新一代无铅环保电泳涂料ED-6C应用实践

1 前言
21 世纪,在汽车用涂料和涂装领域内,世界性的重要课题是适应环保、节能、节省资源的要求,亦即在高质量的涂装基础上降低成本。为此,许多涂料供应商、汽车公司以及涂装设计院都在积极地独立或联合开发节能、环保、高质量的涂料和涂装工艺。ED-6C 是美国PPG 公司最新开发的新一代无铅环保电泳涂料。为了满足建设资源节约型和环境友好型的社会、降低制造成本及适应市场竞争的需要,笔者所在公司于2006 年初在国内率先使用了该产品。在将近两年的运行过程中,ED-6C 涂料体系体现了很多优势,也出现了一些问题。现将该体系应用的体会介绍如下,供同行参考。

2 ED-6C 涂料体系
2. 1 技术指标
ED-6C 涂料体系主要成分包括乳液(聚丙烯树脂、单丁基醚和可塑剂等)、色浆(硅酸铝、二丁基氧化锡、二氧化钛,乙二醇丙烯和碳黑等)、氨基磺酸和PM 溶剂。ED-6C 产品的技术指标见表1。
表1 ED-6C 涂料体系技术指标

2. 2 产品特点
ED-6C 涂料体系具有良好的环保性能,无重金属铅和低溶剂含量的特点,其颜基比(10% ~ 16%)和固体分(18.0% ~ 23.0%)较低,施工条件(膜厚23 μm)为32 °C/225 V/2 min(未超滤)或32 °C/250 V/2 min(25%超滤)。烘干条件165 °C/15 min,比传统的180 °C/20 min 节省了大量能源。

3 ED-6C 应用过程
3. 1 原电泳槽液混槽处理
由于本次ED-6C 不是应用在新生产线而是应用在槽内有电泳漆的RoDip-3 生产线,因此需对原电泳槽液进行混槽置换。按照下列步骤进行投槽使用:(1)产品性能和施工条件可行性分析,(2)实验室的静态混槽实验,(3)现场槽液置换前的各种资源准备,(4)投槽过程中的参数监控和数据收集,(5)混槽过程结束后数据整理和分析总结。
槽液配比如下:
w(固体分) 20.55%
颜基比 0.21∶1
w(去离子水) 46.05%
w(树脂) 47.99%
w(颜料浆) 5.98%
加料比(质量比) 9∶1

槽液参数如表2 所示。
表2 槽液参数

3. 2 ED-6C 在RoDip-3 系统上的应用
ED-6C 在RoDip-3 系统上应用后,其槽液性能、漆膜性能和与笔者所在公司使用的其他产品的配套性均能满足奇瑞Q/SQR 04 062–2004《电泳漆技术标准》(该标准符合国家和行业标准)的要求。表3 是ED–6C在RoDip-3 系统上应用前、后,不同车型施工电压和车身平均打磨点数的对比。
表3 不同车型应用ED–6C 工艺前、后,施工电压和车身平均打磨点数的对比

表3 表明,应用ED-6C 涂料系统后,电压降低了,需打磨的点数也减少了。应用ED-6C 涂料体系前、后的工艺对比见表4。表4 表明,应用ED-6C 涂料体系后,过滤袋的更换频次减少,车身表面粗糙度降低,泳透率增加,膜厚增加。
表4 应用ED-6C 涂料体系前、后工艺的对比

1) ED-6C 乳液固含量36%,色浆固含量54%;ED-6C 前使用产品乳液固含量30%,色浆固含量60%。

3. 3 ED-6C 电泳涂料体系应用优点
(1) 环保。ED-6C 成分不含铅和其他重金属,且VOC 含量低,如槽液VOC 为0.07 kg/L,槽液溶剂含量0.6% ~ 1.0%。
(2) 良好的耐蚀性。与其他无铅产品相比,ED-6C在冷轧板上能达到含铅电泳漆同等的抗锈蚀性能。
(3) 良好的边缘覆盖效果(小于或等于0.06 mm)。
(4) 无针孔,不易产生流痕。在RoDip-3 生产线上,未使用ED-6C 之前,电泳车身的前盖、顶盖和后盖上小针孔较多,前盖、后盖流水槽有较多的流痕;使用ED-6C 之后,小针孔几乎消失,流痕明显减少(从电泳车身上的打磨点数可以看出)。
(5) 由于较低的颜基比和固体分,不易产生沉淀,电泳超滤系统的清洗周期延长。
(6) 更高的泳透力。从上述单耗和膜厚的对比来看,外表面膜厚一致,但内表面膜厚增大,内外表面膜厚差异小于或等于4 μm,平面和立面的膜厚差异小于或等于2 μm。电泳单耗增高,说明泳透力与原来使用的产品相比有了更大的提高,车身的耐腐蚀性能增强。
(7) 较低的施工电压。最初,按照产品说明书要求将三段施工电压设置为100、200 和250 V,但测量车身膜厚发现严重超厚。经多次调整,三段施工电压最终确定为80、120 和200 V,比原先大大降低。
(8) 节能。烘干温度为165 °C/15 min,比原先的180 °C/20 min 节省了大量能源。
(9) 施工成本低。较长的过滤袋使用周期,较小的溶剂污水处理量,使施工成本大大降低。
(10) 光滑平整,无缩孔、颗粒的电泳漆膜外观,减少打磨处理量,节省了人力和物力。

3. 4 出现的问题及解决方案
(1) 由于颜基比低,因此烘干后电泳车身漆膜质量对前处理磷化车身质量有很大的依赖性;对于焊装和前处理车身带来的印痕和颗粒遮盖性不够好,电泳车身容易出现印痕,因此对焊装白车身的质量和磷化车身质量要求较高。同时,电泳的第一段施工电压不能升高过快和过高,避免因电化学反应剧烈而在电泳车身上产生印痕。
(2) 电泳车身膜厚随温度的变化较大。奇瑞QQ系列在一、二、三段施工电压分别为60、120 和200 V的条件下,在30 ~ 33 °C 之间每波动0.4 °C,膜厚将变化1 μm。由此可见,在电泳槽液温度不恒定的情况下,膜厚的控制较困难。温度升高,则膜厚增大,油漆消耗升高,成本增加;温度降低,膜厚降低,可能会达不到膜厚要求,以致影响车身的耐腐蚀性能。为了平衡成本和质量的关系,需要对电泳槽液的温度和车身膜厚进行密切的跟踪,然后通过调整电压控制膜厚,工作量相对较大。
(3) 混槽置换期间出现电泳漆膜看不到针孔而喷上中涂后产生大面积针孔的现象(与多家中涂的配套都产生针孔)。经多次对比实验,确认是电泳涂层产生问题。为解决该问题,对电泳用纯水水质、电泳后冲洗状况、电泳添加剂、电泳涂膜的烘干曲线等做了大量的检查和调整,但情况并未得到改善。于是,认为该现象是置换混槽产生的特殊现象,混槽结束后将会自动消失;但混槽结束后针孔问题依然存在。最后,对所有与电泳涂膜质量有关的状况和参数进行审查,发现电泳烘干的升温速率过快,为40 °C/min(在3.5 min内升到140 °C),于是试着小幅调整,直到将升温速率调整到20 °C/min 后,问题才得到彻底解决。
(4) 由于ED-6C 的颜基比低、树脂含量大,电泳槽液黏度大,导致漆液很容易附着在电泳滑橇上且不易清洗;当它们被带到后续工序,电泳闪干区、电泳烘房入口滚轮会产生大量电泳积漆,从而把滚轮粘死,导致较多的设备故障。为解决该问题,在滑橇底部安装刮刀,同时调整电泳槽液的pH 和逐步改变槽液的溶剂含量、颜基比、酸的种类,最终通过添加氨基磺酸来提高槽液MEQ 值,并将醋酸与氨基磺酸配合使用,使电泳漆膜变软且容易清洗,使问题得到了较好的控制。

4 结语
最新一代无铅电泳涂料ED-6C 的应用实践表明,新材料的应用大大提高了汽车车身的质量,同时降低了汽车涂装的综合成本,在增强汽车企业竞争力的同时对环保节能起到一定的作用。笔者所在公司将致力于新工艺、新材料和新技术的研究和应用,以提升企业竞争力,并实现企业的可持续发展。

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