超高泳透力电泳工艺.ppt

超高泳透力电泳工艺 涂装工艺设计 2014年8月26日,目录,一、概述,二、超高泳透力电泳工艺研究,三、超高泳透力电泳工艺应用,一、概述,二、超高泳透力电泳工艺研究,三、超高泳透力电泳工艺应用,1.电泳概述,一、概述,电泳涂装过程伴随电解、电泳、电沉积、电渗等四种电化学物理现象。 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。在电泳过程中水发生电解，在阴极上放出氢气，在阳极上放出氧气，金属阳极发生溶解，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，在阴极电涂过程中带正电荷胶体树脂粒子和颜料粒子由电泳过程移向阴极（被涂物）。 电沉积：漆粒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，带负电荷的粒子在阳极聚集。 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。,电泳涂装工艺一般由涂装前处理、电泳涂装、电泳后清洗、电泳涂膜的烘干等四道主要工艺（或工序）组成。 工件脱脂后，经过表调、磷化，使表面形成一层均匀致密的磷化膜为进入电泳槽作准备。进入槽液，在工件和对应电极间通直流电。在电场作用下，涂料粒子被吸附到工件上并在表面沉积。漆膜达到一定厚度，电泳停止。此时把工件从槽中取出，经后冲洗冲洗掉浮漆，最后送入烘箱固化。,一、概述,2.电泳工艺简介,2.电泳工艺简介,一、概述,电泳涂装除了与一般无机电解质受电场的作用表现不同外，与电镀也不尽相同，主要表现在电沉积物质的导电性方面。电镀时，电沉积后极间导电性并不发生变化，而电泳涂料在进行电泳涂装时，随着电泳的进行，极间电阻发生显著变化。如图所示：,电泳开始时先出现点状沉积，逐渐的联成片。随着电泳的继续进行，电沉积物部分绝缘，当电阻上升到一定程度后，电泳几乎不在处进行，电场分布逐渐向处移动，直到内外表面均被涂覆为止。,2.电泳涂装特点：,一、概述,3.电泳涂装特点,电泳涂料槽液在电场的作用下，被涂物背离电极部位上漆的能力。即在被涂工件的焊缝、内腔等部位能泳上漆的能力。 电泳涂料的泳透力越高，则被涂物（如汽车车身）内腔和焊缝内表面的涂膜越厚，防腐蚀性能越好。 目前电泳涂料的一个发展趋势就是减少车身内外表面电泳膜厚差异，即采用内外腔均膜化技术，开发超高泳透力阴极电泳涂料。 泳透力是评价内腔上膜能力，涂膜均一性、涂料消耗等一个非常重要的指标之一。,一、概述,4.泳透力定义,一、概述,二、超高泳透力电泳工艺研究,三、超高泳透力电泳工艺应用,随着汽车工业的飞速发展，国内汽车市场竞争的日益激烈，使用内外均膜电泳涂料的趋势越来越强，作为车身基础层的电泳漆，提升其性能显得尤为重要。 为了达到车身电泳内外均膜，超高泳透力电泳漆工艺在国内研究日益增多，超高泳透力电泳漆是一种高性能环保型电泳漆，与传统电泳漆相比具有很多优点，如：泳透力极高，膜厚分布均一，涂膜外观平整，在最低的成本下展现出优越的性能，既降低了能耗，又提高了产能，从而提高产品的市场竞争能力。,二、超高泳透力电泳工艺研究,1.技术背景,阴极电泳已经由标准型向品质型、环保型、经济型快速发展，为助推公司发展，须加快进行内外均膜电泳技术的研究及应用。,二、超高泳透力电泳工艺研究,1.技术背景,2.1 研究方案设计 2013年，选取超高泳透力电泳涂料（HT-8000）进行工艺研究。超高泳透力电泳涂料在降低外板膜厚的同时，大幅提升车身内腔上膜能力，提高内腔膜厚，实现整车均膜化要求，提升泳透力、防腐性能、漆面外观品质且降低成本。 研究方案设计如下：,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.2 技术方案 2.2.1 总体技术方案,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.2 技术方案 2.2.2电泳涂料设计开发,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 湿膜电阻增加 树脂分子量增加 （用多元醇对环氧树脂进行扩链）助溶剂含量降低，低VOC化（溶剂量最优化）达到涂膜的致密性、提高湿膜电阻，增大内板膜厚，从而实现泳透力大幅提升。, 中和酸的选择 采用解离度强的有机酸中和酸量（MEQ)最优化 电导率提高 添加增加槽液电导率的助剂（以不同胺改性环氧树脂并中和，制备电导率在4000-8000us/cm的添加剂）,通过配套新树脂固化剂体系及颜料的优化设计，提高湿膜电阻提升泳透力，控制涂膜流动性实现优良的电泳涂膜外观，更有利于防腐和中上涂外观的控制，实现整车涂膜品质提升。,2.2 技术方案 2.2.2电泳涂料设计开发,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,新增树脂进行扩链,新增树脂进行扩链,基体树脂分子结构的变化分子量增大,新品基体树脂1,2.2 技术方案 2.2.2电泳涂料设计开发,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,固化树脂分子结构的变化新增醇类封闭溶剂,由CA-ED6和新品固化树脂结构可以看出，新品固化树脂中新增一个醇类封闭溶剂，在与基体树脂中的羟基发生缩聚反应成网状结构，提高分子间架桥密度，提高涂膜的抗渗透性能，从而提高涂膜的防腐蚀性。,CA-ED6固化树脂,新品固化树脂,2.2 技术方案 2.2.2电泳涂料设计开发,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,基体树脂亲水/疏水的分极化 固化剂疏水性/基体树脂的相溶性, 新品乳液结构的优化, 电泳色浆分散工艺的改善 色浆生产工艺方面，采用球磨共分散技术，将难分散的特种颜料预先进行分散，达成电泳涂膜外观的细腻性。,2.2 技术方案 2.2.2电泳涂料设计开发,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 电泳色浆颜料比例的调整、材料粒径的选择控制 通过颜料的优化设计。降低槽液中颜料的比重，降低色浆中着色颜料/填料的比例，达成电泳涂膜外观的细腻性；, 电泳涂膜烘烤固化过程中热流动性改善 固化剂树脂方面，通过引入不同种类的封闭溶剂（A、B、C）。使得湿膜在受热固化过程中，逐步释放出封闭溶剂，控制涂膜的热流动性，达成电泳涂膜外观的平整性；,2.2 技术方案 2.2.3工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 原漆性能 电泳漆的外观、固化含量、细度、Cd含量、Hg含量、Cr6+含量、限用溶剂总含量和原漆相容性良好，均在工艺范围内。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 原漆性能 A.槽液参数检测,B.槽液特性参数检测,由上表数据可以看出，HT-8000的溶剂含量、MEQ和灰份低于CA-ED6，电导率、PH值以及固体份比CA-ED6高。,由图表数据可以看出，HT-8000的泳透力明显比CA-ED6高，其他性能方面基本相当。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 电泳条件电压、温度、电泳时间 A.电泳电压对涂膜厚度、泳透力的影响 随着电压升高，CA-ED6和HT-8000的泳透力均逐渐提高。同时在相同的电压条件下，HT-8000的泳透力明显比CA-ED6高。,B.电泳温度对涂膜厚度、泳透力的影响,随着电泳温度增加，CA-ED6和HT-8000的泳透力均逐渐降低。在相同的电压与电泳时间下，HT-8000的泳透力明显比CA-ED6高。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 电泳条件电压、温度、电泳时间 C.电泳时间对涂膜厚度、泳透力的影响 随着电泳时间增加，CA-ED6和HT-8000的泳透力均逐渐提高。在相同的电压与电泳时间下，HT-8000的泳透力明显比CA-ED6高。相同电泳时间，新品内腔膜厚高于CA-ED6，外板膜厚低于CA-ED6。, 烘干固化条件,备注：固化时间20min,一般认为GEL分率超过90%，涂膜完全固化。CA-ED6和HT-8000的固化条件在16020min以上时，GEL分率大于90%，同时在相同的烘烤条件下，两种产品的固化性能基本相当，考虑到车身结构复杂，混槽过程中最好采用17020min条件进行固化。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,电泳涂膜性能检测,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 静态混槽 A.槽液参数,通过研究混槽过程中槽液参数变化，可以发现槽液参数在整个混槽过程中均在工艺范围内进行波动，没有出现突点或异常情况。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 静态混槽 B.槽液特性参数 整个混槽过程中，涂膜外观、击穿电压、L效果、加热减量和重溶性良好。由涂料特性决定库伦效率略低于现行标准。膜厚随着电压的升高而升高，随更新周期的增加而有所降低。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 静态混槽 C.涂膜固化,置换率（%）,涂膜固化程度通常用GEL分率表示，当GEL分率90%时，认为涂膜已完全固化。从以上涂膜固化数据来看，当固化条件为16020min时能够满足要求，但考虑到车身结构复杂，混槽过程中最好采用17020min条件进行固化。,D.电泳涂膜性能及施工性能满足工艺要求,E.电泳涂膜与中涂及面涂的配套性良好,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 动态混槽 A.槽液参数,通过研究混槽实验过程中槽液参数变化，可以发现槽液固体分含量、pH值、MEQ、电导率、溶剂含量均在工艺范围内波动。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 动态混槽 B.槽液特性参数 整个混槽过程中，涂膜外观、击穿电压、L效果、加热减量和重溶性良好。由涂料特性决定库伦效率略低于现行标准。膜厚随着电压的升高而升高，随更新周期的增加而有所降低。,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究, 动态混槽 C.涂膜固化,置换率（%）,涂膜固化程度通常用GEL分率表示，当GEL分率90%时，认为涂膜已完全固化。从以上涂膜固化数据来看，当固化条件为16020min时能够满足要求，但考虑到车身结构复杂，混槽过程中最好采用17020min条件进行固化。,D.电泳涂膜性能及施工性能满足工艺要求,E.电泳涂膜与中涂及面涂的配套性良好,2.2 技术方案 2.2.3 工艺参数,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,根据高泳透力电泳漆的技术参数及工艺特点，制定工艺参数如下：,2.2 技术方案 2.2.4 验证方法,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,防腐蚀性能评价方法研究,发生腐蚀的3个基本过程： (1)阳极过程：金属的溶解，以金属离子的形式进入介质，并将电子留在金属表面。 Fe Fe2+ 2e (2)阴极过程：在中、碱性介质中，以O2还原反应为阴极过程的腐蚀，吸氧腐蚀. O2 + 2H2O + 4e 4OH- (3)电流的流动：电解质中以带电粒子为载体，由阳极流向阴极(负极正极)，构成一个电流回路。,H2O是一种载体，O2氧化性物质-“去极化剂”,因钢板等材质不是纯Fe,有许多杂质，导致钢材本身不同的区域有高、低电位之分。,A.腐蚀的基本原理,B.腐蚀发生的动力,在热力学上，可以用进行相应的腐蚀反应时吉布斯函数变G来衡量。,能量的差异是产生腐蚀反应的推动力，而腐蚀过程就是释放能量的过程。伴随着腐蚀过程的进行，将导致腐蚀体系自由能的减少，故它是一个自发过程。,2.2 技术方案 2.2.4 验证方法,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,防腐蚀性能评价方法研究,C.新的腐蚀评价方法研究 模拟车身实际使用环境和条件，开发了一个新的腐蚀评价方法，即循环盐雾腐蚀。,从腐蚀机理的角度分析：钢铁的迅速腐蚀大都发生在干燥后再湿润的交换区间，而不是发生在整个潮湿或者干燥阶段。因干燥和湿润的交变区间，存在着腐蚀的基本条件（ O2 + H20 ），空气中的O2作为氧化剂， 潮湿环境的H20作为腐蚀电流传输的载体，因而腐蚀就发生了。 基于车身实际使用环境和条件，引入干燥/湿热不断循环交变，为了加速腐蚀，引入NaCl作为强腐蚀剂，在原有连续盐雾实验的基础上，开发了新的实验评价方法循环盐雾腐蚀。,两者试验方法比较：,2.2 技术方案 2.2.4 验证方法,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,泳透力评价方法研究,A.现行评价方法钢管法,B.新增评价方法4枚盒法,开发思路：模拟车身实际结构，考察最难上膜部位的上膜情况。,一汽、二汽、长安、五菱使用,丰田、本田、日产、三菱、东南、五菱、江淮等推行,2.2 技术方案 2.2.4 验证方法,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,泳透力评价方法研究,C.4枚盒法泳透力测试模型及评价,2.2 技术方案 2.2.4 验证方法,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,泳透力评价方法研究,C.4枚盒法泳透力测试与实际一致性,生 产 线：五工厂二期 测试时间：2013.3.12 测试车型：CV5（奔奔mini）,车身各部位实际表面流动电位与4枚盒内各板表面流动电位数据曲线分布、趋势一致。说明4枚盒法电泳能较好的模拟车身内、外腔上膜情况。,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.1 性能提升 试验结果表明，新品电泳涂料物理性能及施工性能达标，其中泳透力、漆膜外观和防腐性能得到了一定程度的提升。,本次试验投入5人历时5个月，运用“正交法”、“筛选法”和“对比法”，共进行了1500余组实验，对新品电泳涂料的原漆性能、中面涂配套性、与现行品静态混槽和动态混槽进行了研究和验证。,A.泳透力提升 本次试验通过新品与CA-ED6对比验证泳透力水平。, 与现用品CA-ED6B相比，开发品的4-BOX泳透力得到了大幅提升,泳透力对比 (4-BOX法 3分钟), 实现内、外板均膜化,提升25%,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.1 性能提升,随着混槽的进行，随着置换率的提高，泳透力逐渐增大，置换率为100%时，泳透力明显提高，这是由于在相同条件下，新品泳透力高于CA-ED6的泳透力，泳透力平均提升25个点。,置换率（%）,A.泳透力提升 本次试验通过静态混槽和动态混槽对新品电泳涂料的泳透力进行了验证。,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.1 性能提升,ED=20时的外观比较,钢板 ED水平=20时的比較,从上图电泳涂膜照片可看出新品目视外观更加细腻，电泳涂膜图表显示新品水平和竖直面的粗糙度小于CA-ED6粗糙度，粗糙度平均降低25%。,B.涂膜外观提升 本次试验通过新品电泳涂膜和CA-ED6对比进行了验证。实验表明涂膜外观得到了提升。 电泳涂膜,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.1 性能提升,B.涂膜外观提升 中涂配套,面涂配套,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.1 性能提升,C.防腐性能提升 本次试验通过CCT循环盐雾实验对新品电泳涂膜的防腐性能进行了验证。实验表明涂膜防腐性能得到了提升。,通过对新品和CA-ED6两种电泳漆耐盐雾实验研究， CA-ED6划痕单侧蚀痕为1.94mm，新品划痕单侧蚀痕为1.85mm，单侧蚀痕降低4.6%，新品涂膜耐盐雾性能优于CA-ED6。,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.2 混槽可行性,因电泳涂料配方中各树脂种类、助剂种类、颜料种类多样化，这也加大了电泳产品混槽切换的难度；因涂料不相容容易导致槽液絮凝、沉降，颗粒；因表面张力的变化容易导致缩孔，因无混槽实绩导致工艺参数波动，导致电泳膜厚不达标等等。 （1）由于新品电泳涂料HT-8000在现用CA-ED6电泳涂料的基础上进行开发，承袭了现用品CA-ED6B的特点。切换无需进行生产线改造，可直接进行换槽。 （2）已经在实验室完成了两产品的静态、动态模拟混槽实验。完成了混槽过程中槽液与前处理、胶、油等副资材配套性试验，结果均异常。 详细内容，参见“混槽实验”报告。 （3）该产品开发采用了最新专利技术（催化剂树脂），保证了涂膜的综合性能，前期的验证实验证实了漆膜防腐性、泳透力、漆膜外观均得到一定提升。 因此，沿用现用电泳涂料CA-ED6同体系产品HT-8000可行，风险性最小，可最大限度的保证生产和涂膜品质！,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.3 环保适应性分析,A.无有害重金属含量：,开发品通过第三方（SGS)检测,确认不含欧盟限制的镉、铅、汞、六价铬等有害重金属。详见SGS出具的第三方检测报告单。,B.溶剂含量降低：,C.槽液V0C含量降低：, 槽液溶剂含量大幅度降低，更符合环保法规的要求，有利于车间生产环境的改善。,2.3 研究总结,二、超高泳透力电泳工艺研究,2.工艺研究,2.3.4 经济效益分析,A.涂料耗量分析,新品超高泳透力型、薄膜型两个特点为降低涂料消耗提供了可能性，我们以4-BOX模型模拟的方式来说明。,结论： 通过理论计算，把内腔膜厚作为管理要求的情况下，单车涂料消耗会有所下降。,以4枚盒的膜厚分布来看，单台使用量降低约12.5%（比现行品CA-