阴极电泳涂料涂装的发展历程及趋势.doc

阴极电泳涂料阴极电泳涂料··涂装的发展历程及趋势涂装的发展历程及趋势中国第一汽车集团公司技术中心 宋华 王锡春(130011) 摘要：文章在介绍国内外电泳涂装应用发展情况后，按泳透力、电泳工艺参数、环保性、涂 膜的平滑性、耐腐蚀性等五方面的技术进步状况，推荐将阴极电泳涂料的发展历程暂划分三 代并预测了阴极电泳涂料··涂装的发展趋势 关键词：阴极电泳涂装 阴极电泳涂料 发展历程及趋势电泳涂料及涂装技术的研究起源于上世纪 50 年代，美国福特汽车公司于 1958 年发明、 开发成功“阳极电泳涂装法”获得工业应用已近半个世纪1962 年 9 月电泳涂装线正式投 产应用，并逐步替代汽车车身的浸涂或喷涂的打底工艺基与阳极电泳涂装过程产生阳极 溶解、阳极电泳涂膜的耐腐蚀性较低、不能适应冬季防路面冻结、防滑、路面撒盐产生的 “盐害”和提高汽车车身使用寿命的要求，于上世纪七十年代又开发成功耐腐蚀性好的、 泳透力较高的阴极电泳（CED）涂料，并于 1977 年世界上第一条汽车车身阴极电泳涂装线 在美国投产基于阴极电泳涂膜的耐腐蚀性能优良、能成倍地提高汽车车身的使用寿命 （确保实现汽车车身使用 10 年不产生穿孔腐蚀及结构损坏的目标） ，致使阴极电泳涂装工 艺普及速度之快是史无前例的。

凡新建的汽车车身涂装线均采用阴极电泳涂装工艺，凡已 采用阳极电泳涂装工艺的涂装线都采用阴极电泳涂料替换阳极电泳涂料，进行相关的技术 改造至 1985 年汽车车身的阴极电泳化率达 90%以上，至今全世界大量流水生产的汽车车 身几乎 100%都采用阴极电泳涂装打底从环保、资源利用、作业性和涂层质量等方面来评 价阴极电泳涂装现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 电泳涂装技术在其它工业涂装领域（如建材、轻工、军工、农机、家用电器等金属件涂装 领域）也得到普及及推广应用 我国电泳涂料和涂装技术的开发也有 40 多年的历史，在 1965 年上海涂料所开发成功 阳极电泳涂料，随后有些油漆厂也相继试制成功上世纪 70 年代我国汽车工业已建成几条 汽车零部件和驾驶室阳极电泳涂装线在改革开放 30 年中我国汽车工业和涂料工业也跟上 了阴极电泳涂装技术的发展步伐我国第一代阴极电泳涂料是由当时的兵器部五四研究所 （现改为五九所）于 1979 年首先研制成功，并在军工产品上得到了一定的应用，常州涂料 所、沈阳油漆厂、北京等单位也做了大量开发工作，开发的产品也在生产线上得到了应用 在六五期间北京、沈阳油漆厂分别从奥地利和日本引进了阴极电泳涂料的制造技术，一汽、 二汽和济汽从英国引进了阴极电泳涂装线及相关涂装技术，第一条现代化的驾驶室阴极电 泳涂装生产线于 1986 年 7 月 13 日在一汽车身厂投产，二汽和济汽的阴极电泳涂装线也相 继投产，随后在我国汽车工业中形成车身涂底漆工艺采用阴极电泳涂装替代阳极电泳涂装 之势。

在近 20 年中我国汽车工业获得超高速的发展，成为世界第三大汽车生产国和第二大 汽车销售市场尤其是轿车工业的发展更迅猛，由 1990 年产轿车 4.2 万辆猛增到 2007 年 的 610 万辆，增长百倍以上轿车工业的突飞猛进，带动汽车涂装及涂料飞跃式发展据 不完全统计，我国已有年产 5 万辆以上的汽车车身阴极电泳涂装线近百条（其中年产 20 万 辆以上的 10 条、10-20 万辆 44 条、5-10 万辆 32 条，还有在建和正在筹建的车身阴极电泳 涂装线 18 条） ；还有车架、车轮、车厢、中小冲压件等汽车另部件阴极电泳涂装线上百条世界著名的涂料公司（如美国 PPG、杜邦，日本关西、立邦，德国 BASF 等）在华建立 了独资或合资公司，并靠近汽车生产基地建厂它们的阴极电泳涂料产品几乎占领了国内 轿车阴极电泳涂装市场，并且几乎是从哪个国家引进的轿车产品就采用哪个国家的阴极电 泳涂料产品国内多家涂料公司（如上海金力泰、天津丽华、广东中山大桥、科德、东莞优立、武汉双虎、天津灯塔和科瑞达、吉化研究院等）自主开发或在消化引进技术基础上 开发生产阴极电泳涂料，供应商用汽车、农用车、车厢、车架、车轮和其它工业金属件等 电泳涂装市场，并在价格上有一定的优势。

综上所述，轿车车身阴极电泳涂装线半数以上是在近 7-8 年汽车工业高速发展期中建 设的，并且好多是由国外涂装设备公司承建的，所选用阴极电泳涂料也是选用国际涂料公 司的最新产品为主，因此可这样评价：我国汽车车身阴极电泳涂装的工艺水平和装备水平， 不仅与国际接轨，并且是世界一流水平阴极电泳涂料的发展历程 阴极电泳涂料自 1977 年获得工业应用后为适应市场、客户的需要，随技术进步和配方 制作工艺的不断完善，阴极电泳涂料的品种不断增多和更新换代，其作业性、涂膜性能和 环保性等都有很大的改进，甚至有质的变化关于其发展历程，各涂料公司表述不一，各 自按自己的产品更新（新产品的特点）作为发展代数如有的涂料公司阴极电泳涂料已发 展到第八代；有的涂料公司阴极电泳涂料发展到第五、六代；有的涂料公司阴极电泳涂料 发展的代数从开发电泳涂料算起（即一、二代为阳极电泳涂料） 表达阴极电泳涂料发展代 数的含义极不统一，横向（各公司间）无法比较，用户按代数也很难分辨 汽车车身涂装是阴极电泳涂料的最大市场，也是最具有代表性的阴极电泳涂装工艺， 对阴极电泳涂料性能（如作业性、涂膜性能等）和阴极电泳涂装要求最高的用户作者推 荐按汽车车身阴极电泳涂装技术进步和下列特性来划分阴极电泳涂料的发展历程，以便阴 极电泳涂料·涂装界统一认识，达到横向可比。

汽车车身用阴极电泳涂料的关键特性如下： 1、泳透力：汽车车身采用电泳涂装的最大目的是使车身内表面涂装完全车身阴极电 泳涂装膜厚的标准是：车身内表面及空腔内表面为 10μm，外板表面 15μm如果汽车车身 门板外表面和底板下表面的阴极电泳涂膜厚度>20μm，就为超值膜厚，成为高成本的因素 之一15μm 厚的阴极电泳涂膜较薄，所以在除去电泳涂膜上附着的异物时必须绝对避免 磨穿（sanding through）涂膜，露出底材钢板 阴极电泳涂料的泳透力是实现上述标准的关键特性当初，电泳涂料的泳透力低，为 提高电泳涂装的泳透力，采用辅助电极的方法和试用过逆工序电泳涂装法*来补救在近 30 年中阴极电泳涂料的泳透力由一般发展到高泳透力 超高泳透力，后者能确保上述 车身阴极电泳涂膜厚度达到标准，并对提高阴极电泳涂料的有效利用率和生产效率、降低 成本有利 测定电泳涂料泳透力的方法有一汽钢管法、福特盒法和四枚盒（4BOX）法（详见参考 文献 1，P168-174） ，前两种方法是用测定电泳涂料在管或盒中的泳透深度（或高度）与外 壁电泳涂膜高度之比来表示；四枚盒法是测量 A 面（相当于车身的外表面）和 G 面（相当 于车身的空腔结构的最内面）的涂膜厚度之比值。

实例：日本丰田汽车公司由原用的高泳透力阴极电泳涂料（泳透力为 G/A=10μm/23μm=43.5%） ，改用新开发的超高泳透力阴极电泳涂料 （G/A=10μm/15μm=67%） ，不仅提高了车身内表面及空腔泳涂质量，而且还削减涂料消耗 量 22%，获得降低涂装成本 10%的成果 又如：一汽青岛汽车厂驾驶室涂装线于 2008 年上半年开始更换使用泳透力更高的阴极 电泳涂料（泳透力由原来的 42%提高到 51%） ，达到驾驶室外表面膜厚（20-22）μm，内表 面膜厚（12-14）μm（空腔最低膜厚 10μm） 单台车用阴极电泳涂料由 6.2kg 降到 4.37kg（节省涂料近 30%） ，同时还缩短了电泳时间（由 3min 降到 2.3min） ，使日产量提高 近 20%逆工序电泳涂装法：被涂物的外板是通常的涂装法（非电泳涂装法） ，采用粉末静电喷涂法，加热干燥热熔融，降低导电性，随后进行电泳涂装，使内表面和外板的表面涂装完全此法的特点是内表面的泳透力高，缺点是两涂膜重叠结合面的质量问题2、阴极电泳涂装的工艺参数（槽液的 PH 值、泳涂电压和烘干温度） 第一代阴极电泳涂料配制的槽液 PH 约为 5.0 左右，对槽液的稳定性虽有益，可是槽液 的 PH 值小于 5.9，对电泳设备的腐蚀较严重。

为此，改进阴极电泳涂料用树脂的水溶性， 使槽液的 PH 值提升到 5.9 以上 第一代阴极电泳涂料的泳涂电压较低，烘干固化温度较高（175-185℃） ；泳涂电压较 低，影响泳透力；烘干固化温度偏高，不利于节能减排烘干温度每降低 10℃，约节能 10%左 右，为节能和减少加热分解物，阴极电泳涂料的固化性能有较大改进，烘干温度可降到 （150-160）℃但有的轿车车身采用高强度钢板和铝合金板制件，为使这些部件表面硬化 须热处理（185℃ 20min） ，并与阴极电泳涂膜烘干一起进行，在这种场合降低阴极电泳涂 料的烘干温度就无意义了 3、电泳涂装的环保性：电泳涂料本来已属环保型电泳涂装专用的水性涂料，可是按高 标准的环保要求，一般的阴极电泳涂料尚含有一定量的 VOC（挥发性有机化合物）和铅、 锡等对环境有害的物质阴极电泳涂料中所含的 VOC 的组成是水溶性的醇类溶剂和烘干固 化时的分解物（油烟，即加热减量） 在近 10 多年中多家涂料公司开发成功更环保型的阴 极电泳涂料，如无铅、无锡的阴极电泳涂料、VOC 含量低的阴极电泳涂料和加热减量低的 阴极电泳涂料，并都相继获得工业应用 4、阴极电泳涂膜的耐腐蚀性：阴极电泳涂膜的耐腐蚀性常用盐雾试验和交变腐蚀试验 来评价（方法详见参考文献 1、P181-183） 。

盐雾试验是单纯在盐雾环境下考核样件的腐蚀 情况、交变腐蚀试验即有盐雾环境、又有湿热环境和常温环境，条件比单纯盐雾试验苛刻， 一般阴极电泳涂膜的耐盐雾性 720 小时，交变腐蚀试验只能通过（20-25）循环 基于阴极电泳涂膜的对底材金属的附着性非常优良，涂膜受伤处的锈蚀不向表面（横 向）扩蚀，而有向垂直方向扩大的倾向，即就是汽车车身使用过程中的疤形腐蚀，并导致 在放置时产生“穿孔腐蚀“的悬念 近年来研究阴极电泳涂料与各种底材（钢板、各种镀锌钢板、铝合金板等） 、涂装前的 磷化处理工艺的配套性，开发成功配套性优良、耐腐蚀性有较大提高的阴极电泳涂料 5、车身用阴极电泳涂膜的平滑性：为了提高车身涂层的装饰性，希望阴极电泳涂膜在 固化过程中具有较好的展平性，它不仅能改善被涂物表面的粗糙度，还会为随后的涂层创 造平滑性良好的基底阴极电泳涂膜的平滑性用测定涂膜的粗糙度（Ra）来表示 作者根据阴极电泳涂料·涂装的上述实用特性和它们在近 30 年中的演变状况及发展水 平，将阴极电泳涂料的发展历程暂划分为三代，详见表 1 所示读者可根据你所选用的阴 极电泳涂料的.涂装的特性及涂膜性能查表对号入座，来评价属于哪一代或介于哪两代之间。

Comment [u1]: 外表 1 阴极电泳涂料的发展历程一览表发展历程特性第一代第二代第三代备注工艺参数：槽液 PH施工电压烘干温度（℃）较低≤5.6电压较低175~185≥5.9电压较高160~1756.1±0.1电压较高160~170保温时间 20min 左右泳透力：a 一汽钢管法b 福特盒法c 4 枚盒法（G/A）一般泳透力80%左右≥30%≥20%高泳透力≥95%≥60%≥40%超高泳透力—≥80%60%以上计算方法：a管内膜高/管外膜高X100b盒内壁膜高/盒内壁膜高X100c G 面膜厚/A 面膜厚 X100环保性：槽液中 VOC 含量HAPs（有害物质）加热减量（%）5-8%含铅、锡≥102~4%含铅、锡0.40.3-0.4<0.3相对应的产品型号8603CED、HS-88、HS-95、H11-98、H11-96、TH11-92HB2000、HB2000LB、HB1500、ED4、ED-5000、EEG06305/EEB060、EC3000（100）P6000CX、P8000CX、Fame coat、KT-10。