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奇瑞公司标准培训教材:电泳涂料及涂装知识


电泳涂料及涂装知识

内容:
1、阴极电泳涂料发展史; 2、阴极电泳涂料组成及反应基本原理;

3、阴极电泳术语介绍及相关设备;
4、阴极电泳槽液日常维护项目;

5、阴极电泳缺陷一般排查方法;
6、电泳投槽简单知识;

阴极电泳涂装的发展过程
? 1809

年,俄国化学家列斯首先发现了胶体粒子在电场作用 下产生电泳的现象。 ? 1960年,英国的卜内门公司与里兰公司共同研制成功阳极 电泳涂料。 ? 1963年,福特公司建立了世界上第一条完整的电泳涂装线。 ? 1969年,美国在电泳涂装线上成功引入超滤技术。 ? 1971年,第一代阴极电泳漆在通用汽车公司投入使用。 ? 1976年,第二代阴极电泳漆在通用公司成功应用。 ? 日本和英国1977年由美国引进技术后,其汽车涂装从78-79 年向阴极电泳涂装转化。 ? 80年代中期,美、德、日等开发厚膜型阴极电泳涂料。 ? 90年代末,顺应环保法规要求的无铅电泳涂料相继投入应 用

电泳涂料开发经过及未来
第Ⅰ代 第Ⅱ代 涂膜性能 第Ⅲ代 涂膜性能、作业 性、表观 第Ⅳ代 附加特殊功能 第Ⅴ代 新技术 第Ⅵ代 地球环境

开发 方向 类别 AED

CED
初期的 CED

CED
高泳透性 防锈性 良好的槽液稳定 性 防锈钢板适应性

CED
高泳透性 防锈性 良好的槽液稳定 性 新防锈钢板应性 低温固化性 中厚膜 端面防锈型 端面防锈性良好

CED
高泳透性 低温固化性提 高 低加热减量 高防锈性 防锈钢板适应 性

CED
环境适合化 节省资源 节省能源 低成本 高性能

特殊 技术

厚膜型 赋于厚膜适应性 高外观 防锈钢板适应性

无铅化 薄膜、高抗 针孔 耐石击 高耐候隆

阴极电泳涂料的发展趋势
高耐气泡针孔CED 镀锌板适应性,良好的 附着力,涂膜外观

传 统 型 C E D

耐石击CED 削减工序(省中涂) 高耐候CED 无铅化

VOC削减
环保CED 无大气污染物 节能CED 低温固化

阴极电泳涂料的主要组成
项目
基础树脂 交联树脂 中和剂 调整溶剂

主要组成
聚酰氨或聚脂改性的环氧树脂 封闭异氰酸树脂 有机酸 醇、醇醚和酮类溶剂

组份

用途

色浆
乳液 中和剂 补给溶剂

主要为颜料份
主要为树脂份 用于调整槽液PH值和MEQ值 用于调节槽液溶剂含量

阴极电泳涂料的主要分类
薄膜型 按一次泳涂膜厚 阴 极 电 泳 漆 按环保要求 中厚膜型 厚膜型 有铅型 无铅型

节能型 低废气排放

阴极电泳反应机理
+ H+ 电泳槽液 R-OHR-NHCOO电解 电泳 电沉积 电渗

2H2O+2e-—2OH-+H2 R-NH++OH-——R-N+H2O

相关术语:
电解:任何一种导电液体在通电时产生分解的现象称为电解。一般电解伴 随在一个或两个电极上逸出气体,在电极上分别进行着氧化与还原反应。 在电泳过程中水发生水解,在阴极上放出氢气,在阳极上放出氧气,金属 阳极产生溶解,溶出金属离子。 电泳:在导电介质中的带电荷的胶体粒子在电场的作用下,在阴极电泳过 程中带正电荷胶体树脂离子和颜料离子由电泳过程移向阴极(被涂物)。 电沉积: 漆离子在电极上的沉析现象称为电沉积。在阴极电泳涂装时带正电 荷的粒子在阴极上凝聚,带负电荷的离子在阳极聚集。电沉积的第一步是 水的电化学分解(电解)。假使槽液的PH是中性,在阴极上的最初反应形成 氢气和氢氧根离子,这一反应致使在阴极表面区产生高碱性界面层,当阳 离子(树脂和颜料)与氢氧根离子反应变成不溶性时就产生涂膜的沉积。 电渗: 刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透的膜,在电场的持续作用下,涂 膜内部所含的水分从涂膜中渗析出来移向槽液,使涂膜脱水,这种现象称 为电渗。电渗使亲水的涂膜变成憎水涂膜,脱水从而使涂膜致密化。

阴极电泳涂料固化机理

固化反应 -OH

封闭剂 R OOCHN NHCOO R 固化树脂
(NCO封闭物)





反应基 OH- 烘干 -OOCHN OH-

封闭溶剂脱离



ROH

-OH 基体树脂

NHCOO(固化触媒) 架桥构造



术语介绍:
固体份 (NV) *表示在涂料中的树脂及颜料的重量比率(%)。 NV过高时出现的问题有:二次流痕、膜厚增加、涂料回收率下降。 NV过低时出现的问题有:膜厚降低、桔皮、泳透力下降

*表示相距1cm的极间(面积1cm2 的阴-阳极间)的电导度(μ s/cm),值 越大,导电能力越强。 一般MEQ值、NV、槽温高电导率就大,PH高电导率就低。如果MEQ、 NV正常,而电导率偏高的话,可能是前处理带入的Na、Fe、PO4 等杂离 电导率 子大量蓄积槽中,此时将会导致槽液稳定性降低,易产生桔皮、针孔、 处理斑痕等涂膜异常现象。 电导率过高出现的问题有:库仑效率下降、镀锌板上易出现针孔、破坏 电压降低、产生桔皮。 电导率过低出现的问题有:槽液稳定性下降、膜厚分布不均匀。

术语介绍:
*表示固体成分中颜料的重量比率(%)。 灰份 由于槽内颜料沉淀导致ASH下降时,涂膜易产生颗粒,过滤易堵塞。

(ASH) ASH过高出现的问题有:膜厚降低,涂膜水平面失光、易产生桔皮。 ASH过低出现的问题有:抗缩孔能力下降,泳透力下降。

*表示槽液中有机溶剂的总重量(%)。 溶剂含量过高出现的问题有:泳透力、破坏电压下降,膜厚增加且分布 溶剂含量 不均匀等。 溶剂含量过低出现的问题有:膜厚降低,涂膜产生桔皮、针孔、干斑等 弊病。

术语介绍:
*是氢离子的浓度指数,值越小酸性越强。 PH范围:0-14,PH=7是中性,通常CED在5.3-6.7之间,为弱酸性溶液。 PH PH值过高出现的问题有:槽液的稳定性降低→涂料沉淀、凝聚→堵塞过 滤,产生颗粒。 PH值过低出现的问题有:腐蚀涂料循环管道等设备,库仑效率降低、破 坏电压降低,用U/F水洗出现再溶解。
主要是指被涂物或挂具从前处理工程中带入主槽的Na、Fe、Zn等杂离子, Fe离子另外由于涂料循环管道的腐蚀等原因带入,杂离子含量在界限值 杂离子浓度 以上时,涂膜易发生失光、涂装作业性、涂膜性能不良等现象。 除去Na、k等离子,可采用废弃U/F过滤液的办法;除去Fe离子时不能采 取同样的方法,只能通过更换部分槽液的办法解决。

术语介绍:
*表示耗用1库仑的电量析出的涂膜重量(mg/c)。 库仑效率 影响库仑效率的因素有:溶剂含量、NV、MEQ、ASH、槽温、施工电压等。 库仑效率过高产生的问题:槽液稳定性不良。 库仑效率过低产生的问题:泳透力下降,用电量上升。 补充涂料的累计固体分与槽液固体分相等时称为一个T/O。 更新周期 T.O.或T/O 一般若是0.2T.O./月以上的话,不需要定期添加溶剂。
T /O 1 2 3 槽液置换率 65% 87% 95%

主要是指被涂物或挂具从前处理工程中带入主槽的Na、Fe、Zn等杂离子, Fe离子另外由于涂料循环管道的腐蚀等原因带入,杂离子含量在界限值 杂离子浓度 以上时,涂膜易发生失光、涂装作业性、涂膜性能不良等现象。 除去Na、k等离子,可采用废弃U/F过滤液的办法;除去Fe离子时不能采 取同样的方法,只能通过更换部分槽液的办法解决。 加强纯水的管理也是很重要的。

术语介绍:
是为了使被涂物上膜的涂装电压(直流)。通常车身生产线是250-350V, 零件生产线是200-300V。电压上升10V,膜厚约增加1μ 。 施工电压 输送带停电时,为防止涂膜重溶,要求生产线上有30-50V的保护电压。 施工电压过高时出现的问题:膜厚增加,镀锌板出现针孔。 施工电压过低时出现的问题:膜厚下降,泳透力降低。

一般电泳初期电流大,随着涂膜析出,涂膜电阻增加,电流值急剧下降, 在某个电压以上电泳时,电流值过大,急剧产生H2,从而破坏析出膜, 破坏电压 使涂膜发生显著异常。通常将产生这种现象的最低电压叫破坏电压。 影响破坏电压的因素有:溶剂含量、MEQ、ASH、NV、电导率、槽温、 杂离子含量、分极值、极间距、通电条件等。

简单的电泳工艺图
阳极

超滤液去 喷淋系统 电泳槽 循环泵 袋式过滤器

供给去 离子水

超滤系统(UF) 阳极循环系 统

涂三电泳线工艺设备图
纯水

工水

备用槽

电泳主槽

UF1洗

UF2洗

纯水洗

冷水

主要阀门示意 球阀 电子自动控制阀 球阀 去轴封
UF

UF贮槽

EDRO

电泳涂装设备- 槽液循环系统
电泳主槽内衬玻璃钢,耐2万伏电压 其它各槽可采用不锈钢或内衬玻璃钢
电泳主槽

必须保证的最低循环量:4倍槽液 量/hr 必须保证的最低表面流速: 必须保证的主副槽液位落差: 必须保证槽底无喷射死角 必须保证适当的过滤精度 必须保证良好的温控换热系统 考滤倒槽积漆的回收

循环量不够可能造成槽底沉积和工件表面 沉积。 表面流速低可能造成工件表面沉积。 槽体内衬玻璃钢脱落可能造成涂料反复沉 积溶解、槽壁腐蚀、漏电威胁人身安全。 良好的过滤是保证涂膜无颗粒的重要措施。 循环和电泳换热,控制槽液温度必不可少。

电泳涂装设备-热交换系统
? 电泳槽液在生产过程中要求恒温,因此循环的 槽液要有热交换系统和足够的换热能力 ? 热交换介质温度要求: 降温: 5 ~ 15℃ 升温: < 50℃
长时间停产时期一般槽液温度控制:20~25℃

电泳涂装设备-整流电源
? 电泳涂膜的沉积需要直流电源 ? 整流设备的电流容量、电压调整范围适应生产 要求,一般 I =0 ~ 1500A;V = 0 ~ 450V ? 整流要求-整流输出电压的脉动率:< 5% ? 软启动方式:升压时间调整 ? 多段电压设计 ? 多段电压应用中防止串电

一段电压 电 压 分 段 一段电压 二段电压 三段电压 t1 二段电压 t1启动时间 t2、 t3通电时间 t1 M t2 t3 电泳膜厚与时间的关系 t2 I

t1启动时间 t2通电时间

电泳电流与时间的关系

T

★两侧极板面积或电压不同可能存涂膜不均; ★极距要求大于30cm,极距不同可能存在涂膜不均; ★直流脉动率过大可能导致涂膜粗糙或针孔; ★有必要测量、记录单个阳极的电流,阳极膜的老 T 化、堵塞会造成膜厚的不均匀,PH低下。

电泳涂装设备-阳极系统
电泳涂装中使用隔膜阳极是为了维持槽液的酸量平衡
直流电源 阳极 阳极膜 阳极液 板式阳极 阳 极 分 类 管式阳极 弧型阳极 裸露阳极 电场分布不均匀、维护难 电场分布较均匀、易维修 电场分布均匀、易维修 用于底部阳极、易溶解

通 电 方 式

带电入槽 入槽通电

阳 极 面 积

管式阳极为浸入有效面积 板式、弧型浸入正面面积 与工件面积比:>1:4 ~ 6

极 液 管 理

手动控制

自动控制

电泳涂装设备-后冲洗系统
? ? ? 电泳后冲洗系统包括半UF喷淋、UF浸洗、纯水洗或EDRO水洗。 后冲洗水与槽液的总体平衡系统是保证系统正常支行的关键。故对关键 性液位控制系统的加强管理十分重要。 对无铅电泳底漆应在纯水进电泳系统前加紫外线杀菌装置,有EDRO系 统的生产线应在EDRO干净水出口加紫外线杀菌装置。 较大流量的UF液可降低损耗,提高后清洗效果。 EDRO系统在电泳后冲洗中的应用,使纯水洗槽的涂料也能得到有效的 回收利用,进一步提高了涂料的回收利用率,降低了排放污染;但由于 涂料中不可避免的窜槽污染,定期对后冲洗水或UF液进行排放也有必要。
ED主槽 浓缩液回主槽或UF洗槽 新鲜UF液 EDRO UF-1冲洗 UF-2浸洗 DIW冲洗

? ?

后冲洗-涂料回收效率
涂料回收率=
﹝1-(最后回收水NV / 槽液NV)﹞?100 %

一般 UF 水洗系统的回收率: 95 ~ 97% UF水洗﹢RO系统的回收率: 98 ~ 99%
更大的UF能力和采用EDRO装置,有利于提高涂 料的回收利用率。 最佳状态为UF零排放

电泳涂装设备-超滤系统
电泳底漆 电泳底漆

电泳底漆
UF液

卷式超滤管

UF液

管式、毛细管式超滤管 管式超滤膜体积大,数量多、 更换成本低、使用经济。

卷式超滤膜体积小,占地面 积小,透过量大清洗方便, 更换成本高。

超滤液需求量一般按单位时间冲洗面积和设计生产能力进行计算。
超滤液需求量过低则后冲洗不净,损耗量增大。

膜元件结构详图 :
原漆

漆液 流道网
漆液 浓 缩 漆 膜 透 过 液 透过液 流通网 集液管 UF膜

电泳涂装设备-RO系统
1.反渗透装置工艺流程图 :

阻垢剂 活性 炭过 滤器 纯水 储槽 纯 水 泵 精密 过滤 器

原 水 箱 高 压 泵

原 水 泵 反渗 透膜 组件

多介 质过 滤器

2.反渗透原理:
渗透:稀溶液中的水分子通过半透膜向浓溶液中扩散的现象,称为渗透。半透 膜的作用是只有水分子能够通过,而其它盐分不能通过。当这种自然渗透达到平衡 状态时,两种溶液间形成的高度差,称为渗透压。 反渗透:即在浓溶液侧施加一定的压力以克服自然的渗透压,使浓溶液中的水 分子向稀溶液中渗透,形成与渗透相反的现象,称为反渗透。
见下图所示:
半透膜
渗 透 压 浓溶液 稀溶液 浓溶 液 稀溶 液

半透膜

半透膜
加压

浓溶 液

稀溶 液

初始状态

【反渗透过程】
进 水 高压 泵

渗透及渗透 平衡状态

反渗透 状态

浓 水 半透 膜

电泳涂装工艺控制点
磷化底材 条痕 磷化渣 花斑 机械颗粒 槽液参数 固体份 灰份 溶剂含 量 MEQ值 纯水 纯水电导 纯水 PH 无铅杀菌 通电时间 启动时间 低压时间 高压时间 施工电压 低压电 压 高压电 压 电压损 失 脉动率 阳极 极液电导 极液颜色 极板蚀度 超滤 滤液流量 进出压差 膜管清洗 EDRO流量 进出压差 液位平衡 无铅杀菌 槽液温度 槽液温 度 介质温 度 后冲洗 各槽参 数 冲洗压 力 烘烤温度 与时间 炉温分 布 烘烤时 间 涂膜质量

油渍
底材粗糙度 滴水电导 外观水 膜

电极接触 过滤 过滤压差 滤袋孔径 更换条件

涂膜厚度
固化程度 表观状况 理化性能

电泳涂装对磷化底材的要求
现 条痕 磷化渣 花斑 机械颗粒 油渍 底材粗糙度 滴水电导高 象 导致涂膜弊病 电泳条痕 电泳粗糙、颗粒 电泳花斑 电泳颗粒 电泳缩孔、针孔、花斑 电泳粗糙、桔皮 电泳粗糙,影响槽液稳定 电泳涂料对底材的要求 无条痕 无磷化渣 无花斑 无颗粒 无油渍 Ra低于1.2 低于20us/cm

电泳涂料对磷化膜的要求
磷化方式 外观 膜重(g / m2) 喷涂型磷化 磷化膜致密均一 1.5 ~ 2 浸渍型磷化 磷化膜致密均一 1~3

结晶(um) P 比(%)

5 ~ 15 > 70 %

2~7 > 85 %

电泳涂装工艺管理
控制项目 控制范围 检查频次

槽液参数
施工电压 槽液温度

按产品要求
按产品要求 按产品要求

1次/日
2次/班 2次/班

设备压力
纯水 烧烤温度 涂膜状况 涂层厚度 涂膜性能

按产品要求
按产品要求 按产品要求 按产品要求 按产品要求 按产品要求

2次/日
2次/班 2次/班 1次/班 2次/班 1次/月

电泳涂装槽液全检报告
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一 般 由 涂 料 厂 家 每 月 提 供 一 份

电泳涂膜理化性能(例)
项目
外观
60°光泽 铅笔硬度

指标
OK
40以上 H以上

柔韧性
附着力

2mm合格
100/100 50cm以上

涂膜性能
耐冲击性 (杜邦式、500g、1/2cm)
耐盐雾性 划叉单侧剥离 3mm以下

1000Hr以上 20~30 μm
165℃?20分(keep)

膜厚
烘烤条件

电泳涂装槽液参数调整
涂膜厚度正向影响因素
电压 温度 涂 膜 厚 度 槽液固体份 溶剂含量 灰份 通电时间 涂 膜 厚 度

涂膜厚度逆向影响因素

磷化膜厚度 槽液返溶性

MEQ值

杂离子浓度

电泳涂膜蔽病调查方法
? 通用调查方法 ? 各槽液油污染调查方法

工序挂板对比排除法
? 是在生产现场采用对比法,在每一工序或连 续随车挂板,通过对比、比较找出问题所在 工序的一种调查方法。
? 该方法适用于电泳涂膜蔽病产生工序查找, 事实上大部分电泳涂膜蔽病在找到产生的工 序后,很容易找出问题根源。

工序挂板对比排除法图解
前处理 电泳 0次水洗 UF浸洗 UF喷淋 纯水洗 淅水区 烧烤 实验室 挂板1#:白板 挂板2#:白板 挂板3#:磷化板 挂板4#:磷化板 挂板5#:磷化板 挂板6#:磷化板 试片5#:磷化板

挂板7#:磷化板
挂板8#:磷化板 挂板9#:磷化板

工序挂板对比排除法分析
挂 板 1 #: 白 板 挂 板 2 #: 白 板 挂 板 1 #: 白 板 挂 板 3 #: 磷 化 板 电 泳 0 次 水 洗

UF 浸 洗

UF 喷 淋

纯 水 洗

淅 水 区




实 验 室

挂板3#:磷化板

挂板4#:磷化板
有无差异 无 有 有无差异 无 有 挂板5#:磷化板 挂板6#:磷化板 检 查 前 处 理 工 段 检 查 电 泳 工 段 检 查 电 泳 工 段 前 处 理 工 段 问 题 挂板7#:磷化板 挂板8#:磷化板 挂板9#:磷化板

将有问题挂板没通过的工序排除,就找到了问题产生工序

电泳各槽液油污染调查方法
? 一般将一枚200*100*0.8mm3试片在实验 室电泳后, ?浸入被调查槽液中, ?露 在水面上,浸10分钟,实验室烘烤。考 核浸入面缩孔状况与界面缩孔状况。确 认槽液是否油污染。 ? 该法适用确认后冲洗各槽是否被油污染。

电泳各槽液油污染调查方法图解
未浸入面

界面 浸入面

电泳涂装槽液异常分析详图
工 程 表面处理 脱脂、磷化 水洗、干燥 电 泳 回收水洗 水洗条件 回收条件 UF 滤过液 喷淋压 回收水洗 水洗条件 废水条件 PH 沥 干 固 化 可变因素

涂装条件
电压

水沥尽条件

固化条件

磷化性 (C/W) 水痕迹 发生问题 的主要因素

脱脂性 钢板种类 沾染物 搅拌 (液流速)

时间 喷淋压 浸槽 湿度 水洗槽 的构造

水洗喷 时间 淋槽 浴温

搅拌泵 过滤器 水质 水洗量 补给水量

升温条件 温度 湿度

新鲜空气 触媒温度

铁粉
水洗水平 带出液 (质、量) 出槽

雾气 (油等) D/L 空气吹干 NOX 量

油脂烟尘

浸槽 极比 带出 隔膜比 (电流值比)

污泥 涂料特性 (涂料补给)

废水 (量、水质)

过滤器 涂装品质 运转稳定性

后冲洗 清扫频度



过滤器堵塞 UF透过量低

颜料沉降 过滤器堵塞 UF透过量低 槽液异常

起泡(溢流口) 过滤器堵塞 滤液量下降(醋酸铅) 涂料回收率低 颗粒 缩孔等

起泡(溢流口) 过滤器堵塞 废水处理负荷

炉内的污物(油脂、烟尘) 臭气、烟 触媒中毒 过滤器堵塞 被涂物温度分布不均

异 常 现 象

转 稳 定 性 涂 装 品 质 涂面桔皮、颗粒、 缩孔、处理斑痕 膜厚分布不均

气泡针孔,泡迹针孔 颗粒、缩孔 处理斑痕 膜厚分布不匀 涂面不平整等

2次流挂 颗粒 缩孔等

2次流挂 水迹印 杂质、颗粒 桔皮、起泡 缩孔、黄变等

电泳涂料烘干窗(例):
230 220 210 Temp. 210  (℃) 200 200 200 190 190 180 180 170 170 160 160 150 150   0 ~ 140 0

LFC-10



10

10

20

20

30

30

40

40

50

50

60

60

Keeping time 70 min on the metal

电泳投槽一般知识:
电泳涂料的涂装质量与槽液中杂质含量密切相关, 微量的杂质可能导致严重的涂装弊病,甚至造成槽液报 废。

杂质含量的控制应从初次建浴开始,对整个电泳设
备进行完全彻底的清洗,尤其是清除油污油脂等杂质, 以保证电泳原漆不受污染。

一、清洗步骤:
1、清洗前的确认 2、清洗材料的确认 3、手工清扫、擦净 4、连续清洗 5、其他: ⑴ 在循环清洗时,要结合考核表面流速,并调整表面喷 射压 力及注 意主副槽液面落差,设定导流板; ⑵ 考核主槽液位,如有液位的波动,应及时找出原因(阳极/换热器); ⑶ 观察冲洗各工位的喷射状况,有必要调整之。零次喷淋间隙确认; ⑷ 记录各泵在冲洗时的压力。

二、投槽步骤:
1、事前确认

2、涂料建浴
3、涂料熟化 4、配制阳极液:

5、其它:

1、建浴固体份,灰份为便于调整槽液,建议建浴固体份为17~19%为便于调 整颜基比,建议建浴灰分为15-17%;

2、建浴过程异常处置
? ? 泄漏:将造成超滤液或槽液损失,要尽最快速度修理; 液位上升或下降:亦是由于泄漏造成,要找到发生原因,尽快排除;

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泡沫过多:由于泵吸入空气或液面调节不当所致,要及时调整。

电泳新线清洗投槽
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? ? ? ÷ · ? ? ? 2003-2-19

电泳漆混槽
? 电泳涂料在提高涂料档次或处理问题槽液时需要更换新型涂料。 ? 在更换新型涂料时先应对原槽液进行确认并进行混全试验,实际 更换时可采用逐步加入新型涂料不断置换的方式。 ? 在更换之前可先对槽液进行倒槽处理,并对后冲洗各槽液进行更 新,补加中和剂和补给溶剂调整参数到工艺范围。 ? 换型更新周期、置换率计算。

更新周期T.O. = 加漆总量 / 槽液原漆总量 置换率Si = 〔 Mi+ Si-1?Q-(Mi/ Q+ Si-1) ?mi-1 ?t 〕/ Q
Si :第I日置换率; Mi :第I日加漆量; Si-1 :前日置换率 Q :槽液折为原漆总量; mi-1:前日产量; t :单车平均消耗

槽液置换率
100
☆ 2T.O. ☆ 1T.O. ☆ 3T.O.

80

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60

40

20

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