1、谈阴极电泳涂装工艺设备的精益优化设计中国第一汽车集团公司 王锡春 李文刚（130011）摘要：文章介绍阴极电泳（CED）涂装30年发展及现状，当今面临环保、节能减排法规要求CED涂装更绿化，要求CED涂装工艺及设备设计更精益化。笔者从CED工艺设备设计的基本功、纠正认识上的误区、关键特性泳透力和节能减排新技术等方面阐明见解和实现精益化设计的建议。关键词：阴极电泳涂装、环保清洁生产、节能减排、新型CED涂料、热泵技术、ED-RO技术、精益优化设计。1977年世界上第一条汽车车身阴极电泳（CED）涂装线在美国投产，汽车涂装进入了阴极电泳时代。基于CED涂膜的耐腐蚀性能优良，泳透力好，能成倍地提高汽
2、车车身的使用寿命（保用1012年不产生穿孔锈蚀），阴极电泳涂装工艺技术在汽车工业中的普及率和普及速度之快是史无前例的，不到10年，汽车车身的阴极电泳化率达90%以上。我国在“六五”期间，沈阳和北京油漆厂引进了阴极电泳涂料，在中汽公司组织下，一汽、二汽、济汽引进了三条驾驶室阴极电泳涂装线及相关涂装技术，与1986年7月后三条线相继投产，形成阴极电泳涂装全面替换阳极电泳、浸涂和喷涂等底漆工艺之势，新建车身涂装线全部采用阴极电泳涂装工艺。30多年阴极电泳涂料和涂装技术不断取得进步和完善，如耐腐蚀性、泳透力、环保性等方面都有较大的提高。阴极电泳涂装已成为经得起考验、成熟的汽车车身打底涂装技术。2009
3、年我国成为世界汽车生产的第一大国；上千万辆汽车，除部分大客车和改装车的车身外，都采用阴极电泳涂底漆工艺。CED涂装工艺至今仍是先进的汽车车身的涂底漆工艺，尚无理想的工艺来取代它。阴极电泳涂装技术在汽车零部件（如车架、车轮、中小钣金件、减震器、雨刮器、车厢及金属部件等）涂装中也得到广泛应用，在其它工业涂装领域（如建材、轻工、农机、军工、家用电器等金属件涂装领域）也得到普及和推广应用。有人认为“电泳涂装工艺经过长时间的发展和应用已经比较完善，可改进的地方并不多”（5）。笔者基于下列情势持不同看法，认为阴极电泳涂装技术改进完善和创新的空间还很大。n 基于国家的环保、清洁生产和节能减排的法规相继颁布，
4、要求阴极电泳涂装工艺更绿化（低VOC化、低碳化、无害化）；n 资源短缺，原材料涨价，汽车市场竞争激烈，要求在保证涂装质量的基础上，依靠技术进步，改进完善CED涂装工艺及装备，降低CED涂装成本，提高产品的竞争力；n 周边相关技术进步及成熟（如EDRO、热泵技术、新的CED涂料等），相互促进，需更换、淘汰落后的工序及装备和涂料更新。还有，笔者在技术咨询、现场技术服务中发现，设计人员对阴极电泳涂装工艺的认识研究不到位，认识上有误区，缺乏按工况、被泳涂件的性状活用相关技术和精益设计的能力，局限于翻版设计，致使工艺设备设计落后，投资运行成本高。本文是在阴极电泳（CED）工艺更绿化；如何依靠技术进步提高
5、资源利用率、降低CED涂装成本；CED工艺设备的精益化设计等方面和纠正认识上的一些误区阐述笔者看法，与读者探讨。1、 进一步认识研究阴极电泳涂装原理，过程及活用相关技术。 CED涂装工艺及设备设计人员只有在弄清和熟知CED涂装原理；电解、电泳、电沉积（凝聚）、电渗等在涂装过程中的物理化学作用（参见图1）和下列相关技术（参数），才能活用相关技术和打好精益设计的基础（基本功）（1）。 电泳涂装的工艺参数（电泳条件）：槽液温度、电泳电压、电泳时间、槽液特性（PH值、电导率）及它们的相互关系。CED电泳涂装的原理 1) 被涂物表面附近由于水的电解作用导致pH值升高 2) 涂料粒子失去电荷从溶液中析出并
6、沉积形成涂膜电泳涂装过程伴随电解、电泳、电沉积（凝聚）、电渗等物理化学作用。图1 CED电泳涂装原理示意图 槽液组成：固体份（NV）、有机溶剂含量、灰分、MEQ值、库仑效率。 最佳极距、电场强度（E=V/L）、电泳的临界电压、工作电压、破坏电压。 电泳涂装时的电流、膜厚和湿漆膜电阻的变化及相互关系。（参见图2） 泳透力及影响影响泳透力的关键因素。 产生电泳漆膜弊病的原因及防治；如颗粒、缩孔、针孔、再溶解、涂膜偏厚或偏薄、异常附着等，泳透力差、二次流痕、斑迹、外观不良、带电入槽阶梯、涂膜剥落等10多种电泳涂装独有的弊病的病因及防治措施。 通电方式：带电入槽和入槽后通电（即工件全浸没后通电）；带电
7、出槽，不分段和分段电压供电；它们适用于何种工况。 电泳后清洗的功能及目的，如何防止再溶解，如何降低耗水量和减少污水排放量。图2 电泳涂装时的电流值涂膜增厚和涂膜电阻的关系 如果涂装工艺设备设计人员欠缺上述技术知识或说不清道不明，除能翻版设计外，就谈不上活用相关技术，做不到按工况和被涂物性状进行精益设计或有所创新，势必造成一定的生产隐患。 二、阴极电泳涂装工艺、设备设计的基本守则（原则）新的CED涂装线经调试达产后，应满足工艺要求的涂膜质量基准及相关的经济技术指标，具体内容如下：2.1 CED涂膜的质量基准（4、8-4）涂膜外观：平整光滑，无针孔、缩孔，涂膜完整；其它涂膜弊病应在工艺标准许可的范
8、围内。涂膜厚度：膜厚应均匀、膜厚差应能控制在工艺设计膜厚2mm程度；对结构复杂的有内腔的被涂件（如汽车车身）、各部位的涂膜厚度各汽车公司都有基准。一般要求内腔表面膜厚10mm，车身外表面1822mm（参见图3）。图3 汽车车身各部位CED涂膜厚度分布 CED涂膜的耐腐蚀性：它虽与所选用的CED涂料，CED与前处理的配套性和工艺设备管理有关。但要求稳定在工艺设计标准的范围内，如耐盐雾性504h，720h或1000h，划叉处2mm范围内丧失附着力，其余表面不允许有起泡（疤型腐蚀）。轿车车身一般要求盐雾试验1008h或循环交变腐蚀试验达60个循环。.2.2 环保、节能减排目标值CED涂装属于水性涂装
9、工艺。在环保上已可称为“绿化工艺”，但随保护地球环境的标准的提高，要求进一步低VOC化（降低有机溶剂和加热减量），无害化（无铅无锡化）和低碳化（削减CO2排放量）。无铅无锡CED涂料近年来已普遍采用；低VOC含量和加热减量的CED涂料尚处于开发阶段，应促进推广采用。阴极电泳涂装设备的动力能耗（不包括烘干能耗）还是较大。占年产24万辆轿车车身涂装车间用电量的12.9%（装机额定功率989KW）；每台车身涂装排出CO2量160.1kgCO2/台，其中CED占9.9kgCO2/台（6.2%）（2）。还有，CED涂装工艺的耗水量、纯水用量及利用率、污水排放量都应有设计目标值。向先进看齐，每次新设计时，
10、应在原有设计的基础上，依靠技术进步和创新使环保、节能减排有所进步。 2.3 在确保电泳涂装品质、产量和通过性的前提下，电泳槽体积（槽液容量）应尽可能小；极距应严格控制在最佳范围内；以节省投资、投槽费用和降低电泳涂装的运行成本。3、 需纠正认识上的误区从技术交流和期刊文章中得知，对CED涂装的认识尚存在，如：在连续式电泳涂装线可采用入槽后通电方式；极距可不严格控制；电泳后增加清洗次数能提高洗净度等误区。它们影响电泳涂装质量和运行成本，需纠正之。3.1在连续式电泳涂装线上难实现不带电入槽或入槽后通电的方式。在电泳涂装时泳涂工件入槽通电方式：分带电入槽和不带电入槽（即入槽工件全浸没在槽液中后通电）两
11、种。不带电入槽方式仅适用于间歇式单工位电泳涂装场合，其优点是可避免产生带电入槽阶梯弊病，缺点是脉冲电流大，需设置软起动。在连续式生产的CED涂装场合，阳极始终处在通电状态，槽液导电，当工件接触槽液就带电，无论在挂具绝缘还是接通供电回路（汇流排）都一样，电解、电泳、电沉积等作用就开始。这与电泳作业时严禁人员接触槽液，防止电击，确保人生安全；在分段供电场合，要采取措施防止电泳漆在低电压阳极上沉积；和电泳槽内不允许有裸露的金属件等的状况及原因一个样。只有在入槽段保持工件与阳极同电位，才能实现不带电入槽（即全浸没后通电），在这种场合可能产生工件阳极溶解问题。在产量大，链速快（V4.0m/min）、中小
12、件（高1.5m，长度1.0m左右）电泳涂装场合显不出两种通电方式大的差别，因入槽所占时间很短，可在泳涂大型工件（高2.0m，长度3.0m，如高度2.5m的商用车驾驶室、长度3.0m的厢式面包车），链速又慢（50ms排放或局部补给前道工序，最后在浸槽出口的沥水段后喷雾新鲜纯水，控制滴水电导30ms,滴落的纯水流入纯水浸洗槽。制纯水现今都采用反渗透（RO）法，当原水（自来水）水质在200ms左右场合，一级RO装置就能制得电导10ms以下的纯水；原水水质差的场合，则需两级RO处理才能制得合格的纯水。制纯水的耗水量和能耗十分可观。近年来，采用ED-RO再生纯水技术，实现电泳后冲洗全封闭，实现“”排放工
13、艺已成熟（参见图6）。借助ED-RO装置将电导为50ms的循环纯水再生为电导为5ms的纯水滤液，替代新鲜纯水；浓缩液送往UF液浸洗槽。其效果是约可削减新鲜纯水用量50%左右，可进一步提高CED涂料利用率和基本消除电泳后清洗的污水排放。综上所述，CED涂装工艺设备的改进、发展、创新的空间还很大。为CED涂装更绿化，进一步提高资源利用率，节能减排，降低涂装成本，提高产品的竞争力，笔者建议CED涂装工艺设备设计人员练好基本功，纠正认识上的误区，对原设计应逐工序，逐台设备进行审核，精心计算设计和总结经验教训；按工况和被涂物的性状，活用相关技术，进行精益化设计，使新设计的CED涂装生产线在各项经济技术效
14、益方面具有世界先进水平。2011.8.15于长春一汽参考文献：1、 王锡春编著 书 汽车涂装工艺技术2005年1月，化学工业出版社出版，第一章第四节，P.21；第二章第二节，P.5575；第四章3.1节，P.185。2、 王锡春主编 书 涂装车间设计手册2008年7月化学工业出版社出版，第三章，P.4567。3、 赵安伟等电泳流痕处理，期刊上海涂料2010年12月，P.4445。4、 周晶等电泳漆梯度膜厚对涂层耐蚀性的影响，期刊上海涂料，2011年5月，P.1415。5、 赵安伟电泳涂装常见缺陷及对策，期刊现代涂料与涂装，2011年5月，P5254。6、 许业柱等取消瑞风车身电泳出槽带电的应用，期刊现代涂料与涂装，2011年6月，P.5658。7、 陈茂江汽车涂装线的设计与应用，期刊涂料工业，2009年10月，P.1116。8、 王锡春文集之二汽车涂装与涂装材料，2011年6月。8-1、阴极电泳涂料涂装发展历程及趋势，P.2731。8-2、译文涂装用CO2热风循环热泵节能减排效果好，日刊塗裝技術，2010年8月号、9月号。8-3、译文省能低沉降型电泳涂料的特征和应用展望，日刊塗裝技術，2010年7月号，P.8487。8-4、译文高泳透力电泳涂料的开发，2006年6月。9、稽俊浩浅谈AP11发动机盖前端电泳针孔的解决，期刊上海涂料2011年8月，P.3032。
