涂装水洗工序的工艺要点.doc

涂装水洗工序的工艺要点
作者：王锡春，李文刚(中国第一汽车集团公司，长春130011)
涂层早期起泡(耐水、耐潮湿性极低)、漆膜下锈蚀的主要原因之一是被涂表面或涂层中存在水溶性盐碱。这往往是由漆前表面处理工序(脱脂、磷化、电泳涂装、酸洗、中和等)后水洗不干净、清洗用水的水质差(或控制不严)，或被涂面受二次污染而造成的。另外，水洗不干净而造成被涂物将前道工序的处理液带到下道工序，而使下道工序的处理液平衡失调或变质，造成处理药品的浪费和电泳涂膜的质量下降。
　　如何在确保水洗后被涂面清洁度的前提下，又能减少用水量、污水排放量和降低处理药品的损耗，是涂装线工艺设计、涂装设备设计和生产管理应特别关注的问题。
为了获得优质涂层和达到省资源及节能减排的目的，必须掌握水洗工序的以下工艺要点。
　　(1)严控涂装水洗用水的水质
　　涂装车间的水资源一般是自来水(有时也称城市用水、工业用水或是地下水、河道水)，因为水源、污染度和季节的不同，各地区的自来水的水质也不一样，因此在涂装线工艺设计时就要注意当地的水质及其变化范围。
　　适用于工业涂装的自来水的水质应符合以下基准：pH为5～7；电导率小于200μS/cm；Cl-或SO42-在20mg/L以下(或SO42-+Cl-在35mg/L以下)；总硬度(以CaCO3计)在100mg/L以下；蒸发残量在100mg/L以下。
自来水的水质超过上述基准时应净化后再用或供水洗用水完全采用纯水及逆工序补水清洗(见图1)。涂层早期起泡(耐水、耐潮湿性极低)、漆膜下锈蚀的主要原因之一是被涂表面或涂层中存在水溶性盐碱。这往往是由漆前表面处理工序(脱脂、磷化、电泳涂装、酸洗、中和等)后水洗不干净、清洗用水的水质差(或控制不严)，或被涂面受二次污染而造成的。另外，水洗不干净而造成被涂物将前道工序的处理液带到下道工序，而使下道工序的处理液平衡失调或变质，造成处理药品的浪费和电泳涂膜的质量下降。
　　如何在确保水洗后被涂面清洁度的前提下，又能减少用水量、污水排放量和降低处理药品的损耗，是涂装线工艺设计、涂装设备设计和生产管理应特别关注的问题。
为了获得优质涂层和达到省资源及节能减排的目的，必须掌握水洗工序的以下工艺要点。
　　(1)严控涂装水洗用水的水质
　　涂装车间的水资源一般是自来水(有时也称城市用水、工业用水或是地下水、河道水)，因为水源、污染度和季节的不同，各地区的自来水的水质也不一样，因此在涂装线工艺设计时就要注意当地的水质及其变化范围。
　　适用于工业涂装的自来水的水质应符合以下基准：pH为5～7；电导率小于200μS/cm；Cl-或SO42-在20mg/L以下(或SO42-+Cl-在35mg/L以下)；总硬度(以CaCO3计)在100mg/L以下；蒸发残量在100mg/L以下。
自来水的水质超过上述基准时应净化后再用或供水洗用水完全采用纯水及逆工序补水清洗(见图1)。

图1　四室喷射式清洗机(○表示带预喷洗)
　　涂装用纯水(又称去离子水DIW)的水质在严要求的场合下应控制其电导率在1μS/cm以下(25℃)。一般生产场合可以控制其电导率在5μS/cm以下。
　　(2)制定水洗清洁度的基准
　　水洗清洁度(或洗净度)常用水洗后被涂物表面的水质来表示。水洗工序的实质是利用水稀释和置换的原理洗掉被涂物上黏附的处理液；可用稀释倍数来表示水洗清洁度，如水洗后的被涂物面的水质达到处理液(如脱脂液、磷化液)的1/500时，则为稀释500倍(1/1000时为稀释1000倍)。
　　为确保涂层的高质量，涂装前(前处理的最后一道水洗)和电泳涂装后清洗的最后一道水洗必须采用纯水洗，被涂物表面的水质应接近纯水水质，一般控制从工件滴落水的电导率小于30μS/cm。
　　另外，涂装前应除掉水洗后被涂物表面的水珠和积水，因为水滴在烘干过程中浓缩达1000倍，如水质不合格烘干后会产生白色盐碱斑。
　　(3)水洗次数(又称道数)、水洗时间和供水量水洗次数：处理液处理后用流动水(即水不循环使用)清洗一次，虽也可洗干净，可是耗水量很大。按稀释倍数来表示，若被清洗表面的带液量为100mL/m2和稀释500倍计算，则耗水量高达50L/ m2。在工业涂装生产场合，不可能用流动水，而是用循环水分段多次水洗，一般达到工艺要求的洗净度，需水洗2～4次。有时水洗性差的药剂(如苛性钠、硅酸盐等)需经过多次水洗才能洗净。
　　水洗时间：在喷淋清洗场合，设计选用时间一般不大于30s，因每次(段)水洗仅置换和稀释被清洗物表面的处理液或前道清洗水，无化学或沉积等作用，故对水洗时间无严控要求。在高速连续式生产场合，每道水洗时间10s就可以。在浸渍清洗场合，被清洗物浸没即出就可。增加水洗时间也不会像增加水洗次数那样提高水洗效果，反而浪费动能和影响功效。
　　供水量：它取决于水洗次数(区段数)、最终稀释倍数、被清洗物带出的液量和供水方式等因素。
被涂物在每道工序后的带水(液)量与被涂物的结构、形状、装挂方式以及表面处理状况和液温等有关(见图6)，一般平均为100mL/ m2。在多段化水洗场合，供水方式有并列供水和串联供水2种。并列供水方式是各槽都补水和排水；串联供水方式是逆工序补水，仅最后水洗工序补水。国内有不少前处理线还是并列供水清洗或一次水洗，造成水资源得不到充分利用，耗水量呈数十倍地增大，即W2＜[(1/10)～(1/100)]3W1(见图7)。

图6　各部位的水(液)附着量

图7　水洗的多段水洗化
　　在串联供水清洗场合，水洗的供水量可按以下Kushner近似公式计算：
　　最终稀释倍数=(Xn+1-1)/(X-1)
　　式中：n为水洗次数；X为供水量/带出水量。
　　具体举例：在被清洗面积200 m2/h带出液量为20L/h(即100mL/ m2)的场合，采用1次、2次、3次水洗所需要的供水量见表1。
表1　脱脂和磷化工序的水洗次数与供水量

　　注：供水量系指水洗200 m2/h面积达到稀释倍数所需的供水量(L/h)；耗水量系指水洗1 m2面积达到工艺要求稀释倍数所消耗的水量(L/ m2)。
　　从表l可以看出，采用逆工序补水的2～3次水洗工艺(串联供水)的供水量(每平方米水洗面积的耗水量)较1次水洗的供水量大幅度减少，大大提高了水的利用效率。在采用2～3次水洗场合，实际经验数据供水量为1.5～2.0L/ m2。
　　(4)水洗方式
　　一般采用喷淋、浸渍或喷浸结合的3种方式。如果被清洗物的外形结构简单(无内腔缝隙和喷洗不到的表面)，采用喷淋式水洗较好，因喷淋式水洗的机械作用力强，循环水量可较少。如果外形结构复杂(有内腔、缝隙等)的被清洗物(如汽车车身等)，则应采用喷浸结合的水洗方式。在浸喷结合式水洗场合，一般是多次喷洗加1～2次浸洗，且先喷后浸为好，即浸洗工序在多次水洗工序的最后一道(参见图3和图5)。
　　(5)水洗温度
　　水洗温度高些可提高水溶性盐碱的溶解度，原来是采用热水清洗，现今都采用室温(RT)或常温(即不加热)水洗；一方面是节能，另一方面是降低在水洗过程中产生二次生锈的可能性，另外磷化前的表调工序要求控制被涂物温度小于35℃，经热脱脂液脱脂后还得靠水洗来冷却。
为使热容量大的被涂物在水洗后干得快(用热风易吹干)，在除油后仍用热水冲洗。

图3　轿车车身用闭合式前处理磷化工艺流程(喷浸结合式)

⑴纯水喷雾0.2～0.5 m3/h；⑵阴极电泳时间180～300s；⑶UF液喷洗0.6～1.0L/m3，1～2巴；⑷新鲜UF液喷雾0.3 m3/h(自动控制)；⑸UF液预喷洗3～4L/ m3，1巴(区段1.1)(本工序在间歇时间＞1场合下适用)；⑹F液喷洗50 m3/h，1巴(区段2)；⑺F液喷洗＜2L/ m3，1～2巴(区段2.1)；⑻UF液浸洗(区段3)；⑼F液喷洗(区段3)；⑽新鲜F液(或来自工序11纯水＜2L/ m3，1～2巴，区段3.1)；⑾UF液(或纯水)浸洗N02T=32～45℃(区段4)；⑿UF液(或纯水)喷洗8～10 m3/h，1.5巴(区段4.1)；⒀再生纯水喷洗＜2L/ m3，l～2巴(区段4.1)；⒁新鲜纯水喷洗0.5～2.0 m3/h(区段5)；⒂倾斜沥水(区段5)；⒃沥水＞12rain，60～80℃；⒄烘干；⒅强冷冷却(工件＜45℃)
图5　闭合式阴极电泳及后冲洗工艺流程