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電泳車身固定位置針孔問題的原因及解決措施

2357 人參與  2017年04月19日 07:48  分類 : 電泳工藝 電泳原理  評論

今天就讓小編來分享一下關于電泳車身固定位置針孔問題的原因及解決措施的文章,一起來看看吧!

0   引言

車身電泳膜的完整性是該涂層防腐蝕的關鍵,針孔等弊病會破壞這種完整性,造成局部露底,使得漆膜的耐腐蝕性大大降低,并且無法通過簡單打磨解決,必須在打磨后再噴涂電泳修補漆以增加漆膜的防腐性,耗費工時較長,并且帶來大量打磨灰,污染環境,嚴重影響了生產。產生針孔的原因多種多樣,本文介紹了某次車身陰極電泳過程中在車身固定位置出現針孔的問題,通過現場排查及實驗驗證最終解決掉了該問題,并提出了一些機理性的假設。

現場生產工藝及問題描述

1.1 現場工藝

某現場生產工藝為:

     PT:熱水洗(噴)+預脫脂(噴)+脫脂(浸)+水洗一(噴)+水洗二(浸)+表調(浸)+磷化(浸)+水洗三(噴)+水洗四(浸)+純水洗(浸);

  ED:電泳(有出槽噴,使用UF1液)+UF1(噴)+UF2(噴)+UF3(浸)+純水洗(浸)。

現場主要生產微面,連續式生產,節拍為2.5min/臺。

1.2  問題描述

在某次夜班生產時突然出現了大面積針孔現象,針孔位置集中在機蓋內板及車頂內板處,仔細觀察發現車頂內部比機蓋內部針孔密集,并且車底板外側也有微量的針孔現象。通過放大鏡可以觀察到針孔直徑在30μm左右,四周光滑,均露底。

2   原因分析及解決過程

2.1  原因分析

通過排查現場,注意到電泳槽出槽端存在大量泡沫,車身出槽后車頂及機蓋內板附著有大量泡沫,車身進入電泳槽前水膜完整、表面狀況良好。根據這一點,首先懷疑是附著在濕膜上的泡沫造成的針孔問題,現場生產任務緊急,針對這個合理猜測立即進行了驗證。

在線做如下實驗:

表1 在線試驗及結果

工序

驗證方法

電泳烘干后情況

電泳入槽前

用新鮮純水沖洗泡沫處

無改善

電泳出槽后

用新鮮純水沖洗泡沫處

有一定改善

UF1(噴)后

用新鮮純水沖洗泡沫處

無改善

UF2(噴)后

用新鮮純水沖洗泡沫處

無改善

UF3(浸)后

用新鮮純水沖洗泡沫處

無改善

純水洗(浸)后

用新鮮純水沖洗泡沫處

無改善

由沖洗實驗可看出,減少電泳后出槽車身內板所攜帶的泡沫,能夠改善針孔的發生。

2.2  初步措施

微面車型頂部包裹空間較大,現場一直存在噴淋效果差的情況,但之前從沒有發生過此類問題。首先采取的措施是關閉出槽端的UF1噴淋,想借此減少泡沫的產生,但是關閉噴淋后所過線的幾臺車,內部針孔并沒有顯著減少。

通過仔細排查,發現電泳槽主槽與輔槽之間的液位落差較小,目視在2cm左右,隨后還發現UF3的槽液降低了5cm左右,可以肯定,由于電泳系統補給量的改變造成了后序向前序串液的現象。

在關閉電泳出槽噴的情況下,通過超濾系統的工作,使得UF3的液位恢復了正常,同時電泳槽的液位差也恢復正常水平,主槽出口端泡沫都被沖到了輔槽中,在這種情況下打開了出槽噴,并適當調小了噴淋量,防止繼續串液。此時過車發現針孔量大大減小了。但是仍有個別針孔出現。

2.3   深度分析

其實在針孔問題出現的時候,就即時安排了對槽液參數的測量,對泡沫的實驗和控制是同步進行的。當發現電泳槽出口端已經沒有泡沫聚集但仍有個別針孔在內板出現時,就意識到單靠控制槽液泡沫是不能完全解決此問題的,因為車身結構決定在出槽時內板會不可避免的掛一些泡沫,雖然外板的泡沫可以被出槽端噴淋沖洗掉,但是內板有些位置是不能被沖洗掉的。為了徹底解決掉針孔的問題,此時,我們將注意力轉移到了電泳槽液參數的控制上來。

消除泡沫后電泳槽液參數見表2.

表2 消除泡沫后電泳槽液參數

電泳槽液參數

管理范圍

實測值

固體份(%)

18.0-22.0

18.60

PH

5.5-6.5

5.32

電導率(μs/cm)

1200-2000

1368

MEQ(mmole)

25-40

31.50

灰分(%)

16-20

18.01

溶劑含量(%)

0.5-2.0

1.75

通過槽液參數可以看出,電泳槽的PH較低,溶劑含量較日常高,結合消除泡沫減少針孔的事實,懷疑此次針孔是槽液PH過低或溶劑含量過高引起漆膜返溶現象。

2.3.1  實驗驗證

現場做了相關實驗來驗證出現針孔的確切原因。實驗步驟為:1).取兩份電泳槽液,每份500ml,標記為A、B試樣;2).往A試樣中加入15ml電泳溶劑,往B試樣中加入15ml冰醋酸,攪拌兩種試樣造成大量泡沫;3).將制作好的4塊濕膜狀態電泳板,分別取2塊放入A、B試樣中,5min后取出試板并烘干。

試板烘干后觀察發現:1.浸泡在試樣A中電泳膜無明顯缺陷;2.浸泡在式樣B中的電泳膜全部脫落,在液面泡沫處的漆膜用放大鏡觀察后發現返溶點與車身針孔現象相同。

其實電泳系統所添加的溶劑主要起增溶作用和提高某些助劑的水性化,真正使得電泳樹脂水性化的正是有機羧酸所造成的。

2.3.2  針孔發生的機理

到此基本確認車身針孔是由于槽液含酸較多與出槽處泡沫較多綜合造成,雖然出槽處有噴淋,但是內板處不易噴到,使得機蓋內板及車頂內板帶有較多泡沫,最終導致出現返溶性針孔。

有兩種可能性造成泡沫附著處會產生針孔這個問題:泡沫中的氣泡壁本身是冰醋酸或者氣泡壁的夾帶液中的冰醋酸含量要大于槽液中的濃度。這兩種假設均指向一個結論,那就是電泳漆的泡沫體系含酸量更高,根據這個假設,現場收集了大量泡沫,測試其濃縮液的PH值顯示為4.89,遠小于槽液的PH值,這一點證明了泡沫體系中含酸量更高的觀點。

據此結論,可以推導出電泳漆膜產生針孔的整個過程:1.車身在電泳出槽端粘附了泡沫;2.出槽噴淋清洗了外表面的泡沫,而內表面沒有受到有效清洗;3.在從電泳出槽到UF1的過程中,泡沫體系內的酸液嚴重腐蝕了電泳漆;4.在后續UF清洗過程中將腐蝕點漆膜溶解到超濾液中;5.烘烤中,由于腐蝕點邊緣含酸量或者含溶劑量更高造成邊緣處表面張力低于周圍的電泳漆膜,從而在烘烤的初始可流平階段由于表面張力差形成了露底的針孔(馬蘭戈尼效應),這一點可用通過在進烤爐前針孔并不是露底的來證明,當然,并不是說此類問題濕膜階段不會出現腐蝕點露底現象,這取決于槽內的含酸量及泡沫附著時間。

2.3.3  分析槽液參數異常的原因

由本次相關的實驗結果可知,此次針孔實質為返溶性針孔,其產生的原因是酸含量較多的泡沫體系附著在了濕態的電泳漆膜上。現在值得思考的是電泳槽出現較高含量游離酸的原因。由環氧樹脂水性化的機理可知,水性電泳漆中含有過量的酸是保持樹脂可電離及穩定的關鍵,但是在車身通電后,由于R-NH+與-OH的脫水反應造成R-N樹脂的析出;R-COO-通過陽極膜由陽極系統排出,保持了槽液酸含量的穩定。

陽極膜是一種異相陰離子交換膜,大多數陽極膜是由苯乙烯季胺型陰離子交換樹脂以聚乙烯為黏合劑,經混煉拉片,用增型材料加固層壓而成。其含有足夠的固定基團和可解離的離子,對溶液中離子具有一定的選擇透過性和導電性。

選擇機理(電場下):R-N(CH3)3OH→R-N+(CH3)3+OH-

異相陰離子交換膜具有的季胺活性基團R-N+(CH3)3構成正電場,帶負電荷的離子易吸入通過。

陽極膜在通電的情況下僅允許R-COO-等較小的陰離子通過,不允許陽極通電過程中產生的H+通過,通過稀釋,最終在電泳過程中產生的R-COO-被以R-COOH的形式排放掉。

陽極通電反應:2 H2O﹣4 e- → 4 H+ + O2

陰極通電反應:4 H2O + 4 e- → 2H2 ↑+4OH-

車身:4 R-NH++4OH-→4 R-N↓+4H2O   陽極管:4R-COO-+4 H+→4R-COOH

如果陽極液稀釋排放量不夠的話,在斷電后,陽極液在生產過程中沒來得及排放的大量H+通過離子交換的方式滲透到電泳槽中,造成電泳槽中H+濃度是上升,使得槽液PH下降。由于PH的計算公式可知,150噸 PH 5.32的水溶液中含游離態H+總的質量份僅有1kg,由于電泳槽液成分復雜,且在電泳過程中有些雜質離子替代了陽極管中的4R-COO-反應,形成了微量的強酸,這些酸滲透到電泳槽中后,雖然MEQ上沒有顯示出槽液中的酸含量上升,但是其PH卻顯著下降了。并加大了泡沫體系的酸性。由于胺化的環氧樹脂極易與H+結合使其水性化,所以就不難理解濕膜被返溶的現象了。

2.4   制定解決措施并實施

根據判斷出的原因,現場制定了進一步解決措施:

  1)加大陽極系統的循環量。一般要求陽極液的循環量為6-10L/(m2·min),取中線,單支管流量需要2.64L/min,現場為1.5L/min,調整到極限后發現陽極頂部冒液,是因為回流量不夠引起的,最終調整到1.8 L/min。

    2)每個班次停產時排空陽極箱,補加純水,由于陽極管中仍然留有大量的陽極液,循環后電導率雖然低于下限,但是膜厚并沒有受到影響,據此修改了陽極電導要求和設定值。

經過大約2周,電泳槽液的達到PH到5.68以上后,內板針孔現象才得到完全解決。

3   結語

各個生產線體均有其獨特的方面,在解決現場的質量問題時要結合現場的實際情況。同時工藝參數的設定并不是只要按照廠家提供的參數即可,也要根據現場的實際生產情況來做出最終的判定。

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本文標簽:電泳涂膜弊病  

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