二次電泳工藝介紹

趙志英，王建輝，曹曉根*

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

【涂裝】

二次電泳工藝介紹

趙志英，王建輝，曹曉根*

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

對于已建成或投入使用的連續(xù)式及步進(jìn)式生產(chǎn)線，為解決因時(shí)間不夠造成的電泳漆膜厚不足問題，通過實(shí)驗(yàn)探討了二次電泳工藝所得漆膜的外觀及性能，并說明了工藝控制要點(diǎn)。該工藝解決了電泳漆膜增厚的問題，適用于要求相對稍低的汽車零部件、日用品、玩具等的涂裝。

二次電泳；膜厚；產(chǎn)品性能；控制要點(diǎn)

First-author’s address:Technical Center of Great Wall Motor Co., Ltd., Hebei Automobile Engineering Technology Research Center, Baoding 071000, China

帶電顆粒在電場作用下向與其電性相反的電極移動(dòng)稱為電泳。20世紀(jì)60年代，福特汽車公司最先將電泳漆應(yīng)用于汽車底漆。電泳漆具有防腐能力好、排放低、利用率高、容易涂覆外形復(fù)雜及表面積小的工件等優(yōu)點(diǎn)。對于前處理和電泳生產(chǎn)線而言，其品質(zhì)和生產(chǎn)能力的高低往往受膜厚和烘烤時(shí)間的影響。自2000年以來，涂料公司升級了電泳涂料，排放、烘烤時(shí)間和溫度大幅降低，如PPG公司的ED7000電泳漆能在160 °C × 15 min (達(dá)到160 °C后保持15 min)的條件下固化，立邦公司的POWERNICS 301電泳漆可在160 °C × 10 min的條件下固化。如此一來，因烘烤不足造成的制約已不明顯。而電泳時(shí)間雖較起初的180 s有減少，但一般仍需150 s以上，對于已建成或投入使用的連續(xù)式及步進(jìn)式生產(chǎn)線，依然存在制約。因時(shí)間不夠造成電泳漆膜厚不足是最難解決的問題，往往制約著膜厚增加或提產(chǎn)的幅度甚至成敗。為解決該問題，本文通過設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案測試了二次電泳技術(shù)所得漆膜外觀和性能等，考察了工藝設(shè)置與目前的電泳工藝有何不同，驗(yàn)證了該工藝能否滿足要求。

二次電泳分2種形式：一種是在濕膜狀態(tài)下進(jìn)行第二次電泳，2道電泳漆膜一起固化干燥(類似于濕碰濕工藝)；另一種是在第一次電泳漆膜固化干燥后，再進(jìn)行第二次電泳并固化干燥。其原理是在第一次電泳后，漆膜厚度合適的情況下，濕膜或干膜的電阻不足以阻止第二次電泳，在第一次電泳所得漆膜的外表面形成電泳漆膜。2次可采用相同的電泳漆，也可不同。當(dāng)?shù)诙问褂貌煌碾娪酒釙r(shí)，從理論上講，最終涂層可能會(huì)獲得單一涂層不具備的特點(diǎn)。如第一次電泳時(shí)采用環(huán)氧樹脂體系電泳漆來獲得良好的防腐性能，第二次電泳時(shí)采用丙烯酸樹脂體系電泳漆以提高漆膜的耐紫外性，使最終涂層具有一定的抗老化能力。二次電泳技術(shù)已實(shí)際應(yīng)用在日本一些零部件工廠。工藝對最終產(chǎn)品影響很大，第二種工藝相對成熟，戴彥琳[1]、陳衛(wèi)東[2]等已就涂料制備、施工工藝進(jìn)行了相應(yīng)的研究?，F(xiàn)以在濕膜狀態(tài)下進(jìn)行第二次電泳為主進(jìn)行說明。

1 實(shí)驗(yàn)

1. 1 性能與表征

用北京時(shí)代辰天公司TR200粗糙度儀測漆膜粗糙度Ra；德國BYK公司4446光澤儀測漆膜光澤。德國尼克斯QuaNix8500型膜厚儀(50 μm以下誤差不超過1 μm)測膜厚，用試板進(jìn)行校零。參考GB/T 1732-1993《漆膜耐沖擊測定法》測漆膜的耐沖擊性。按GB/T 9286-1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》測試附著力，劃格間距1 mm，施加膠帶。通過ASS試驗(yàn)測漆膜的耐蝕性，方法為：在5%的氯化鈉溶液中加入適量冰醋酸使其pH降至2.8 ～ 3.1，將試板浸(保持2/3到3/4高度在液面以下)入(35 ± 2) °C的開口容器中，連續(xù)放置240 h，觀察并記錄漆膜表面起泡等不良狀態(tài)，然后用純水清洗，自然晾干后用小刀除去表面的浮漆，用直尺(最小刻度0.5 mm)測量最大的擴(kuò)蝕寬度。

1. 2 二次電泳對產(chǎn)品外觀的影響

1. 2. 1 基材處理

取上海寶鋼生產(chǎn)的DC04冷軋鋼板作為試板(150.0 mm × 70.0 mm × 0.8 mm)，共4塊依次編號為1#、2#、3#、4#。在手執(zhí)部分標(biāo)出編號及正反面，每面取6個(gè)測量點(diǎn)(圖1)。用400或以上標(biāo)號的砂紙打磨表面浮銹，然后用溶劑或脫脂劑清洗表面油污，用潔凈的自來水洗凈并用純水沖洗2次，最后用壓縮空氣吹去表面的水分。

圖1 試板示意圖Figure 1 Schematic diagram of test panel

1. 2. 2 電泳

無需磷化，采用PPG公司的ED7000薄膜電泳漆(標(biāo)準(zhǔn)膜厚15 μm)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行電泳。電泳條件：軟啟動(dòng)20 s，一段電壓230 V保持25 s，二段電壓250 V保持135 s，將膜厚調(diào)整至(15 ± 0.5) μm。

電泳完成后，用壓縮空氣吹去試板表面的水分，測量膜厚并記錄。

1. 2. 3 膜厚測量

(1) 用20 mm寬的耐高溫膠帶遮蔽如圖1所示的1#、2#試板正反面的陰影部分；

(2) 將3#、4#試板進(jìn)行烘烤固化，記錄測量點(diǎn)②、④、⑥的膜厚。

(3) 對1#、2#、3#、4#試板按1.2.2重新進(jìn)行電泳。

(4) 揭去1#、2#試板表面的膠帶；烘烤固化1#、2#、3#、4#試板并測量膜厚。

1#、2#試板中①、③、⑤測量點(diǎn)的平均值為一次電泳的膜厚；②、④、⑥測量點(diǎn)的平均值為二次電泳的膜厚；3#、4#試板 3個(gè)測量點(diǎn)的平均值為二次電泳的膜厚。計(jì)算各試板的膜厚，并測試粗糙度、光澤，目視觀察漆膜外觀，結(jié)果見表1。由表1可知，在相同的電泳條件下應(yīng)用二次電泳工藝，膜厚能夠得到增長。在干膜狀態(tài)下進(jìn)行二次電泳，膜厚增長不明顯(約3 μm)；而在濕膜狀態(tài)下，膜厚增長明顯(約11 μm)。采用標(biāo)準(zhǔn)膜厚為20 μm的電泳漆進(jìn)行試驗(yàn)，膜厚可達(dá)到30 μm以上。當(dāng)提高二次電泳電壓后(提高20 V)，膜厚增長超過5 μm。這說明該工藝對不同型號的電泳漆均有類似的效果，在濕膜狀態(tài)下采用二次電泳的工藝可達(dá)到較高的膜厚。

表1 二次電泳膜厚及外觀Table 1 Thickness and appearance of the coating obtained by two-step electrophoresis

采用2種不同供應(yīng)商不同型號的電泳漆進(jìn)行二次電泳實(shí)驗(yàn)(第一次是ED7000薄膜電泳漆，第二次為廊坊立邦公司的POWERNICS 301電泳漆)，所得漆膜外觀較采用相同型號電泳漆的外觀明顯變差，主要體現(xiàn)在表面出現(xiàn)小顆粒，粗糙度Ra在0.43 μm左右。

1. 3 二次電泳對產(chǎn)品性能的影響

將冷軋鋼板試板(150.0 mm × 70.0 mm × 0.8 mm)，隨前處理生產(chǎn)線進(jìn)行預(yù)脫脂、脫脂、水洗、表調(diào)、磷化(沈陽帕卡瀨精PB-SX35RS鋅系磷化劑)、純水洗等工序，完成后用壓縮空氣吹干試板表面的水分，用膜厚儀粗略地測量，選出磷化膜厚度在3 μm以內(nèi)(實(shí)測0.27 ～ 0.82 μm)的試板在實(shí)驗(yàn)室電泳槽中進(jìn)行電泳，調(diào)整電壓，使第一次電泳后膜厚不低于6 μm(需在160 °C下固化15 min，此膜厚含磷化膜厚度)，第二次電泳后與第一次電泳膜厚差不小于5 μm。漆膜性能測試結(jié)果見表2，可知能夠滿足要求。

表2 二次電泳工藝所得漆膜性能Table 2 Performances of the coatings obtained by two-step electrophoresis

2 二次電泳工藝的控制要點(diǎn)

2. 1 膜厚的確定

實(shí)施二次電泳工藝時(shí)，第一次電泳采用低電壓來控制膜厚，一般不超過250 V，膜厚控制在20 μm以內(nèi)且不低于8 μm(電壓低可能導(dǎo)致工件的內(nèi)腔膜厚過低)。為保證外觀，出槽時(shí)需用UF(超濾)液噴淋以除去大部分的浮漆，并采用浸洗的方式處理外形復(fù)雜的工件。第二次電泳時(shí)電阻較第一次電泳時(shí)大得多，電壓應(yīng)不低于第一次電泳時(shí)的最高電壓，根據(jù)產(chǎn)品要求、電泳涂料的特性及線體設(shè)備來調(diào)整具體的膜厚。為保證漆膜的連續(xù)性和外觀，第二次電泳的膜厚應(yīng)不低于5 μm。

2. 2 控制要點(diǎn)

如果二次電泳采用相同的電泳漆，即第一次電泳和第二次電泳使用完全相同的材料，對于工藝設(shè)置來說就相當(dāng)于多了一個(gè)電泳槽，整個(gè)電泳系統(tǒng)都無需調(diào)整(如圖2a所示)。與傳統(tǒng)電泳方式相同，只需保證2次電泳時(shí)的膜厚即可。

當(dāng)二次電泳采用不同的電泳漆時(shí)，第一種電泳漆需采用單獨(dú)的超濾系統(tǒng)，與第一個(gè)電泳槽相連但工件不經(jīng)過此系統(tǒng)(如圖2b所示)。為減少電泳漆的帶出，電泳1后可增加一個(gè)瀝液工序，瀝液時(shí)間不少于30 s。

圖2 設(shè)備布置Figure 2 Layout of equipment

為了保證漆膜質(zhì)量，可從高往低設(shè)置二次電泳電壓，實(shí)際的電泳電壓不得超過破壞電壓(需考慮整流電源的波動(dòng)，一般取系數(shù)1.05，即最高電壓 × 1.05 = 破壞電壓)，第一次電泳電壓根據(jù)第二次電泳電壓的90% ～ 95%進(jìn)行設(shè)置。完成電壓設(shè)置后再通過調(diào)整電泳時(shí)間來調(diào)整漆膜的外觀，直到調(diào)整到較好的狀態(tài)為止，建議采用正交表建立漆膜外觀與2次電泳的電壓、電泳時(shí)間這4個(gè)因子的關(guān)系圖，通過調(diào)整得出較優(yōu)水平。

3 結(jié)語

二次電泳，尤其是濕膜狀態(tài)下進(jìn)行的二次電泳，能夠得到滿足基本外觀和性能需求的漆膜。在生產(chǎn)制造中，如需提升電泳的節(jié)拍或增加膜厚，但是受到條件限制，二次電泳不失為一種可選的解決方案。它能通過較低的投入實(shí)現(xiàn)膜厚提升或提產(chǎn)，可應(yīng)用在對外觀要求相對稍低的汽車零部件、日用品、玩具等場合。

[1] 戴彥琳, 范世宇, 丁鶴群, 等. 可二次電泳涂裝的陰極電泳涂料制備[J]. 涂料工業(yè), 2007, 37 (9): 32-33, 39.

[2] 陳衛(wèi)東, 周偉博, 狄文偉, 等. 二次電泳工藝及其在汽車雨刮器上的應(yīng)用[J]. 涂料技術(shù)與文摘, 2011, 32 (8): 18-20.

[ 編輯：杜娟娟 ]

Introduction of two-step electrophoresis process

ZHAO Zhi-ying, WANG Jian-hui, CAO Xiao-gen*

Aiming to solve the problem of thin electrophoretic coating caused by lack of time at continuous and step-type production line constructed or being operated, the appearance and performance of the coating obtained by two-step electrophoresis were studied experimentally. The process control points were described. This technology can solve the problem of electrophoretic coating thickening, and is applicable to automobile part, daily necessities, toys, and others with relatively low requirements.

two-step electrophoresis; coating thickness; product performance; control point

TQ639.2

A

1004 - 227X (2015) 14 - 0804 - 04

2015-01-26

2015-03-28

趙志英（1984-），女，河北阜平人，專科，工程師，主要研究方向?yàn)槠囃垦b。

曹曉根，副高級工程師，(E-mail) caoxiaogen@gwm.cn。