国产超滤器在电泳涂装中的应用

２００７中国汽车工程学会年会论文集

ＳＡＥ—Ｃ２００７Ｍ４３６８０７

国产超滤器在电泳涂装中的应用

潘东明

南京菲亚特汽车有限公司车身厂

【摘要】

本文简述了超滤在电泳涂装中的应用以及国产超滤器的应用发展前景，介绍了国产超滤器的特点和与国外产

品的对比，介绍了超滤器在电泳漆超滤中的几个影响因素，同时也明确了超滤膜的使用维护要点。

【关键词】

超滤

国产超滤器特点影响因素使用维护

ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＨｏｍｅｍａｄｅＵｌｔｒａｆｉｌｔｅｒｉｎＥ－ｃｏａｔｉｎｇ

Ｐａｎ

Ｄｏｎｇｍｉｎｇ

ＴｈｅＢｏｄｙＰｌａｎｔｏｆＮａｎ再ｎｇ

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ＦｌＡＴ

Ｃｏｒｐ．

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｅｘｐｌａｉｎｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｈｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｈｏｍｅｍａｄｅｕｈｒａｆｉｌｔｅｒ

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ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙｏｆｈｏｍｅｍａｄｅｕｈｒａｆｉｈｅｒｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒ

ｕｓｉｎｇ

ａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ

最大的膜面积；拆卸、更换膜要方便且易清洗等等。常见的

引言

超滤膜有管式（又分内压、外压两种）、板式、中空纤维式（也分内、外压两种）、卷式四种。在我国引进的超滤器中以

电泳涂装技术以其独有的高生产效率、优质耐蚀的涂

上四种形式都有，但从实际应用效果来看，卷式和中空纤维式对预处理、漆的管理要求严格，自动化水平要求高，而板式装卸、密封、维护较困难，引进数量最多，使用效果最好的还是Ａｂｃｏｒ公司的内压管束式超滤器。表１显示了不同类型超滤器及组件在电泳涂装上应用的优缺点。

表１不同类型超滤器优缺点对比

对

项

比目

管内压低易中易较小

式外压低较易高较易大

中空纤维

板式

内压很高较易低易小

卷式

层、安全经济等优点，受到涂装界的重视。随着新型电泳涂料的开发和涂装技术的进步，尤其是阳离子型电泳涂料和阴

极电泳技术的开发，现今有用电泳涂装法涂底漆的车身达９０％以上，车箱、车架、车轮等已基本使用电涂涂装涂底漆或一次成漆。

在电泳涂装过程中，被涂件要用大量去离子水洗才能进入烘房，被水冲走的涂料数量占所用涂料的３０％左右，不仅造成资源的浪费，而且污染环境。１９７１年美国ＰＰＧ和Ａｂｃｏｒ公司联合将超滤法用于电泳涂装，实现了完备的超滤水循环系统，使电泳涂装工艺更为合理化，既节省劳动力，提高涂料利用率，又减少了电泳废水的污染，还可稳定电泳漆槽，工件涂层质量更为优良。超滤器已成为一个完整的电泳涂装系统中不可缺少的关键设备之一。

外压

高难由

高难中较难较小

预处理要求清洗难易度动力消耗操作维修难易度占地面积大小

高

难由

较难较小

较难

较小

我国１９７５年开始把超滤技术应用于电泳涂装。最初只是应用在一些小型阳极电泳槽，超滤器单元膜面积小，膜种也单一。１９８３年以来先后上了几十条阴、阳极电泳涂装线，配套的超滤设备大部分引进美国Ｋｏｃｈ—Ａｂｃｏｒ公司的内压管束式超滤器，既花费大量外汇，而且服务得不到保障。国内有不少有实力的超滤器生产厂家，开始研制国产超滤器。有一家专业的超滤器生产厂家于１９９１年研制出类似美国Ａｂｃｏｒ公司产品的ＮＧ型超滤器及内压管束式膜组件，现已投入到国内几十条阴、阳极电泳涂装线上使用，性能指标接近美国Ａｂｃｏｒ公司同类产品水平，取得了良好的社会效益和经济效益，在超滤器的国产化方面做了一些有益的工作。１

国产ＮＧ型超滤器主要由内管束式膜组件、连接件及特定的外壳支架组件组成，与美国Ａｂｃｏｒ公司的膜组件具有互换性。这种型体及组装方式在电泳涂装系统中有利于电泳漆液在超滤过程中保持良好的流动状态和稳定的流速，减轻电泳漆对膜面污染及便于更换维修，易于清洗，动力消耗适当，是很适于我国电泳涂装线使用的一种超滤器形式。２

电泳漆用超滤膜及其组件

超滤膜的性能是超滤系统的核心。超滤器是否充分有效

国产ＮＧ型超滤器及其特点

超滤器的设计，有两个方面的基本要求：确保有足够的

的发挥效应，关键在于超滤膜的性能好坏，即超滤膜的透过

速度、截留率、寿命及耐化学药品性能等是否达到设计

指标。

流量通过膜表面，同时尽可能紧密，在既定的体积内可容纳

８０８ＳＡＥ．Ｃ２００７Ｍ４３６２００７中国汽车工程学会年会论文集

２．１

阳极电泳（阴离子型）用超滤膜

阳极电泳漆用超滤膜的透水速度、截留率、使用寿命、

的孔径、荷电密度、膜材料的耐药品性能等是膜具有高通量、长寿命的关键。在消化吸收，合作研究的基础上，国

内厂家于１９９３年又开发出一种适应性较强，抗污染，透过速度适中的阴极漆用超滤膜，这种膜的基材为一种新水性高分子物质，通过电解质接枝改性，使膜上带有长久的正电荷基团。与阴极漆长时间接触运行电荷不易消失，清洗

对非阳极漆种的适应性等指标均与国外同类产品水平相当，

而今阳极电泳线上配套的超滤器国内基本上不进口，大多采用国产ＮＧ型超滤器和老型号的Ｗ４、ＵＦ一０５产品等。表２列出了国产ＮＧ型阳极电泳漆超滤器一些用户的使用情况。

表２

膜种

国产ＮＧ型阳极漆超滤膜组件使用情况

透过速度

使用厂家东风汽车

车架厂

ＧＡＭ

也勿需加Ｐ３（美国Ａｂｃｏｒ公司荷电试剂一Ｐ３）这种昂贵的荷

电试剂，只需超滤透过液或去离子水加漆的溶剂等，不但

截留率

（％）

寿命

／月

节省用户的维护费用，而且膜的使用寿命也有延长，膜性能指标接近Ａｂｃｏｒ同类产品水平，有部分甚至超出。表３列出了国产ＮＧ型ＧＸＭ荷正电超滤膜同国外同类产品性能

漆种ＮＧ型

／（ｍ３／ｈ）

天津产黑

色阳极漆襄樊产黑色阳极漆

ＮＣｌＯＯＮＧ５０

１．８～２．５

９８

１．Ｏ～１＿５

＞１８

ＮＧ７５２台

＞１．５＞９８＞１８

对比情况。

表３

组件型式

东风汽车车厢厂

ＮＧ型ＧｘＭ阴极膜组件与国外同类产品对比

进口操

生产厂家膜型号作压力

／ＭＰａ

透过速度／

（ＩＪｍ２ ｈ）

截留

率＞％

膜材料

２．２

阴极漆（阳离子型）用超滤膜

美国Ａｂｃｏｒ

４．５

ＨＦＭ．１８３

１６—２５．４

９７

ＰＶＤＦ

随着当今阴极电泳漆的迅速发展，与之相适应的超滤膜一直是膜工程人员的研究重点。由于阴极电泳漆固含量高，主要成份为水溶性高分子涂料树脂和极细的颜料，吸

内压管束式

日本ＮｉｔｔｏＮＴＶ－２０２０德国Ｂｅｒｇｈｏｆ

１０２０

３．５５．Ｏ

１５—２３２０

９７９７

ＥＶＡＰＡ

附性较大，污染力较强，造成超滤膜极易堵塞、衰减。为此国外一般选用具有与阴极漆基相同电荷的荷正电超滤膜来超滤阴极漆。在超滤过程中，借助杜南效应，静电排斥，

减轻漆液对膜面的污染，增加透过速度，延长膜的使用寿

沙市水处理

ＣＸＭ４．Ｏ１４—２５９７

聚电解质

１９９３年以来国产ＮＧ型内压管束式ＧＸＭ阴极膜组件先

后在东风汽车、一汽、柳微、长安等厂应用效果良好，对不

同漆种适应性较强。表４列出了国产ＮＧ型ＧＸＭ膜组件在国内几家用户的使用情况。

命。几年来，国内先后开发出荷正电的Ｆ超滤膜，ＨＮＡ复合膜，ＣＧ膜等，在不同程度上解决了一些问题，摸索出膜

表４国产ＮＧ型ＧＸＭ膜组件对几种常见阴极漆种的超滤情况

操作压力／（ｋｇ／ｃｍ２）

使用厂家东风汽车车身厂

济南汽车厂东风汽车车厢厂

ＮＧ型号

阴极漆产地或牌号

进口

出口

０．５

透过速度

截留率＞％

／［Ｌ／（ｍ２ ｈ）］

１５～２０

９８

９４．５

使用时间

ＮＧｌ００４．０

北京红狮Ｇ１０８３

换Ａｂｃｒｏ２台ＮＧｌ００

４．０３．２

Ｏ．５Ｏ．５

１５～２０１８～２７

９８９８

９５．６９４．４

安徽池洲ＳＴ．２

湖北专用汽车厂一汽车轮厂

ＮＣ７０

３．５

０．７

２０—２７

９８９８

９４．１ｌ９３．１１

换Ａｂｃｏｒ

ＮＧ５０

日本关西ＨＢ２０００天津丽化Ｈ１１－９６湖南长沙ＨＳ．８８

３．０３．２

Ｏ．５０．５

１６—２０１８～２８

９８９４．１０

长安机器厂柳州微型汽车厂

四川汽车厂

ＮＧ３５２．８４．Ｏ

Ｏ．７Ｏ．６

１５～２１２０—２８

９８９８

９３．７９５．４

换Ａｂｃｏｒ

兵器部５９所

ＮＧ３５

３．０Ｏ．５２０—３０９８９２．７

上述数据表明国产ＮＧ型超滤器及膜已能满足汽车厂

３．１

家的要求，性能指标已具备替代进口的条件。但超滤器使用好坏除自身达到所应具备的性能外，与实际运行操作、漆槽管理、保养维护等环节是紧密相关的，下面就此加以说明。

漆液流速

超滤液透过速度是由膜面溶质逆向扩散速度所控制的，

漆液在膜管流动时产生浓差极化是影响透过速度的主要因素，浓差极化强度取决于膜面漆液的流速，只有当膜面流速

３超滤器在电泳漆超滤中的几个影响因素

超滤液透过速度是国产ＮＧ型超滤器和其他超滤器

致使漆液从层流转入紊流状态时，才能冲破轴向流动边界层

厚度，极化程度得以改善，管过速度得以提高。漆液的流动

状态是雷诺准数（Ｒｅ＝，｛ｕｖ／ｉｘ，ｄ指膜管直径，纵Ｐ分别代表漆

液粘度、密度，ｕ指漆液流速来决定），当Ｒｅ＞３０００时流动脱

的一个主要衡量指标，其大小受以下实际运转情况的

制约。

离层流进入紊流状态，理论上ｕ越大，浓差极化会越小，但

２００７中国汽车工程学会年会论文集

ＳＡＥ—Ｃ２００７Ｍ４３６

“过大，动力消耗会增加，通过计算适宜膜的流速“在３～５ｍ／ｓ。超滤循环泵的流量选型依据便是根据此膜面流速来

定的。

３．２

压力

压力不是透过速度的决定因素，但试验表明透过速度在

一定范围内与压力成一定的正比关系。在国产ＮＧ超滤器中，要保持正常的流动状态，必须使每排管路压力降ＡＰ到２．５～３ｋｇ／ｃｍ２左右。进口压力在３．５～４．０ｋｇ／ｃｍ２为宜，不能小于３ｋｇ／ｃｍ２。这也是超滤循环泵压力的确定依据。

３．３

温度

温度升高，漆液粘度降低，其扩散系数增大，透过速度

会增加。但温度过高，会使涂料丧失稳定性，建议保证漆液稳定的情况下，在温度上限运行，会增加透过量。３．４漆液浓度

实践表明漆液浓度对透过速度影响是很大的，当漆液浓度高时，胶层的浓度差很小，扩散速度慢，透过量就小。在工艺许可条件下，降低漆液浓度能得一较好漆膜时，就尽可能用浓度低的漆液进行电泳，这时获得较多的超滤液是有利

于生产的。

４超滤膜的污染及预防

任何超滤膜均是有一定使用时限，膜的自然衰减和污染是不可避免的，膜的使用寿命主要由运行中膜污染的周期及

程度而定。

膜污染分轻度污染和深度污染。膜自身构造没有变化，但因堵塞或形成附着层，使膜通量降低导致的污染称轻度污染。如果膜本身由于化学作用、物理作用、生物作用使膜的构造起了变化，从而造成功能下降称深度污染，如膜长时间放置导致干涸收缩，未做防腐处理使细菌繁殖，或运行中严重浓差极化却不及时处理从而导致严重粘附堵塞等，一般污

染通过清洗可恢复，深度污染难以复原。

在电泳漆超滤过程中及漆液管理方面有以下因素导致膜

污染：

（１）漆液低流速运行。

前节已说明膜面流速是透过速度的决定因素。当超滤膜面流速下降时，胶层厚度会增加，长时间低流量流速运行透过量会逐步降至零点。运行中过滤袋堵塞、管道阀门阻塞、循环泵流量不够等均可能引起。

（２）超滤器高浓度高温度运行。

这种情况最易在补给式的超滤系统中出现，在这种循环方式中若补给量供给不足，循环系统的漆液就会浓缩、温度要上升，其结果导致通量急剧降低，严重时不能恢复。

（３）超滤器停机时置换不完全。

通常超滤器在运行中，遇停水、停电、放假，倒槽等特殊因素停机时，要用超滤液（或配液溶剂水）挤出膜管内的漆液。若漆液直接存入管内或未彻底置换，电泳漆便会沉淀下来，粘附在膜面上，再运行时透过量会显著降低。

（４）电泳漆管理

若电泳漆成份处于正常的ＰＨ值、温度、固体份、电导率等管理值以上，漆液分散会不稳定，极易在膜上凝结成块

导致阻塞。

（５）前处理带来的影响。

从前处理工程带来的一些物质，也会发生失去漆液稳妥定性的影响，特别是带进完整价的三价离子如ＰＯ：一等对漆液影响很大，超滤膜会被那些凝聚物如Ｐｂ３（ＰＯ。）２等

污染。

（６）碳酸铅的析出

一般电泳漆中均会有铅，Ｐｂ“和空气中的碳酸起反应生

成碳酸铅，有时会在膜央上析出。若电泳漆中的铅管理不好，达不到平衡导致ＰｂＣＯ，析出于膜面会使超滤膜劣化，而难以恢复。为减轻膜污染，不造成深度污染，采取以下预防措施是必要的。

１）建立超滤器运行档案，每天对超滤器进出口压力、

透过速度、截留率作记录，有异常及时处理，同时也应做好漆液的管理档案，如漆温、浓度、ｐＨ值、杂离子数等，便于超滤器异常时分析查找原因，对症下药。

２）超滤器前配备精密过滤系统，经常性清理过滤袋网。保证管道及超滤器流道通畅，避免机械或其他杂物损伤、污染膜面或堵塞膜管。

３）超滤系统设计时注意循环泵流量，压力符合超滤器的需要，注意在补给式循环超滤时发生浓缩，补给量约为设降及膜面流速。

４）膜长时间不用时注加防腐水密封，关停机一段时间时要及时清洗、水封，保证膜面湿润。

电泳漆用超滤膜的清洗及维护

既然有膜污染，就要有解决的办法，首先做到预防为

主，尽量延长污染周期，产生污染后要及时清洗。超滤器新清洗药品基本使用电泳漆液中的溶剂、中和剂等。清洗如果透过量在短时间内急剧下降，说明膜已被严重污器。清洗剂由厂方提供配方，清洗时间６ｈ左右。

为了更有效地发挥膜的功能，延长膜的使用寿命，一种行之有效的方法是按上述步骤将漆液完全顶回电泳槽。在生产间歇，如周末有超滤透过液循环一夜或几小时是非常有益的。以上介绍了国产ＮＧ型超滤器国产化的一些情况，分析了国产ＮＧ型超滤器在实际运行中的一些经验教训。我们相信国产超滤器生产厂家会不断地提高产品质量，推出与国外相抗衡的产品，以满足用户不断发展的需求。同时也希望国内用户在超滤器使用过程中认真维护，摸索更多更好的运行经验，共同让国产超滤器普及国内市场，促进我国电泳涂装

事业的发展。

定透过量的２０～４０倍，在超滤系统管道上禁止连接搅拌器、换热器、冷凝器等设备，保证通过超滤器的漆液有正常的压

５

膜运行几天后，透过速度会有一定稳定值，当这值降到７０％左右时，就必须进行清洗。

操作，使用超滤系统内的清洗操作回路，循环运行进行，清洗时操作条件可与正常运转时相同。

染，先查透过量突减原因，排除故障后，配清洗剂洗涤超滤

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２００７中国汽车工程学会年会论文集

参考文献

华耀祖．超滤技术与应用［Ｍ］．北京：化学工业出版怡华，董汝秀译．北京：化学工业出版社，１９９ｌ社，２００４．［３］

刘双进．污水处理新技术反渗透和超滤［Ｍ］

北

（德）劳顿巴赫（Ｒａｕｔｅｎｂａｃｈ，Ｒ．），（德）阿尔布雷希特京：海洋出版社，１９８５．

（Ａｌｂｒｅｃｈｔ，Ｒ．）．膜分离方法超滤和反渗透［Ｍ］．黄

８１０［２］

国产超滤器在电泳涂装中的应用

作者：作者单位：

潘东明

南京菲亚特汽车有限公司车身厂

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1.期刊论文 张坤 卧式超滤器在阳极电泳线上的应用 -材料保护2001,34(7)

1 前言20世纪60年代,电泳涂装作为一种新型的涂装工艺应用于汽车车身的涂装,并很快在汽车行业中得到普遍推广.我公司在“八五”改造期间,建了一条零部件涂装的阳极电泳生产线,并于1996年初正式投入使用.由于当时公司资金问题,这条电泳涂装线没有安装超滤设备,造成电泳槽液的工艺参数无法控制,严重影响了电泳涂装质量.为此,1999年11月正式安装了一台国内比较先进的卧式超滤器,从而使电泳槽液得到了有效的控制,电泳质量有了明显的提高.

2.会议论文 张晓东.肖军 阴极电泳涂漆用超滤器 1993

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