧化皮不除去，不导电，泳涂不上；焊渣、铁屑、磷化渣、前处理药品不除去，带入电泳槽，会污染槽液，影响涂装质量。同时磷化可以提高漆膜和底材
9、之间的附着力，提高漆膜的耐盐雾性能。同时磷化可以提高漆膜的耐腐蚀性能，在阴极电泳时，由于在工件表面形成强碱区（PH=12-13），故应选用耐碱性好磷化。,19,前处理电泳涂装工艺,同时磷化可以提高漆膜和底材之间的附着力，提高漆膜的耐盐雾性能。同时磷化可以提高漆膜的耐腐蚀性能，在阴极电泳时，由于在工件表面形成强碱区（PH=12-13），故应选用耐碱性好磷化。电泳涂装对前处理的要求：工件无油、无锈；磷化膜均匀、细致，不发花、不挂灰、不发黄等；沉积量2-3g/m2，膜厚1-4m；磷化膜电泳失重：阴极小于8%；工件、挂具的滴水电导小于50s/cm；,20,电泳 电泳涂装工艺,将经过前处理的工件浸渍于电
10、沉积槽中，通电后工件表面首先被泳涂。当外表面产生较大的电阻后，未被泳涂的内表面电流增大，沉积便在这些表面发生，该过程将一直持续到所有的外表面及内表面被涂覆完毕。一般来说，槽液中电泳底漆含80%以上水，1-3%的助溶剂和11-20%的固体份，施以一定的电压，工件上可得到一层固体份为75-90%的漆膜。电沉积过程结束后，将工件从沉积槽中取出，在沉积涂层表面吸附着一层浮漆，这些浮漆必须通过后漂（冲）洗清除去，以保证涂膜外观。同时回收的浮漆重新回到电沉积槽，提高涂料的利用率。,21,后冲洗电泳涂装工艺,电泳后涂膜已具有水不溶性，可以用超滤液和纯水冲洗，其主要目的有：回收槽液，提高涂料的利用率；提高涂膜
11、的表面质量，避免产生二次流痕等弊病；减轻打磨工作量，从而提高涂膜的耐腐蚀性。一般采用喷、浸结合的方式，以便提高清洗的质量对于要求不高的工件，可以适当简化一些工序。超滤器是完成该系统的基础，它可以将槽液中的水、溶剂和低分子物质，提取出来成为超滤液（UF液），利用超滤液对工件进行连续性清洗，进行回收，同时可减少纯水的用量及排放废水的处理。,22,烘干电泳涂装工艺,每种电泳涂料都有特定的固化条件。无论漆漠未烘干，还是过烘烤，都会影响漆漠的理化性能，如附着力性、硬度、柔韧性、防腐性能、抗石击性能等。大部份烘干炉设计为多个区域，每个区域的温度可以单独调节。这样可以逐渐除去膜中的挥发份物质，避免产生水迹、
12、起泡、桔皮等漆膜弊病，同时可以改善成膜过程中的流动状况，使涂膜有良好的流平，得到光洁的表面。,23,第四章：电泳涂装设备,概述 在行业内有句行话，就是七分设备，三分管理，是把设备因素提到最高位置，可见其重要性。只有涂装设备运行正常的情况，才能保证最终产品的质量。对设备的运行状态要进行统计，发现问题要及时调整，并对设备定期进行维护和保养。,24,电泳涂装设备一般由电泳槽、循环系统、过滤系统、冷却系统、超滤系统、直流电源系统、极液系统、涂料补加系统、后冲洗系统、烘干系统等组成。不同的电泳漆品种对涂装设备的要求有一定的差异，电泳涂装工艺及设备设计或选用不当，所导致产生质量问题。所以涂装工艺及设备的设
13、计，作为涂料供应方应尽早介入，提供必要的技术支持，即所说的“售前服务”，才能确保涂装的正常进行，即涂膜质量的正常。这里的许多建议都来自我们现场服务及电泳涂装系统的故障排除过程所积累的经验。我们认为这些内容是必不可少的，并能令电泳涂料在电泳涂装中发挥良好的性能,25,1、电泳槽主要作用 盛放电泳槽液的地方、电泳涂装的场所组成 分为两个基本部分组成：主槽、副槽 形状 方型（间歇式生产）、船型（连续式生产）,主槽,副槽,主 槽,副槽,26,设计要求1）电泳槽的容积、形状，由工件最大尺寸、生产量、生产节拍来决定。2）被涂物距液面、底部、电极在300mm左右。3）槽底有2-3的倾斜度，有利于清洗和除渣。
14、4）主、副槽之间有溢流堰，液位可调（液位差100mm）。5）槽底和转角都应设计呈弧型，尽量清除循环死角。6）采用冷轧钢板，内衬环氧玻璃钢，耐电压2万伏，不允许有裸露金属。,27,2、循环系统主要作用1）搅拌：保持涂料均匀混合，防止颜料沉淀、析出；2）过滤：进行过滤，除去槽液中的杂质颗粒及油污；3）换热：经过热交换器，控制槽液温度；4）消泡：及时排除电泳过程中在工件表面产生的气体，以及将漂浮在主槽中的泡沫赶往副槽。主要包含设备 泵、管路、喷管、喷嘴、过滤器、换热器、阀门、温度计、压力表等。,28,设计要求1）使槽液沿单一路线连续运转，且成层流状态，液面运动方向与输送链运动方向相同，实践证明：这样
15、可以得到最洁净的车身。2）槽液循环过程中，确保液面流速不应小于0.2m/s；靠近槽底部的槽液流速最低为0.4m/s。3）槽液的循环量要求为4-6个槽容量/小时，以此来选择泵的流量。5）正常要求24小时不停的搅拌，如果出现问题，一般不超过4小时的停搅时间，因此最好设有备用电源。6）在电泳槽液循环系统中，一般采用卧式及立式端吸式离心泵；分体卧式泵要求采用双机械封闭。因此需增加液封设备，采用洁净的超滤液，液封在压力3-5kgf/cm2左右。另外泵的转速最好选用1450rpm，如果转速太高，这样离心力大、剪切力大，会使颜料和树脂产生分离,从而形成小颗粒。7）采用增效喷嘴，如文丘里、鸭嘴等类型喷嘴,29
16、,3、过滤系统主要作用 除去槽液中的杂质颗粒、油污等 设计要求1）过滤采用全过滤方式；2）过滤器安装方式：并联式安装；3）过滤精度：25-50m；4）定期更换滤袋；5）倒槽时应100通过过滤器。,30,4、换热系统主要作用 电泳涂装过程中，由于电解反应产生的热量、泵机械搅拌转化的热量、被涂工件带入的热量及施工环境温度的影响，槽液温度变化较大，因此，对电泳槽的温度必须有一个控制装置。设计要求 冷却水=10 加热水=40-45,31,5、极液系统主要作用 提供电场、控制槽液PH值 结构 板式、管式、L型、弧形等结构设计要求 要求有单独的循环系统，循环量6-10L/min.m2；极比：CED4-5/
17、1；极板材质：采用耐酸性好的不锈钢；备注：极比为工件面积比上电极面积。,电泳涂装设备,32,极液系统示意图,33,6、超滤系统主要作用1）实现电泳后的闭路清洗方式，回收浮漆，提高涂料的利用率，降低生产成本。2）净化槽液，控制槽液电导率，提高、保证涂膜质量。3）减少废水的排放，减少污水处理量及费用，有利环境保护。,34,工作原理 超滤是流体在一定压力、流量驱动下的膜分离过程。采用特定的带电荷的多孔分离隔膜（孔径1nm-0.1m），使槽液中的一部分水、有机溶剂、中和剂、无机离子和小分子树脂等物质透过隔膜，形成超滤液，同时大分子量的漆粒子被截留，又返回到电泳槽中。而超滤液经后冲洗回收系统又返回到电泳
18、槽中，同时将工件带出的涂料进行回收。,35,工作原理示意图,36,设计要求1）根据每小时最大涂装面积来计算所需UF装置的透过量，并最终确定UF膜面积的大小。2）一般要求工件电泳后，每平方米涂装面积需1.2-1.5L左右的新鲜超滤液进行清洗回收，并适当考虑30-40%的系数。清洗 当超滤液的出水量低于正常出水量的70后，就要对超滤膜进行清洗，正常情况下，采用1-5的中和剂，5的溶剂进行循环清洗，这两种药剂均为电泳涂料的辅助添加剂。,37,超滤系统回收示意图,38,7、直流电源主要作用：提供电场输出方式：分段电压和软启动两种方式设计要求1）波纹系数5%；2）电压：0-400V任意可调；3）额定电流
19、：正常情况下，电泳时的冲击电流在10-20A/m2左右，可以根据涂装面积来选择直流电源的额定电流。,39,8、纯水设备作用 主要为泳前纯水洗、泳后纯水洗、电泳槽、超滤、极液等系统提供用水。纯水装置 主要有离子交换和反渗透两种设备。设计要求1）PH=6.0-7.0；2）K10s/cm；,40,9、加料系统主要作用：槽液日常的生产时，固体份、颜基比、溶剂含量等参数会发生变化，因此通过加料系统来进行调整槽液参数，使之维持在正常的工艺范围之内。加料方式1）采用隔膜泵加料：可以直接将加料设在循环泵的吸口前端处，或直接设在电泳副槽。这种方式适合双组分电泳涂料的加料。2）采用配漆罐加料：是由带机械搅拌的配漆
20、罐、输漆泵、槽液及纯水的供给输入管道、输送漆液至电泳副槽的泵和管道等构成。这种方式适合单组分电泳涂料的加料。,41,10、后冲洗系统主要作用：清洗涂膜，回收涂料，提高漆膜的外观及理化性能。设计要求1）采用2-3道超滤液和2道纯水，清洗工件表面的浮漆；2）采用喷淋和浸洗相结合的方式；3）要有循环、过滤系统。循环量在2-3次/hr，过滤精度为25-50m。4）喷淋时采用雾化喷嘴，避免产生过多泡沫；同时喷淋压力小于0.05MPa。,42,11、烘干系统主要作用：固化漆膜，使之具有一定的理化性能。传热方式：可分为传导对流烘干和辐射烘干。设计要求1）一般采用对流的烘干方式，这样烘道内的温度均匀。2）设有
21、低温区，预先将 水份烘干，避免产生水迹。3）烘道的温度和长度，要根电泳涂料的固化条件来设计，一般设计温度要达到200，长度根据生产的节拍或链速来设定。,43,第五章：电泳涂装线的管理,为确保生产的正常进行，电泳涂装线必须对涂装设备、槽液和生产环境进行严格的科学管理并做好记录。1）槽液管理 在电泳涂装工艺管理中，现场管理的最主要的项目为确保槽液稳定及泳涂质量稳定，槽液管理由涂料供应方技术人员会同用户方技术人员共同负责。槽液管理是指槽液特性：NV、P/B、PH、K、VOC含量等参数；电泳特性：膜厚、库仑效率、泳透率、“L”效果、击穿电压等；涂膜特性：漆膜的理化性能等诸多特性的监测和调控。必须定期检
22、测，作好记录，作出变化曲线，发现不正常现象，立即采取措施解决之。2）涂装设备管理 在行业内有句行话，就是七分设备，三分管理，是把是把设备因素提到最高位置，可见其重要性。只有涂装设备运行正常的情况，才能保证最终产品的质量。对设备的运行状态要进行统计，发现问题要及时调整，并对设备定期进行维护和保养。,44,涂装线日常管理要点（表一）,45,涂装线日常管理要点（表二）,46,第六章：异常情况分析和处理,概述电泳操作系统中的许多异常问题都可以通过日常、周期性地对槽液的监测、分析来寻找原因，由此引发的涂膜异常问题就迎韧而解了。由于电泳涂装方法的特性，所产生的涂膜异常、弊病从形式上与一般漆膜弊病相同，单有
23、些缺陷是电泳涂装独有的，比如水迹。其产生原因和防治处理却各不相同，本章节就日常运作中的变化情况进行鉴别，列出其产生异常，弊病的可能原因及相应的处理防治措施，鉴于每个电泳涂装情况有不尽相同之处，可作为一般的常规操作指南。,47,弄清问题1）分辨：问题出在系统中，还是在有关的表面上？2）确定：发生哪类情况和是否发生在所有工件上？3）位置：问题出在整个工件上，还是经常发生在同一位置？4）时间：什么时候发生？5）持续性：问题经常发生，还是偶尔发生，或某些因素不变化，问题就不会发生，某些因素一变化就能解决。确定故障原因1）相关性：故障的常见原因是什么，生产线有无变化？2）槽液参数和问题的现象之间有没有相
24、关性？3）机械方面：测试设备、仪器是否正常；电泳生产线设备是否运行正常？4）工艺方面：有没有违反工艺、程序进行操作？5）前处理：前处理质量有无变化？,48,确定调整措施1）哪些变量能在线上快速测定？2）哪些变量能几乎无须中断生产就能进行？4）哪些变量能在实验室测定？5）参数测定是否需供应商提供技术支持？落实调整措施 每个变量都经过测试后，才能排除或确定可能的解决方法，可能有多种解决方法，但偶然也可能找不到解决方法，既必须重新弄清问题，然后再处理。跟踪 需要确定哪些恒定的变量，以避免问题重复发生，这种故障处理模式为确定问题，对问题作出反反应和解决问题提供指导原则。如果正确地执行记录，就可对今后出
25、现的问题作出迅速反应。,49,预防措施1）电泳涂装设备运行正常，每年进行定期检修或清洗；2）前处理工艺，质量要控制稳定；3）电泳槽液各参数控制在工艺范围之内,50,PH值下降伴有膜厚下降，MEQ酸值、K值上升,51,PH值上升通常伴有膜厚增加，易起针孔、超滤透过量下降和MEQ酸值的提高,52,电导率下降伴有膜厚下降和电沉积效率下降,53,电导率上升伴有膜厚增加；电流密度的增加导致出现针孔、杂乱水迹、网纹、漆膜破裂等弊病,54,固体份下降伴随漆膜厚度、K值下降，UF液透过量增加,55,固体份升高伴有膜厚、K值增加，UF液透过量下降,56,颜基比下降伴有涂膜光泽上升，易出现针孔、缩孔、桔皮等,57,颜基比升高伴有漆膜粗糙,58,溶剂含量下降漆膜流平性差，厚度下降,59,溶剂含量上升漆膜厚度上升，破裂电压下降、泳透率下降,60,漆膜偏薄,61,漆膜偏厚,62,颗粒,63,64,缩孔、陷穴,65,66,针孔,67,68,水迹,69,二次流痕,70,桔皮,71,涂面斑印,72,异常附着,73,泳透力变差,74,干漆迹,75,槽液起泡,
