0 前 言

陰極電泳(CED)涂裝是必須采用專用涂料和涂 裝設(shè)備的技術(shù)含量高且復(fù)雜的水性涂料涂裝方法。 專用涂料就是VOC含量低的水性CED涂料。CED涂 裝能實現(xiàn)全自動化，且涂著效率高、CED涂膜性能優(yōu) 良、耐腐蝕性能優(yōu)異、能成倍提高汽車車身的使用壽 命(保證10～12 a不產(chǎn)生穿孔銹蝕)、特別適用于大量 流水的車身涂裝(JPH60臺/h，鏈速6 m/min以上)。自 1977年世界上第一條汽車車身CED涂裝線在美國投 產(chǎn)以來，CED涂裝工藝技術(shù)在世界汽車工業(yè)中的普 及率和普及速度是史無前例的，在20世紀(jì)80年代就 形成新建汽車車身涂裝車間都采用CED涂裝工藝之 勢，汽車車身的陰極電泳化率很快達(dá)到90%以上。

在近30年中，CED涂料及涂裝技術(shù)有了較大的 技術(shù)進步，已經(jīng)是非常成熟的、先進高效的涂裝工 藝，至今尚無理想的汽車車身涂底漆工藝技術(shù)替代CED涂裝工藝[1]。CED涂裝工藝在農(nóng)機、工程機械、建 材、家用電器、五金、金屬制家具、摩托車、電動車、自 行車及其零部件等工業(yè)領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

基于CED水性涂裝的優(yōu)點，人們早已認(rèn)為CED 涂裝屬于綠色涂裝技術(shù)，可是按當(dāng)今的"綠色涂裝理 念"實現(xiàn)10個更少、6個高效、2個更高、1個更低[2]，可 持續(xù)發(fā)展等創(chuàng)建環(huán)境友好型、低碳經(jīng)濟社會的時代 要求，和清潔生產(chǎn)的生態(tài)及經(jīng)濟目標(biāo)來衡量，再加上 生產(chǎn)實踐中的感受，傳統(tǒng)的CED涂裝尚存在以下不 理想之處：

(1)能耗較大：CED涂料的固化溫度偏高(170～ 180 ℃)，不利于節(jié)能減排和熱容量大的工件(厚板 件、鑄件及空腔件)采用CED涂裝，希望CED涂膜固化 低溫化、快速化。

超值膜厚無論作業(yè)或不作業(yè)，槽液必須24 h不停 攪拌，使耗電量偏高。希望改進CED的泳透力和沉降 性，節(jié)省電能、降成本。

(2)對泳透力的概念理解不到位，第1、2代CED涂 料的泳透力偏低或太低。泳透力原僅理解為：在電泳 涂裝過程中使背離電極(陰極或陽極)的被涂物表面 上漆的能力(僅是遠(yuǎn)離電極之意，理解為靜電噴涂時 的環(huán)繞性)。需增加理解為：在電泳涂裝過程中穿透 孔、隙，克服屏蔽效應(yīng)，使被涂物空腔內(nèi)表面(隱蔽部 位)涂上漆的能力。

國內(nèi)最早用一汽鋼管法、福特盒法，現(xiàn)普遍用四 枚盒法。前兩種方法適合測試泳透力較低的電泳涂 料，四枚盒法(圖1)展示了車身各部位的結(jié)構(gòu)：A面車 身門外表面；H面為背(或遠(yuǎn))離電極的表面(如車身頂 蓋外表面)；B、C面為背(或遠(yuǎn))離的表面(車身內(nèi)表面， 地板)；D、E表示車身門內(nèi)腔、立柱；F、G表示需穿過3 個Ф8 mm的孔，克服屏蔽效應(yīng)才能到達(dá)的內(nèi)夾層、空 腔內(nèi)表面。

在采用泳透力較低的第1、2代CED場合，為使車 身內(nèi)腔表面涂上漆(≥10 μm)，是靠提高泳涂電壓和 延長泳涂時間來實現(xiàn)的，即使這樣有時還是達(dá)不到 要求，還要采取增設(shè)輔助電極的措施(如廂式面包車 身內(nèi)安裝隨行輔助陽極，來確保車身內(nèi)表面及空腔 內(nèi)表面涂上漆)。其結(jié)果是產(chǎn)生外表面(尤其是靠近陽 極的被涂面)泳涂膜厚超厚(達(dá)25～28 μm，甚至厚達(dá) 30 μm以上)。另外車身各部位的泳涂時間不一樣，造 成車身外表面厚度薄厚不均(有時相差10 μm)。車身 外表面CED的膜厚基準(zhǔn)一般為20 μm，超值膜厚造成 CED消耗量的增大、成本的提高。

(3)具有銳邊的工件和表面粗糙的被涂物(拋丸 處理過的鑄件和厚板件)CED涂裝后，耐腐蝕性能差。 在電泳過程中泳涂膜厚正常(可能因尖端效應(yīng)，銳邊 和凸出部位的涂膜還厚一些)，但在烘干時受熱展平 性或表面張力的影響，銳邊和尖端部位的膜厚變薄， 甚至可能露底，抗不住鹽霧試驗。

(4)CED涂層作為底面合一涂層使用場合，應(yīng)具 有一定的耐候性。以環(huán)氧樹脂為基料的CED涂料耐 腐蝕性很好，可是耐候性差，工件露天存放1～2個月 就嚴(yán)重失光。

(5)需進一步提高CED涂裝的環(huán)保性。低加熱減 量化、低VOC化、無重金屬(無鉛無錫)、無有害物質(zhì) (HAPs)，實現(xiàn)電泳后清洗污水零排放。現(xiàn)今CED涂料 烘干時的"油煙大"，槽液調(diào)整經(jīng)常需加溶劑。

近3～5 a來，引入"綠色涂裝"理念，創(chuàng)建"綠色涂裝車間(Green painting shop)和高效的涂裝工藝體 系，成為以汽車涂裝為代表的工業(yè)涂裝發(fā)展的主流 趨勢。轉(zhuǎn)型必須重新審評傳統(tǒng)工藝的環(huán)保性、經(jīng)濟性 和資源利用的合理性等。CED涂裝工藝雖非常成熟， 但還存在上述不足需克服，涂料和涂裝界在CED涂 裝方面進行大量開發(fā)、研究、改進工作，并取得了較 大的技術(shù)進步。如CED涂料在薄膜高泳透力、銳邊耐 蝕性、固化低溫化、低加熱減量和低VOC化、耐候性、 無有害物質(zhì)和節(jié)能降成本方面都取得了突破性的進 展。

1 新推出和已投產(chǎn)應(yīng)用的CED涂料新品種

1.1 薄膜高泳透力型CED涂料(車身打底用) 為省資源，降低CED涂裝成本，開發(fā)涂膜厚度(車 身外表面15～18 μm，內(nèi)腔≥10 μm)為基準(zhǔn)的薄膜高 泳透力型CED涂料，在外表面膜厚降低的條件下，防 腐蝕性、外觀(粗糙度)等性能仍與原有的CED涂料相 同，其泳透力在與前處理轉(zhuǎn)化膜(磷化膜或薄膜型無 磷轉(zhuǎn)化膜)配套后，四枚盒泳透力應(yīng)達(dá)到G/A=0.6以 上，泳涂膜厚在設(shè)定的(15～18 μm)工藝條件下，延長 泳涂時間，涂膜厚度幾乎不增加。提高濕涂膜電阻， 在工藝設(shè)定的泳涂電壓下，達(dá)到工藝要求的膜厚后， 就不再電沉積或電沉積與反溶量平衡，關(guān)鍵目標(biāo)是 提高泳透力。

國內(nèi)外涂料公司近幾年推出的品種有：湘江關(guān) 西的HT-8000、PPG公司的ED-7000、艾仕得(原杜邦 公司)ES27、BASF公司CG800、凱柏立邦的PN1400等 品牌的CED涂料都達(dá)到上述目標(biāo)值(參見表1)，在近2 a里已在全球全面商業(yè)化。

1.2 薄膜高泳透力型CED涂料的優(yōu)點

(1)每臺車身涂料的消耗量可以降低20%左右， 降低綜合涂裝成本約10%。實例：某轎車車身電泳涂 裝線，標(biāo)準(zhǔn)型CED涂料的消耗量為2.41 kg/臺；采用第 一代高泳透力CED涂料消耗量降為2.13 kg/臺；采用 高泳透力HT-8000后，降到1.89 kg/臺，總降低27.5%。

(2)能降低CED涂裝的運行成本。在相同庫侖效 率下隨沉積量(整體膜厚的降低)的減少約20%，電能 消耗也降低，陽極液的排放也減少，烘干室的排氣也 減少而節(jié)能，同時降低了車身質(zhì)量(約0.5 kg/臺)。

(3)與薄膜新型(納米級)前處理配套性良好，外觀 好，消除采用薄膜型無磷化前處理工藝泳透力下降 的現(xiàn)象。

(4)可以和目前使用的CED涂料進行混槽平穩(wěn)轉(zhuǎn) 換(注意：當(dāng)需替換不同供應(yīng)商的產(chǎn)品或不同體系的 產(chǎn)品時，需經(jīng)混槽驗證后才能替換)。

(5)隨CED涂料泳透力的提高，可取消泳涂廂式 空腔復(fù)雜結(jié)構(gòu)的被涂物場合的輔助電極。如在泳涂 廂式車身時在車身內(nèi)安裝隨行輔助陽極，而采用高 泳透力CED 時可取消(參見圖6)。

1.3 CED涂料固化(烘干)溫度低溫化、快速化

從圖4的HT-8000和ES21、27的烘干窗口來看，都 比標(biāo)準(zhǔn)CED涂料的烘干窗口更寬廣了。原采用乙二 醇改性的二苯亞甲基異氰酸酯(MDI)和錫/鉛催化劑， 通常的烘干條件為(160～180) ℃×20 min，如選用催 化作用更好的催化劑，最低的烘干條件為150 ℃×20 min(低于135 ℃，將固化不良)。

用肟和鄰苯二甲酸酯(DMP)改性的脂肪族異氰 酸酯(并選用相應(yīng)的催化劑)可在120～130 ℃下交聯(lián) 固化，可是受CED涂料槽液穩(wěn)定性的限制(據(jù)資料介 紹，CED涂料在120 ℃以下化學(xué)交聯(lián)固化同時又要維 持良好的槽液穩(wěn)定性幾乎不可能)。

標(biāo)準(zhǔn)CED涂料和低溫烘干型涂料的烘干窗口列 于圖7中。從圖中的升溫曲線可看出厚板件的熱容量 比薄板件大，升溫時間長，如采用低溫烘干型CED涂 料可縮短烘干時間30%。

車身CED涂裝烘干規(guī)范的選擇，不僅取決于 CED涂料，還要考慮被涂汽車車身的材質(zhì)及其制造 工藝的需要。如車身輕量化采用高強度鋼板，鋁合金 板材、黏接替代焊接工藝等，常借用電泳烘干后處 理。選擇較低的CED烘干溫度，也要滿足高強度鋼板/ 鋁板的熱硬化，結(jié)構(gòu)膠和泡沫交聯(lián)固化的需要。

浩力森涂料(上海)公司最近開發(fā)成功OHT系列 超低溫CED涂料，烘干條件為工件溫度(110～120) ℃×25 min，其烘干規(guī)范如圖8所示。且槽液穩(wěn)定性良 好，涂膜性能也達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，為不耐高溫烘干的工 件(如橡膠或塑料與金屬的組合件)和熱容量大的鑄 鍛件、厚板件、空腔結(jié)構(gòu)件采用陰極電泳涂裝工藝創(chuàng) 造了條件。

CED涂料固化低溫化、快速化是CED涂裝節(jié)能 減排主要措施之一。按一般經(jīng)驗，在高溫烘干場合， 烘干溫度每降低10 ℃，可節(jié)能約10%左右。另外低溫 化也有利于降低CED涂裝的加熱減量。

1.4 銳邊耐腐蝕型CED涂料

銳邊耐腐蝕性CED涂料系指被涂物的銳邊(如 鋼板切口)、尖端(如拋丸處理過的鑄鍛件、厚板件表 面的凸出部)在CED涂裝后覆蓋性優(yōu)良(與其他部位 相比，涂膜厚度不大幅度減薄見圖9)，具有一定的耐腐蝕性。銳邊耐腐蝕性的測定，不是在普通鋼板上劃 "×"試驗，而是用單面刀片電泳后，進行鹽霧試驗， 考察刀口產(chǎn)生的銹點和起泡的多少。在CED配方設(shè) 計時要考慮采用阻流措施，如添加流變抑制劑，來防 止烘干時的熱流平性或銳邊涂膜的熱收縮現(xiàn)象。

圖9中顯示ESTM 27 CED涂料更均勻。在汽車車 身CED涂裝中銳邊耐腐蝕性(邊角膜厚)可認(rèn)為不是 關(guān)鍵項，因由后工序的沿縫隙涂密封膠彌補之。可是 對于有銳邊(切口)的零部件(如車輪、車架等)、拋丸處 理過的鑄鍛件和厚板件而言，CED涂料的銳邊耐腐 蝕性(覆蓋性)是關(guān)鍵項(性能)。

1.5 省攪拌低沉降型CED涂料

為防止顏料沉降、凝聚、堆積，傳統(tǒng)的CED涂料 槽液必須連續(xù)攪拌，而低沉降型CED涂料的特性是 非涂裝時可以不攪拌(或定時進行攪拌)，僅在涂裝作 業(yè)時進行相應(yīng)的攪拌，使槽液的固體分、溫度均一化 和除去被涂物表面上的氣體。

其結(jié)果是可大幅度節(jié)省攪拌所需的電能，實例 如圖10所示。可降低攪拌時能耗85%，可不設(shè)防止停 電所需的備用電源。可減少由顏料沉降引起的涂料 損失及維護費用和涂膜弊病，減少溶劑蒸發(fā)量。

設(shè)計開發(fā)省攪拌低沉降型CED涂料的代表新技術(shù)措施是顏料低密度化、微粒化(采用微粒化的顏料 或變更分散工藝)、顏料低濃度化(或無顏料化)。

開發(fā)采用低沉降型CED涂料也是CED涂裝的節(jié) 能減排的主要措施之一。在近10年中低沉降型CED 涂料在日本的市場高速增長。

1.6 耐候性CED涂料(底面合一CED涂料)

在汽車車身涂裝中，CED涂料僅作為底漆使用； 而在汽車零部件、五金、室內(nèi)用具等領(lǐng)域涂裝中， CED涂膜可作為單一涂層使用，既是底漆又是面漆， 稱為底面合一型CED涂料。當(dāng)CED涂層在室外使用 于被涂物(如車輪、車架等)上既要求有良好的耐腐蝕 性，又要有一定的耐候性。當(dāng)初以環(huán)氧樹脂為主體的 CED涂料耐腐蝕性優(yōu)異，可耐候性一般。如采用耐候 性較好的丙烯酸樹脂CED涂料，耐腐蝕性又不理想， 另外成本也較高。

新推出的耐候型CED涂料是將環(huán)氧CED涂料和 丙烯酸CED涂料復(fù)合配制而成。它是利用兩種樹脂 的熔融熱流動性、表面張力的差異，在涂膜干燥過程 中通過自分層技術(shù)，使CED涂膜的底層以環(huán)氧樹脂 為主，表面層是以丙烯酸樹脂為主，形成自分層型或 耐蝕耐候兼有的底面合一型CED涂料。中山大橋化 工的PD2000底面合一黑色CED涂料已推廣應(yīng)用于汽 車車架、摩托車車架，其涂膜厚20～35 μm，烘干溫度 (160～175) ℃×20 min，耐鹽霧500 h，耐候性(氙燈試 驗)500 h后，失光率≤30%，色差≤5 NBS。

1.7 CED涂料的環(huán)保性進步

CED涂裝的VOC來源于有機溶劑含量(包括涂 料所含的溶劑和生產(chǎn)線上調(diào)整補加的溶劑)和烘干 過程中產(chǎn)生的油煙(加熱減量)。實現(xiàn)低VOC化，現(xiàn)今 VOC已降到0.4%～0.8%，加熱減量降到4%以下[注 意：測濕涂膜重的干燥溫度和測固體分的干燥溫度 相同(105 ℃)，有的單位選120 ℃，可能使加熱減量的 測試結(jié)果偏低]。

無鉛無錫CED涂料已普遍使用，不含鎘、鉻、汞 等重金屬，不產(chǎn)生有害物質(zhì)(HAPs)。

2 CED涂裝工藝、裝備及管理方面的"綠 化"技術(shù)

(1)厚膜CED涂裝，一次泳涂膜厚達(dá)40 μm左右。 隨著緊湊工藝或免中涂工藝的采用和自分層型底面 合一CED涂料的開發(fā)應(yīng)用，使"二次電泳工藝"已無 發(fā)展前景。

(2)CED涂裝與粉末涂料配套的"濕碰濕"工藝， 有兩種施工順序：

①CED涂裝后吹干水分，靜電噴涂粉末涂料，隨后CED涂膜/粉末涂膜一起烘干；

②車身外表面先噴涂粉末涂料，待熱熔融后再 進行CED涂裝，隨后粉末涂膜/CED涂膜一起烘干，此 工藝稱為逆工序電泳涂裝工藝。該工藝的優(yōu)點是提 高泳透力，減少60%的CED涂料，用厚度為70 μm的 粉末涂層替代車身外表面的CED底漆和中涂層，其 缺點是粉末涂層與CED涂膜的交接處涂膜不完整， 致使已投產(chǎn)的涂裝線又更改為其他工藝。

"濕碰濕"工藝①是可行的，減少一道烘干而節(jié) 能減排，并可推廣應(yīng)用到濕(未固化的)CED涂膜上噴 涂液態(tài)涂料或涂密封膠后一起烘干。

(3)CED涂裝后清洗工藝的精益化設(shè)計。電泳后 清洗的目的是洗掉涂膜表面的槽液(浮漆)，回收電泳 涂料和提高涂膜表面質(zhì)量。為防止再溶解和提高清 洗效率，清洗次數(shù)不宜太多，清洗時間不宜太長。一 般為3道(3個區(qū)段)工序，其中2道UF液、1道純水洗[為 提高清洗效果和逆工序補液，在每個區(qū)段內(nèi)可增設(shè) 預(yù)清洗或新鮮UF液(或純水)排管]。清洗方式：結(jié)構(gòu)簡 單無夾縫的工件采用噴淋方式；對結(jié)構(gòu)較復(fù)雜有夾 縫的被涂物(如車身)，為消除二次流痕，采用噴浸結(jié) 合方式(先噴后浸)。清洗時間：噴淋≤0.5 min；浸：浸 入即出。

選用ED-RO反滲透裝置再生循環(huán)去離子水洗， 替代新鮮純水供循環(huán)純水洗槽出口端的最后一環(huán)水 洗，提高水的利用率，實現(xiàn)電泳污水"零"排放。

在底面合一涂裝和涂膜外觀(裝飾性)要求不高 的場合，電泳后可僅UF液清洗。

(4)優(yōu)化設(shè)計選用被涂物的輸送方式。如轎車車 身電泳涂裝線選用滾浸式輸送機系統(tǒng)，不僅可縮小 電泳槽的長度(容積)，并可使車身涂裝完全(實現(xiàn)車 身100%被涂面涂上漆)且?guī)?清洗液)量、兜液量大 幅度減少(由10～12 L/臺減少到2～3 L/臺)，減少涂 料損失和耗水量。

在CED涂裝零部件的場合，零部件的裝掛密度 可高些，原則上不碰、不貼在一起(相距1 cm)即可。在 確保CED涂膜均勻的前提下，每掛可盡量多掛些(注 意每掛的涂裝面積或質(zhì)量應(yīng)盡量接近)以提高CED涂 裝效率和降低生產(chǎn)線的鏈速或增長間歇式生產(chǎn)的節(jié) 拍。

(5)在確保生產(chǎn)能力、滿足工藝要求和被涂物(或 裝掛框架)通過性的前提下，電泳槽容積(容量)應(yīng)設(shè) 計得盡可能小些，以減少一次投槽CED涂料量，槽液 的循環(huán)量和縮短槽液的更新期，有利于節(jié)能降成本 和槽液的穩(wěn)定。

(6)在烘干室的熱源采用天然氣(或液化氣)的場 合，烘干CED涂膜可采用煙道氣直接加熱法(在烘干白色或淺色的底面合一CED涂料要通過工藝試驗確 認(rèn))，與間接加熱法相比，可節(jié)能減排30%左右。

(7)改變供貨方式，節(jié)省涂料，降低成本。在CED 涂料由供應(yīng)商直供OEM廠的場合，由原來的按涂料 的供貨量計價結(jié)算，改為按涂裝合格被涂物產(chǎn)量計 價結(jié)算(CPU)。涂料供應(yīng)商參加或承包CED涂裝線的 現(xiàn)場管理，可顯著提高CED涂料的利用率，涂料容器 清洗更干凈，包裝容器再生利用率大幅度提高。可杜 絕生產(chǎn)線上的跑、冒、滴、漏等浪費涂料現(xiàn)象，雙方管 理嚴(yán)格，供貨雙方目標(biāo)一致。

3 為CED涂裝工藝更"綠化"的建議

(1)CED涂料是僅適用于CED涂裝法的專用涂 料，為擴大其在各工業(yè)涂裝領(lǐng)域的應(yīng)用，適應(yīng)各種被 涂物的需求，應(yīng)多品種化。結(jié)合實際進行個性化地開 發(fā)新產(chǎn)品，改進老產(chǎn)品。

槽液穩(wěn)定、涂膜外觀無缺陷、固化低溫化、耐蝕 性好(按被涂物的技術(shù)要求和使用環(huán)境不同，可分等 論級，如耐鹽霧性分為≥500 h、720 h和1 000 h以上)、 作業(yè)生產(chǎn)性優(yōu)良、環(huán)保性達(dá)標(biāo)等應(yīng)是CED涂料· 涂裝 具有的基本性能。有些性能之間，如厚膜與泳透力(濕 涂膜電阻)、涂膜外觀平整光滑(Ra)與銳邊覆蓋耐蝕 性(抗熱流平性)、涂膜固化低溫化快速化與槽液穩(wěn)定 性、低溫型烘干涂膜與其耐蝕性等之間還存在一些 矛盾，要靠涂料專家和涂裝工藝師根據(jù)實際需要，利 用高超的技巧，平衡設(shè)計出性價比最優(yōu)的配方和涂 裝工藝參數(shù)，研制出以被涂物所需的主要性能為特 色，并能兼顧相關(guān)性能的CED涂料。

根據(jù)被涂物的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、技術(shù)要求和使用環(huán) 境，筆者將CED涂裝分類及其特性歸納于表2中，供 讀者參考。

(2)堅持走涂料· 涂裝一體化之路。涂料廠應(yīng)加 強售前售后服務(wù)，提高服務(wù)水平，將產(chǎn)品延伸到涂 層。CED涂層質(zhì)量是以涂料配方及其制造工藝和涂 裝工藝及其裝備互為支撐，兩者密不可分。CED涂料 是專用涂料，一旦投產(chǎn)應(yīng)用，供貨關(guān)系就相對穩(wěn)定， 有利于涂料廠與客戶雙方之間合作，有利于涂料廠 參加涂裝現(xiàn)場的管理，易實現(xiàn)CPU供貨方式；有利于 涂料廠及時從涂裝現(xiàn)場和涂層使用中搜索反饋問 題，改進和創(chuàng)新CED涂料。

(3)采用CED涂裝工藝的企業(yè)應(yīng)加速"綠化"轉(zhuǎn)型 進程，加速CED涂料更新?lián)Q代。設(shè)計、建設(shè)新的涂裝 線應(yīng)按"綠色涂裝"理念，精益優(yōu)化設(shè)計，千萬不要再 按傳統(tǒng)工藝翻版設(shè)計，進一步提高CED涂裝的環(huán)保 性，資源利用率、降低能耗、降低CED涂裝成本、提高 產(chǎn)品和企業(yè)的競爭力，為創(chuàng)建環(huán)境友好型、低碳經(jīng)濟 型社會作點貢獻。

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收稿日期 2014-02-11