淺談超濾系統(tǒng)在涂裝電泳領(lǐng)域的應(yīng)用

張旭

(上汽大通汽車有限公司無(wú)錫分公司，江蘇 無(wú)錫 214000)

 

0  引言

超濾系統(tǒng)作為汽車底漆工藝中的主要設(shè)備之一，它的穩(wěn)定性與功能性將直接關(guān)系到車身電泳漆質(zhì)量以及整車制造的成本。目前美國(guó)Abcor、AMT、KOCH 3家公司生產(chǎn)的UF 裝置較有名，在國(guó)內(nèi)已普遍使用，后兩家生產(chǎn)的卷式UF 裝置的市場(chǎng)占有率開(kāi)始擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)江蘇無(wú)錫、湖北沙市、十堰等地也生產(chǎn)UF 裝置，其性能及使用壽命尚好。上汽大通汽車涂裝車間目前使用的是海得科品牌，目前較為穩(wěn)定。

1  超濾膜的結(jié)構(gòu)選型

超濾膜的結(jié)構(gòu)形式有許多種，用戶可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)自身情況選擇。常見(jiàn)的超濾膜結(jié)構(gòu)有4種，分別為管式、中空纖維式、卷式和板式，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)：板式的膜面積較大，支撐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易堵塞且難清洗；而管式的相對(duì)好一些，膜面積較小，而且不易堵塞且清洗方便；卷式和板式的結(jié)構(gòu)膜面積都比較大，支撐體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易堵塞且清洗也相對(duì)繁瑣；圖1所示為卷式結(jié)構(gòu)。雖然每種超濾膜結(jié)構(gòu)都各有缺點(diǎn)，但缺點(diǎn)均逐漸被改進(jìn)，例如管式超濾器將盡量增加每根管內(nèi)的超濾管，如內(nèi)置5管增至內(nèi)置7管。就是對(duì)膜面積/體積小這一不足的改進(jìn)，板式超濾器在膜板上制成多條小溝，使電泳涂料流動(dòng)呈紊流狀態(tài)，這就是對(duì)易堵塞狀況的改進(jìn)。卷式的每支UF組件的體積小，膜面積大，同樣透過(guò)量的UF裝置卷式價(jià)格低，比較普及。

 

2   超濾系統(tǒng)的組成

2.1  供漆部分

根據(jù)超濾器本身的結(jié)構(gòu)特性選擇供漆泵，要保證超濾器內(nèi)部電泳涂料有一定的流速和流量。供漆部分有兩種形式，對(duì)于小型電泳槽采用直供式，即供漆和超濾循環(huán)共用一臺(tái)泵。對(duì)于大型電泳槽，可專設(shè)供漆泵，循環(huán)泵按超濾器本身要求選擇，供漆泵的流量一般為超濾器透過(guò)量的20倍（此值僅為常規(guī)估算概念，陽(yáng)極電泳和陰極電泳、黑漆和灰漆各不相同），從超濾器系統(tǒng)回到電泳槽的電泳涂料量為超濾液量的19 倍。這一數(shù)量要很好地掌握，否則易引起濃差極化，堵塞超濾膜。

2.2  過(guò)濾部分

超濾其實(shí)為超微孔過(guò)濾，超濾膜上有細(xì)微孔，允許水和小分子溶劑及分子量小的樹(shù)脂分子通過(guò)，若電泳涂料在進(jìn)超濾器之前不進(jìn)行過(guò)濾則極易堵塞超濾器膜孔，清洗周期縮短，縮短使用壽命，一般情況下采用過(guò)濾精度為100～150 μm的袋式過(guò)濾器，使用這樣的過(guò)濾精度其一是為了過(guò)濾雜質(zhì)，其二是因?yàn)椴捎镁忍叩倪^(guò)濾器易堵塞膜孔，過(guò)濾器膜孔堵塞后壓降經(jīng)常發(fā)生變化，這樣就會(huì)造成超濾器進(jìn)口壓力經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)，對(duì)超濾器使用效果有影響。卷式超濾器對(duì)進(jìn)口壓力波動(dòng)要求不高，但對(duì)進(jìn)入超濾器的機(jī)械雜質(zhì)含量要求嚴(yán)格，所以要求過(guò)濾精度為25 μm。

2.3 控制及檢測(cè)部分

超濾器運(yùn)行過(guò)程中不允許隨意停機(jī)，因?yàn)橥Ｖ惯\(yùn)行時(shí)漆液沉積在超濾器內(nèi)，易堵塞超濾膜。另外系統(tǒng)中應(yīng)安裝玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和濁度計(jì)，隨時(shí)觀察透過(guò)量的變化情況和超濾膜有無(wú)破損現(xiàn)象。在超濾器進(jìn)口處應(yīng)裝有緩開(kāi)閥，當(dāng)供漆泵起動(dòng)時(shí)進(jìn)口閥門是緩緩打開(kāi)的，以避免進(jìn)漆壓力過(guò)高，損壞超濾膜。在超濾器的進(jìn)口應(yīng)安裝高壓、高溫保護(hù)器，一旦壓力、溫度超過(guò)許可范圍，整個(gè)系統(tǒng)就自動(dòng)停止運(yùn)行。

2.4  清洗部分

清洗為循環(huán)清洗方式，在清洗泵的進(jìn)口處應(yīng)裝有過(guò)濾精度為100 μm 左右的袋式過(guò)濾器，以便在循環(huán)清洗過(guò)程中除去超濾膜上清洗掉的漆渣及其他臟物。清洗部分可不設(shè)加熱裝置，一般情況下，通過(guò)清洗泵的短暫運(yùn)行，電能變?yōu)闄C(jī)械能，使清洗液溫度升高到要求的數(shù)值。若正常維護(hù)性清洗或堵塞不嚴(yán)重時(shí)清洗，可采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的丁基溶纖劑、2%的乙基溶纖劑、3%的甲酸去離子水對(duì)超濾器進(jìn)行循環(huán)清洗；若為磷酸鉛、磷酸鐵堵塞，則在前述清洗步驟后分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的硝酸和0.5%的磷酸進(jìn)行循環(huán)清洗；若為生物堵塞，這就表明超濾器已經(jīng)堵塞了很長(zhǎng)一段時(shí)間，其清洗過(guò)程需花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行反復(fù)清洗，若一旦確定為生物堵塞，則應(yīng)用新的清洗液，它是由一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯氣去離子水組成，在用這種方法的清洗過(guò)程中要隨時(shí)檢測(cè)清洗液中的氯氣含量，若含量降低則表明確實(shí)為生物堵塞，并應(yīng)增加氯氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)后繼續(xù)進(jìn)行清洗，直到恢復(fù)超濾器的性能為止。電泳槽液系統(tǒng)和超濾膜組在使用一段時(shí)間后也會(huì)孳生細(xì)菌，將會(huì)導(dǎo)致漆膜粗糙、膜厚增厚等涂裝弊病，此時(shí)應(yīng)用專用的殺菌藥液和程序進(jìn)行殺菌處理。

3  超濾系統(tǒng)的作用

3.1  電泳涂料的回收

在使用超濾系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)榭梢杂贸瑸V透過(guò)的清洗液充分洗滌除去黏附在被涂物上的電泳涂料，進(jìn)行回收，回收效率可高達(dá)95%以上，節(jié)約電泳涂料，減少污水處理量及費(fèi)用，而不使用超濾系統(tǒng)其電泳涂料使用效率只有70%～80%。

3.2  電泳槽的控制

電泳槽內(nèi)槽液的電導(dǎo)率及雜質(zhì)離子含量可以通過(guò)超濾液的排放而得到有效控制，一般情況下超濾水洗為3～4次，那么根據(jù)物料平衡關(guān)系，可以求出所需超濾液透過(guò)量。有時(shí)UF 膜與陰極電泳涂料的品種有一定的匹配性，黑漆和灰漆的超濾透過(guò)量也不相同。因而在選購(gòu)時(shí)要向UF 裝置制造廠說(shuō)明所采用陰極電泳涂料的品種、型號(hào)，屬何系列。UF液儲(chǔ)槽和UF 裝置的清洗槽可用不銹鋼、玻璃鋼或塑料制成，UF液儲(chǔ)槽容積應(yīng)能儲(chǔ)存UF裝置的大于1 h透過(guò)液量且應(yīng)能保證濾液的正常循環(huán)。

4   超濾系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題及解決

4.1  超濾膜堵塞問(wèn)題

超濾膜堵塞可謂是每個(gè)整車廠涂裝車間比較頭疼的一個(gè)問(wèn)題，堵塞的原因不止一種，下面來(lái)闡述并分析原因。

首先是供漆泵的流量對(duì)其有影響。

其次考慮過(guò)濾部分，超濾其實(shí)為超微孔過(guò)濾，超濾膜上有細(xì)微孔，允許水和小分子溶劑及分子量小的樹(shù)脂分子通過(guò)，如果電泳漆在進(jìn)超濾膜之前不通過(guò)任何過(guò)濾器直接進(jìn)入則必然會(huì)堵塞超濾膜孔，從而導(dǎo)致清洗周期縮短，減短使用壽命。

除此之外，設(shè)備停機(jī)也是有影響的。超濾器運(yùn)行過(guò)程中不允許隨意停機(jī)，因?yàn)橥Ｖ惯\(yùn)行時(shí)漆液沉積在超濾器內(nèi)，從而堵塞超濾膜。另外系統(tǒng)中應(yīng)安裝玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)和濁度計(jì)，隨時(shí)觀察透過(guò)量的變化情況和超濾膜有無(wú)破損現(xiàn)象。

最后就是清洗。膜在濃差極化的作用下也會(huì)慢慢被堵塞的，此時(shí)需要清洗。清洗為循環(huán)清洗方式，清洗部分可不設(shè)加熱裝置，一般情況下，通過(guò)清洗泵的短暫運(yùn)行，電能變?yōu)闄C(jī)械能，使清洗液溫度升高到要求的數(shù)值。電泳槽液系統(tǒng)和超濾膜組在使用一段時(shí)間后也會(huì)孳生細(xì)菌，將會(huì)導(dǎo)致漆膜粗糙、膜厚增厚等涂裝弊病，此時(shí)應(yīng)用專用的殺菌藥液和程序進(jìn)行殺菌處理。

4.2  超濾泡沫問(wèn)題

電泳后清洗用的新鮮超濾（UF）液和循環(huán)的UF液均含有機(jī)物，新鮮UF 液中含低分子樹(shù)脂，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為0.3% 以下。當(dāng)空氣進(jìn)入這些清洗液時(shí)產(chǎn)生泡沫，在噴洗場(chǎng)合嚴(yán)重時(shí)泡沫能溢出槽，影響清洗效果。在噴射清洗的場(chǎng)合，由于噴嘴出口噴射壓力高和流速過(guò)快，噴射作用使外部環(huán)境空氣卷入，再加上流入槽中的落差大，這是形成泡沫的主要原因。

可以從調(diào)整噴嘴的出口壓力和流速著手，提高噴射壓力和流速來(lái)減輕沖洗區(qū)的泡沫形成。

這樣雖能提高清洗效果，可是會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題。因此應(yīng)根據(jù)被涂物表面的清洗效果和沖洗區(qū)的泡沫量來(lái)調(diào)整噴射壓力，如調(diào)整到0.05～0.10 MPa之間。為了消除泡沫問(wèn)題，清洗液的落差要小，排放管應(yīng)接到清洗槽的液面下，或清洗室與槽一體化，設(shè)置消泡專用噴嘴。在槽體中設(shè)置迷宮式擋水板可有效防止泡沫外溢。

5  結(jié)語(yǔ)

超濾系統(tǒng)對(duì)于汽車底漆涂裝的重要性無(wú)需多言，其性能、穩(wěn)定性的好壞將直接決定車身的電泳質(zhì)量。新技術(shù)新工藝的采用、改進(jìn)、推廣是汽車技術(shù)發(fā)展不變的主題，而涂裝則引領(lǐng)著汽車制造工廠的先進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)力，涂裝設(shè)備與技術(shù)正不斷創(chuàng)新與日趨成熟，涂裝設(shè)備系統(tǒng)正更新?lián)Q代，超濾系統(tǒng)也不例外，作為汽車涂裝人，也一直在研究的道路上不斷前進(jìn)。