于超，孫浩，楊忠，張新旺，王劍

（吉利汽車集團(tuán)有限公司，浙江 寧波 315800）

電泳槽不同于其他由304不銹鋼制成的槽體，一般采用厚度不小于6 mm的碳鋼材質(zhì)來(lái)制作。為保證電泳液在循環(huán)施工過(guò)程中與槽體隔絕，需要對(duì)槽壁進(jìn)行噴砂后涂覆絕緣材料來(lái)保證其耐酸堿及絕緣性能。如絕緣性能不夠或者槽壁不耐酸堿及溶劑類化學(xué)品浸泡，會(huì)造成許多問(wèn)題。由于整個(gè)電泳槽液為酸性懸濁液環(huán)境，需不停循環(huán)，槽液中的色漿及樹脂在循環(huán)沖刷過(guò)程中會(huì)對(duì)槽壁產(chǎn)生巨大的剪切力，不可避免地導(dǎo)致其腐蝕。一方面，溶解后的槽壁材料在電泳槽液中形成污染性顆粒，存在工件電泳后出現(xiàn)顆粒及縮孔的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，隨著時(shí)間推移，電泳液中所含溶劑不斷侵蝕槽壁會(huì)造成槽體漏電及泳涂不完全等質(zhì)量缺陷。即使后期整體重做絕緣涂層，也會(huì)導(dǎo)致電泳質(zhì)量的不確定性以及必須承受停產(chǎn)所帶來(lái)的不可預(yù)估的損失。

一般電泳槽壁絕緣處理可以刷涂絕緣油漆或者涂覆玻璃鋼。刷涂絕緣油漆的做法施工難度較高，后期維護(hù)成本較大，使用年限還較短。一般大型成熟的電泳線會(huì)采用涂覆有機(jī)玻璃鋼的方式進(jìn)行絕緣，小件直接采用PVC(聚氯乙烯)板襯里施工。電泳槽內(nèi)壁涂覆玻璃鋼的步驟在整個(gè)工程中占比極小，卻是整個(gè)電泳系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵所在。本文從槽體內(nèi)壁玻璃鋼材質(zhì)結(jié)構(gòu)、施工步驟及注意事項(xiàng)、檢查測(cè)試等幾個(gè)方面探討怎么才能制作出合格且有效的玻璃鋼涂層。

1 材質(zhì)與結(jié)構(gòu)

1.1 材質(zhì)

玻璃鋼涂層主要分為無(wú)機(jī)材質(zhì)和有機(jī)材質(zhì)，工程上根據(jù)不同的場(chǎng)景進(jìn)行選用。無(wú)機(jī)材質(zhì)主要由氯化鎂、氧化鎂、玻璃纖維布等成分組成，隔水性能差，極易吸潮后強(qiáng)度減弱而影響使用壽命，而且無(wú)機(jī)材質(zhì)先天存在機(jī)械性能不足及化學(xué)品耐受性差等弱點(diǎn)，這些都決定了其無(wú)法應(yīng)用于電泳槽絕緣涂層的制作。有機(jī)材質(zhì)主要由有機(jī)樹脂和玻璃纖維布組成，不同樹脂(見(jiàn)表1)及不同形態(tài)的纖維布所組成的玻璃鋼在性能上存在較大差異。

表1 不同玻璃鋼樹脂材質(zhì)的區(qū)別Table 1 Differences between different resins for making fiber-reinforced plastic (FRP)

以雙酚A或多元異作為固化劑，使環(huán)氧氯異烷分子開環(huán)交聯(lián)固化產(chǎn)生的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物被稱為環(huán)氧樹脂。其反應(yīng)需要保證一定的溫濕度，因此它是一種熱固性樹脂。而雙酚A樹脂與甲基異烯酸在催化劑作用下進(jìn)行縮聚反應(yīng)得到的產(chǎn)物一般被稱為乙烯基樹脂。在其主骨架中引入酚醛環(huán)氧樹脂改性后可得到標(biāo)準(zhǔn)意義的酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂。這種樹脂有著交聯(lián)密度高的特點(diǎn)，固化后有著較好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐酸堿性、卓越的耐溶劑浸泡性能和抗氧化性能，適用于各種惡劣的煙氣脫硫裝置及海洋運(yùn)輸領(lǐng)域。

加強(qiáng)涂層一般使用玻璃纖維進(jìn)行粘接，具體形態(tài)分為紡織布及短切氈兩種。玻璃纖維布又可分為細(xì)玻纖和粗玻纖。任何形態(tài)的玻璃纖維在施工時(shí)都需要注意全部樹脂的及時(shí)浸潤(rùn)與固化，避免引起氣泡。短切氈既能增加材料柔韌性也能提高強(qiáng)度，還能起到內(nèi)部密封的作用，用來(lái)打底及過(guò)渡；細(xì)玻璃纖維主要用于增強(qiáng)材料的柔韌性；粗玻璃纖維的主要作用是提高材料強(qiáng)度。玻璃布因?yàn)橛袕埩Γ鸱黄?，角落轉(zhuǎn)角等地方與膠衣的貼合度很差，所以需要短切氈來(lái)過(guò)渡和填充。另一方面，由于是微觀形態(tài)規(guī)則的紡織品，玻璃布有著比短切氈更小的形變量，當(dāng)異物或工件劃過(guò)時(shí)，玻璃布會(huì)大面積翻起撕裂，短切氈因無(wú)序排列而只是發(fā)生小面積損壞，故短切氈的加入也可以為后期電泳槽壁涂層意外維修節(jié)省時(shí)間及物料成本。一般增強(qiáng)層玻璃布隨機(jī)結(jié)構(gòu)重達(dá)450 g/m2，使用的纖維長(zhǎng)度約為5 cm，而短切氈毛重為30 g/m2。

1.2 結(jié)構(gòu)

電泳槽壁玻璃鋼涂層的結(jié)構(gòu)通常如圖1所示。在表面噴砂處理后的碳鋼之上有五六層結(jié)構(gòu)，大體可分為底漆層、加強(qiáng)涂層、絕緣涂層、防水涂層等，其厚度總計(jì)約3 mm。一般來(lái)說(shuō)，底材噴砂處理是為了基材除銹，底漆層為功能層提供更好附著力的同時(shí)也為基材增加一定的抗腐蝕能力，加強(qiáng)涂層提供了持續(xù)長(zhǎng)久的耐槽液循環(huán)壓力，絕緣涂層提供了優(yōu)異的電絕緣性及耐化學(xué)品(主要為電泳槽液所含的溶劑)腐蝕性，防水涂層主要起找平及隔水作用。

圖1 一般電泳槽壁玻璃鋼絕緣涂層的結(jié)構(gòu)Figure 1 General structure of FRP insulation coating on internal wall of an electrophoresis tank

2 施工步驟及注意事項(xiàng)

2.1 基材表面噴砂處理

對(duì)電泳槽壁碳鋼基材進(jìn)行噴砂打磨至露鐵，消除所有焊點(diǎn)、焊渣及銹點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)該對(duì)鋼板拼接焊縫處及槽體死角位置進(jìn)行仔細(xì)檢查與打磨，盡量在不影響焊接強(qiáng)度的情況下，通過(guò)噴砂使之平整，避免后續(xù)涂刷底漆時(shí)出現(xiàn)凹凸不平。噴砂使用高爐爐渣，?；睆?.25 ～ 2 mm，除銹等級(jí)Sa2.5或Sa3，粗糙度Rz= 50 ～70 μm(按德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 4768評(píng)定)。油鋼砂和無(wú)油鋼砂均可使用。噴砂結(jié)束后需要對(duì)電泳槽內(nèi)基材進(jìn)行全方位的保潔，一般使用異酮擦拭，避免槽壁殘留油污而影響底漆與基材之間的結(jié)合力。

2.2 樹脂及玻纖涂覆

基材表面噴砂處理后應(yīng)盡快實(shí)施涂刷底漆的工作，避免因空氣中的水汽引起腐蝕而造成返工。樹脂及玻纖涂覆工作包含了底漆涂刷、加強(qiáng)層涂刷、絕緣層涂刷和最終的防水層涂刷。在樹脂及玻璃纖維涂覆過(guò)程中，需重點(diǎn)做好以下幾個(gè)方面：

(1) 施工作業(yè)環(huán)境的實(shí)地考察，包含溫度、濕度、通風(fēng)狀況及近期天氣情況等。玻璃鋼施工的最佳溫度為15 ～ 25 °C，相對(duì)濕度30% ～ 50%，良好的通風(fēng)環(huán)境直接關(guān)系到樹脂層的溶劑能否及時(shí)揮發(fā)置換，避免達(dá)到爆炸極限而導(dǎo)致安全事故。施工區(qū)域的溫度及濕度符合工藝要求與否，是養(yǎng)護(hù)固化的關(guān)鍵所在。另外在冬季施工時(shí)，由于施工現(xiàn)場(chǎng)溫濕度較低，可通過(guò)在槽內(nèi)均勻布置防爆加熱燈以及在未完全固化涂層的表面鋪設(shè)塑料薄膜(預(yù)留揮發(fā)通風(fēng)口，不能影響水分及溶劑揮發(fā))等方式來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償作業(yè)，涂層養(yǎng)護(hù)固化過(guò)程中需要嚴(yán)格保證作業(yè)環(huán)境的穩(wěn)定性及均勻性，避免大范圍出現(xiàn)層間涂層結(jié)合力不良的情況發(fā)生。

(2) 乙烯基樹脂(或環(huán)氧樹脂)與催化劑(或固化劑)的配比要一致。各組分需充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蠓娇蓪?shí)施涂刷工作。每次配比需記錄留檔，以便出現(xiàn)問(wèn)題后能夠迅速找出原因。

(3) 加強(qiáng)層與絕緣層之間固化狀態(tài)的確認(rèn)。這兩層涉及到玻璃纖維(含短切氈、粗玻纖布、細(xì)玻纖布)的粘貼?？刹捎瞄g歇性涂覆或者連續(xù)性涂覆作業(yè)。間歇性涂覆是指每次粘貼玻纖時(shí)，浸潤(rùn)樹脂后靜待固化完全，修整后重復(fù)施工。該方式一般成品質(zhì)量較高，但缺點(diǎn)是施工周期較長(zhǎng)。連續(xù)性涂覆是指玻纖層間互相重疊錯(cuò)位粘貼，全部粘貼完之后固化修整。該方式對(duì)施工條件及作業(yè)人員的手法要求較為苛刻，但勝在施工周期較短。一般春秋季溫濕度較為友好，可采用連續(xù)性涂覆方式。施工前還需要詳細(xì)調(diào)查施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境及該地區(qū)近期的天氣條件，如某公司涂裝現(xiàn)場(chǎng)采用的是連續(xù)法和間歇法貼布相結(jié)合的方式：加強(qiáng)層玻璃鋼中的玻璃纖維之間按照連續(xù)法進(jìn)行施工，絕緣層玻璃鋼中的玻纖也是如此，但層間采用的是間歇法施工。這樣靈活的方式在盡可能保證施工周期的前提下又保證了玻璃鋼的品質(zhì)。下一層樹脂涂覆之前需要使用專用檢測(cè)儀器(如巴氏硬度計(jì)等)檢測(cè)上次涂層的固化情況，確認(rèn)達(dá)標(biāo)后方可再涂。另外，無(wú)論是連續(xù)法涂覆還是間歇法涂覆，都需要對(duì)表面的玻纖毛刺進(jìn)行處理。

(4) 防水層是整個(gè)玻璃鋼品質(zhì)的最后關(guān)卡，需要做到撫平毛刺，達(dá)到表面均勻平整。施工過(guò)程中起隔水作用的物質(zhì)為石蠟，需要用苯乙烯等有機(jī)溶劑溶解后均勻地分散在乙烯基樹脂中，隨著乙烯基樹脂的固化，石蠟將被均勻地封存固結(jié)在樹脂層中，以此來(lái)起到防水的作用。另外，需保證整個(gè)涂層表面無(wú)氣泡及其他瑕疵產(chǎn)生，密封性能良好。

(5) 在整個(gè)施工過(guò)程中，小樣的制作應(yīng)保證同時(shí)開展，其施工材料及施工條件保持與槽體涂層一致。

3 檢查測(cè)試

玻璃鋼涂層在施工完畢之后要進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)判斷玻璃鋼是否達(dá)到質(zhì)量要求。其中包括涂層外觀及厚度測(cè)試、耐水浸泡測(cè)試、耐酸堿浸泡測(cè)試、耐溶劑擦拭測(cè)試、巴氏硬度測(cè)試、耐電壓測(cè)試等項(xiàng)目。

一般涂層外觀測(cè)試主要要求以下內(nèi)容：涂層表面光潔平整，無(wú)疙瘩，無(wú)分層過(guò)噴，無(wú)空氣混入，無(wú)氣泡、氣孔。尤其需要關(guān)注在連接和重疊區(qū)域的缺陷。

某涂層正常完工后外觀為啞光色，個(gè)別位置斜45°觀察會(huì)有明顯發(fā)亮的狀況。經(jīng)工業(yè)水浸泡后存在明顯發(fā)白跡象，使用電泳溶劑(10%異二異丁醚)擦拭后發(fā)生輕微掉色現(xiàn)象(如圖2和圖3所示)。對(duì)掉色物質(zhì)進(jìn)行取樣，采用體視顯微鏡觀察(見(jiàn)圖4)及紅外光譜分析(見(jiàn)圖5)，得知其主要成分為乙烯基樹脂(即雙酚A環(huán)氧異烯酸酯化合物)及苯乙烯。分析此事故發(fā)生的原因?yàn)椋撼鲇诮K層面漆需要起到防水作用的考慮，加入了用苯乙烯溶解的石蠟，隨著樹脂層的固化，石蠟將均勻地固化在其中，但如果樹脂表層固化不良，石蠟將脫離樹脂上浮，形成發(fā)亮的觀感。這也解釋了為何使用溶劑擦拭時(shí)涂層會(huì)出現(xiàn)掉色。最終需要使用異酮將表層多余的石蠟及淺層未固化的樹脂全部清除，測(cè)試涂層厚度達(dá)到要求方可使用。為避免淺層樹脂未固化完全所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，耐水浸泡、耐溶劑擦拭(采用電泳漆實(shí)含溶劑，溶度要求50% ～ 100%)等試驗(yàn)必須在小樣實(shí)驗(yàn)完畢后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)槽壁實(shí)體進(jìn)行二次確認(rèn)，以實(shí)際槽體質(zhì)量為準(zhǔn)。耐酸堿浸泡可以只用小樣來(lái)做。

圖2 正常電泳槽壁玻璃鋼涂層的外觀(a)及異常光亮位置(b)Figure 2 Normal appearance (a) and abnormally bright position (b) of FRP coating on internal wall of electrophoresis tank

圖3 工業(yè)水浸泡后發(fā)白(a)以及用電泳溶劑擦拭后掉色(b)的照片F(xiàn)igure 3 Photos showing the whitening (a) of FRP coating after being immersed with industrial water and the tarnishing (b) of FRP coating after being wiped with the solvent of electrophoretic paint

圖4 掉色物質(zhì)的顯微圖像Figure 4 Metallographs of the matters sampled from the tarnished area

圖5 掉色物質(zhì)的紅外譜圖Figure 5 IR spectra of the matters sampled from the tarnished area

涂層厚度測(cè)量需要在對(duì)槽壁劃分不同區(qū)域后進(jìn)行，不同區(qū)域都需要測(cè)試，如圖6所示。

圖6 一般電泳槽壁玻璃鋼厚度的測(cè)量點(diǎn)Figure 6 General distribution of the positions for measuring the thickness of FRP coating on internal wall of electrophoresis tank

巴氏硬度測(cè)試及耐電壓測(cè)試同樣需要按照厚度測(cè)量點(diǎn)測(cè)試進(jìn)行，一般要求巴氏硬度超過(guò)30 HBa，耐電壓測(cè)試超過(guò)20 kV。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車行業(yè)的深度競(jìng)爭(zhēng)，各方成本節(jié)儉的壓力與日俱增。但防腐是一輛合格車身最基本的保證，電泳底漆在其中起著關(guān)鍵作用。而用于電泳的槽體內(nèi)壁必須具有全方位質(zhì)量上乘的絕緣涂層。相應(yīng)的工藝與設(shè)備、材料、人員之間的貫通也是新時(shí)代對(duì)汽車人提出的更高要求。