高泳透力電泳漆的應用研究

李欣聞*，向麗琴，王瑋

（江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，人們對汽車產品的質量需求越來越高，加之環(huán)境惡化、工業(yè)污染、太陽輻射、道路石擊、海洋性氣候及冬季北方地區(qū)道路防滑鹽的使用等因素的影響，都對汽車的抗腐蝕能力提出更高的要求。

電泳涂裝是最重要的汽車防腐蝕重點工序[1]。在電泳過程中，因受汽車車身的復雜結構影響，電場強度相對較弱，車體內腔部分區(qū)域很難達到理想的膜厚要求，因而提高車體內腔電泳膜厚一直是全球各大汽車企業(yè)關注的焦點。而陽極系統(tǒng)分布、電場強度、車身結構、通電孔設置、電泳漆的泳透力等是影響車體內腔電泳膜厚的主要因素。而無論是進行陽極系統(tǒng)分布及電場強度改進，還是進行車身結構調整、增加通電孔，都會增加成本，因此，通過提高電泳漆的泳透力，從而提高車體內腔電泳膜厚，增強產品的防腐性能，是最切實可行的方案。

目前，高泳透力電泳漆已經(jīng)開始在大型汽車企業(yè)(如大眾、通用汽車等)推廣使用。本文對新一代高泳透力電泳漆的性能進行分析，通過混槽試驗對新產品切換的可行性進行了研究。

1 高泳透力電泳漆的性能特點

高泳透力電泳漆通過配套新的樹脂及固化劑體系，降低了VOC，提高了固體分及槽液溫度，從而提高了電泳槽液的電導率及電泳濕膜的電阻，最終實現(xiàn)泳透力的大幅提升。因此，高泳透力電泳漆的應用，可在保證內腔膜厚達標的前提下，較大幅度地降低外板膜厚，從而實現(xiàn)內外均膜化。與此同時，通過配套新的固化劑及降低涂料灰分等措施，可實現(xiàn)鍍鋅板的電泳涂裝，并進一步優(yōu)化電泳涂膜的外觀性能，使之能適應免中涂工藝對電泳涂膜的質量要求。

高泳透力電泳漆因其電阻值較高，與薄膜前處理有良好的配套性能。圖1 為傳統(tǒng)電泳漆與高泳透力薄膜電泳漆邊角涂膜截面照片。由圖可見，與傳統(tǒng)的電泳涂料相比，高泳透力電泳涂料的邊角防護性能得到了較大的提升。而且高泳透力電泳漆不含重金屬，VOC含量低，更適應環(huán)保法規(guī)的要求。

圖1 傳統(tǒng)電泳漆和高泳透力電泳漆邊角涂膜厚度對比Figure 1 Comparison between thicknesseses of the coatings of traditional and high-throwing-power electrophoretic paints on the edge

2 高泳透力電泳漆性能研究

電泳漆泳透力是指在電泳涂裝過程中使背離電極的被涂裝面涂上漆的能力，它體現(xiàn)了涂膜的膜厚分布狀況。因此，它是電泳漆非常重要的特性之一。常用電泳漆泳透力測定方法有一汽鋼管法、福特盒法、四枚盒法(即4-BOX)等。

國內使用較多的是鋼管法，但鋼管法只能簡單評價涂料在內板的上膜能力。對于復雜的車身結構，鋼管法的評價有一定的局限性。隨著車身防腐要求的進一步提升，車身內腔(多層盒式結構)的上膜情況越來越被關注。4-BOX 泳透力模型能更真實地模擬車身不同部位的上膜情況，而逐步被更多的汽車廠采用。本文采用4-BOX 法測試電泳漆泳透力。

2.1 泳透力測定

選用4 種不同廠家的高泳透力產品(編號B、P、N、K)和在線產品A 進行比較，采用4-BOX 法進行泳透力檢測。

2.1.1 實驗方法

4-BOX 泳透力測試方法為：采用4 塊鋼板(或鍍鋅板，編號A、C、E、G)，板間距20 mm，通電孔徑為8 mm，試驗裝置采用防水絕緣膠布進行三面密封，如圖2 所示。A、C、E 試板的通電孔需完全對齊。將四枚盒置于配置好的電泳小槽中，保持A 面距離陽極15 cm，四枚盒浸入電泳液位為9 cm，陽極板浸入液位高度也為9 cm。

圖2 4-BOX 泳透力測試示意圖Figure 2 Schematic diagram of throwing power test by 4-box method

膜厚測量方法：在距離通電孔周邊1 cm 區(qū)域，按米字型取點(共8 個點)測量膜厚，取平均值，精確到小數(shù)點后兩位。泳透力即為G 面膜厚與A 面膜厚之比(該值越高，代表上膜能力越強)。4-BOX 內A、C、E、G 等4 塊鋼板分別模擬車身腔體的不同部位(如A對應車身外板，C 和E 對應車身加強板，G 對應車身內板)的上膜情況。

2.1.2 實驗電壓的選擇

各種電泳漆產品的施工電壓存在一定差異，且都有一個相對寬泛的范圍。試驗電壓對泳透力的試驗結果影響很大，所以在做各型號電泳漆的泳透力對比前，應先確定各種產品的試驗電壓。另外，槽液溫度也會影響泳透力的測試結果，故測試時槽液溫度需保持相對恒定。本試驗槽液溫度控制在(29 ± 1)°C。

分別配制上述5 種產品(即4 家高泳透力產品B、P、N 和K，以及在線產品A)的電泳漆槽液并充分熟化，將槽液參數(shù)調整到最佳范圍，即溫度28°C，電泳時間180 s，軟啟動時間為20 s。因不同型號的電泳漆施工電壓差異較大，故施工電壓選擇可保證4-BOX 的A面膜厚達到(18 ± 2)μm 的電壓，此電壓通過電壓–膜厚梯度試驗測得。表1 為電壓–膜厚梯度測試結果。

表1 電壓對不同電泳漆膜厚的影響Table 1 Effect of voltage on coating thickness for different electrophoretic paints

根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，本試驗電泳電壓的選擇為膜厚至少達到20.0 μm 時的電壓，即A 產品 210 V，B 產品 210 V，P 產品250 V，N 產品200 V，K 產品270 V。

2.1.3 泳透力測試結果

根據(jù)以上施工電壓，在28°C，電泳時間180 s 的條件下，對不同產品進行泳透力測試，結果見表2。可以看出，4 種新型材料的泳透力均高于在線產品A，體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。其中，K 廠家產品的泳透力最好。

表2 不同電泳漆泳透力測試結果Table 2 Test results of throwing power of different electrophoretic paints

2.24 種高泳透力產品性能的對比研究

對B、P、N、K等4種高泳透力電泳漆進行性能測試，以便選擇一種綜合性能最好的產品用于生產實踐。4 種高泳透力產品的性能測試結果見表3。從表3 可以看出，4 種產品都能滿足標準的要求。綜合泳透力的各項指標，K 產品略優(yōu)于其他3 種產品。故選擇K 產品做混槽切換普通電泳漆的研究與現(xiàn)場應用。

3 高泳透力電泳漆與普通電泳漆的混槽切換

為了考察涂裝線使用的普通電泳漆產品A 是否可通過混槽方式切換成高泳透力產品K，特在實驗室進行靜態(tài)模擬混槽實驗[2]，以確認其可行性。靜態(tài)混槽將產品A 與產品K 按固體分質量比為100/0、80/20、60/40、40/60、20/80、0/100 進行混合配槽，封閉攪拌熟化均勻后檢測槽液參數(shù)。

3.1 不同混槽比例槽液參數(shù)的測定

在各混槽點考察槽液固體分、灰分、電導率、pH、MEQ(用于表征電泳漆中的酸總量，即中和100 g基料固體所需酸的毫摩爾數(shù)，單位為mmol/100 g)等重要參數(shù)的過渡情況，結果見表4?？梢钥闯?，各混槽點槽液的各項指標都符合標準要求，并且隨著產品K 百分含量的增加，槽液的主要參數(shù)都能夠從產品A 技術指標范圍內平穩(wěn)過渡到產品K 的技術指標范圍。

3.2 各混槽點電壓膜厚的考察

在各混槽點處考察冷軋板和鍍鋅板(即GA 板)分別在150、200 和250 V 電壓下的膜厚，結果見表5。可以看出，隨著產品K 比例的增大，盡管膜厚整體呈下降趨勢，但各混槽點處膜厚波動不大，能夠平穩(wěn)過渡，而且各種混槽比例下的膜厚與高泳透力電泳漆的外表面膜厚要求較為一致，略低于普通電泳漆產品。

表34 種高泳透力電泳漆性能測試結果Table 3 Performance test results of four kinds of high throwing power electrophoretic paints

表4 不同混槽比例的槽液參數(shù)Table 4 Bath parameters at different mixing ratios

表5 不同電壓、不同混槽比例所得漆膜的膜厚Table 5 Thicknesses of the coatings obtained at different voltages and different mixing ratios

3.3 各混槽點庫侖效率的檢測

不同電壓下，各混槽點庫侖效率檢測結果見表6?？梢钥闯?，在各混槽點處，冷軋板和鍍鋅板在150、200和250 V電壓下的庫侖效率沒有明顯波動，能夠平穩(wěn)過渡。

表6 不同混槽比例的庫侖效率Table 6 Coulombic efficiency at different mixing ratios

3.4 各混槽點槽液性能檢測

考察各混槽點的泳透力、擊穿電壓、再溶解性等性能，結果見表7(其中，帕卡板是指帕卡標準磷化板，用于與線上冷軋板進行對比，排除線上磷化質量對電泳結果的影響)。從表7 可以看出，隨著K 產品比例的增大，泳透力有很大提高，由最初的41.2%提升到66.7%左右，而其他性能均能滿足要求。這說明隨著混槽比例的增加，槽液性能可以平穩(wěn)過渡。

表7 各混槽比例槽液性能檢測結果Table 7 Test results of performance for the bath with different mixing ratios

3.5 各混槽點漆膜性能檢測

考察各混合點漆膜性能，如附著力、硬度、光澤、抗沖擊性、粗糙度等，結果見表8。從表8 可以看出，隨著產品K 百分比的增大，漆膜性能都滿足標準要求，而且各混槽點的涂膜性能沒有明顯波動，說明產品切換可以平穩(wěn)過渡。

表8 各混槽比例下所得漆膜的性能Table 8 Performance of the coatings obtained at different mixing ratios

3.6 各混槽點耐鹽霧試驗

考察各混槽點耐鹽霧性能，結果見表9。通過實驗可以看出，K 產品比例的不斷增大，直至完全切換成K產品，對混合槽液的耐鹽霧性能都沒有影響。

表9 不同混槽比例漆膜的鹽霧試驗結果Table 9 Salt spray test results of the coatings obtained at different mixing ratios

4 混槽過程管控

基于以上研究，決定進行高泳透力電泳產品的切換。經(jīng)過8 個月的混槽過程，高泳透力電泳漆的替換率達到95%，定義為切換完成。在切換過程中需加強幾項監(jiān)控。

4.1 設備參數(shù)檢測

每周記錄單只陽極的電流數(shù)據(jù)。如果單只陽極電流低于10 A，或峰值電流明顯下降，且影響內腔上膜時，應立即更換陽極。記錄過濾袋的更換頻次。如果濾袋更換頻次明顯上升，或過濾殘渣明顯增多，應及時確認原漆品質、槽內循環(huán)狀況、前處理及電泳工藝參數(shù)等狀況。記錄每只超濾膜管初始安裝時間，如達到設計使用壽命或反復清洗仍不能恢復正常流量時，應更換新膜管；膜管透過量低于正常流量的70%時，應及時清洗。

4.2 膜厚監(jiān)測

在混槽過程中，每天堅持對車身內、外表面以及空腔電泳膜厚進行檢測，根據(jù)測得的膜厚數(shù)值，對電泳膜厚的變化情況進行分析。圖3 為外板垂直面和水平面及內表面電泳膜厚隨更新率的變化狀況。由圖3可見，外表面膜厚呈下降趨勢，最終穩(wěn)定在17 μm 以上，內表面膜厚呈穩(wěn)定上升趨勢。內表面膜厚提升率達到35%～55%，有效提高內板的防腐能力，同時降低外板材料的消耗，減低材料成本，達到預期效果。

4.3 槽液參數(shù)及漆膜性能監(jiān)測

每周取現(xiàn)場槽液進行參數(shù)檢測(包括MEQ、溶劑含量、泳透力等)，同時對涂膜附著力、杯突等機械性能進行檢測。一旦發(fā)現(xiàn)異常，應立即進行槽液調整，直至符合質量要求，方可生產。

圖3 外板垂直面和水平面及內表面膜厚隨電泳漆更新率的變化Figure 3 Variation of thicknesses of vertical and horizontal planes of outer board and inner surface with update rate of electrophoretic paint

5 生產線混槽結果

經(jīng)過8 個月的混槽，電泳內腔膜厚有較大的提升。表10 為某車型混槽前后其電泳車身拆解數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，門檻腔體電泳膜厚從混槽前的7.45 μm 上升到混槽后的13.82 μm，B 柱腔體膜厚從混槽前的6.60 μm 上升到混槽后的9.53 μm，內腔膜厚得到了大幅提升，滿足了產品內腔防腐膜厚的要求。

表10 混槽切換前后車身內腔膜厚對比Table 10 Comparison between coating thincknesses of internal cavity of car body before and after mixing two paints for a replacement

6 結語

高泳透力電泳漆不僅通過實驗室驗證證明了其混槽切換的可行性，而且在生產線成功實現(xiàn)了混槽切換。通過高泳透力電泳漆的應用，提高了車身內腔電泳漆膜厚，提升了車身的防腐性能。新一代高泳透力電泳漆產品作為一種環(huán)境友好型且能配套薄膜前處理材料的新型電泳產品，以其優(yōu)異的產品性能和經(jīng)濟性迎合了高速發(fā)展的汽車產業(yè)的需要，必將得到廣泛應用。

[1]張學敏.涂裝工藝學[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.

[2]趙安偉,華云,賈樹利,等.陰極電泳漆的混槽切換[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2011,14 (9):47-48,56.

[3]田冰星,邢汶平,李欣聞.淺談車身結構設計對內腔電泳成膜的影響[J].現(xiàn)代涂料與涂裝,2011,14 (8):60-62,64.