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流体过滤在汽车涂装工艺中的应用

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汽车表面喷涂是汽车给消费者的第一视觉感官，同时也用于保护汽车车身，防止因外部环境和各种接触车身的介质对车身的污染和腐蚀。因此汽车涂装对于汽车生产非常重要。由于汽车车身和饰件在生产过程中，不可避免会带入大量污染物，比如铁屑、焊渣、乳化液，擦拭车身用抹布脱落的纤维等，车间环境也会带入一些污染物，比如大量粉尘、传输带或吊具上的铁锈、油污等，所有这些污染物都必须在汽车喷涂之前处理掉，因此汽车涂装线需要多级过滤才能保证最终喷涂质量。

汽车涂装工艺及过滤解决方案

汽车涂装一般由三个阶段组成：前处理、电泳和面漆喷涂。

前处理

前处理主要是清洗车身，去除车身上的各种污染物，形成磷化膜，为电泳作准备，保证最终电泳漆质量和面漆质量。一般前处理工序包括冷水洗-热水洗-预脱脂-主脱脂-表调- 磷化- 水洗-纯水洗，如图1所示。

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图 1，汽车涂装工艺流程图

前处理各工序的作用简单介绍如表1所示，每个车厂的前处理工艺有所区别。正是通过前处理多道工序的处理，车身上的各种污染物才会分级处理。车上的污染物通过浸泡或者喷淋的方式进入各级槽液，槽液中的污染物通常有两种过滤方式，一种是通过循环过滤的方式去除，另一种是通过安装在喷淋头前的过滤器来拦截。

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车身在经过第一、二道工艺-水洗，热水洗时，由于车身上存在大量大颗粒污染物，主要是焊渣、铁屑、大的纤维和颗粒等污染物，一般会选用经济的尼龙编织滤袋。由于尼龙单丝滤袋具有更稳定的孔隙结构和过滤性能，在第一、二级水洗工艺被广泛使用。精度根据车身污染物颗粒大小和洁净度而定，通常选择200μm左右。由于车身上污染物中大颗粒居多，尼龙单丝滤袋更换频率很高，由于每个车厂车身的洁净度控制不一样，滤袋精度和更换频率也有所不同。3M的NB滤袋系列NMO滤袋广泛地应用于该工艺点。

经过水洗的车身进入脱脂工序，脱脂液一般为一些溶剂、表面活性剂或碱液。脱脂主要去除车身油污，污染物除了来自前级水洗未处理掉的更细小颗粒和纤维外，还有脱脂液产生的各种絮凝物和聚合物胶体。因此脱脂液过滤一般选用深层过滤的聚丙烯针刺毡滤袋，由于具有深层过滤效果，可以有效去除更细小颗粒和各种絮凝物，聚合物胶体。精度一般在150μm 左右，由于污染物总量低于水洗，更换周期略长一些。考虑到有大量铁类杂质的存在，推荐在滤袋中插入多根磁棒，通过磁性吸附的原理去除铁类杂质，第一是可以防止滤袋过早堵塞，第二是磁棒可以吸附更细小的铁质颗粒，第三个重要的作用是可以防止尖锐的铁质颗粒划伤滤袋，导致滤袋失效，污染物逃逸。磁棒拦截的铁类杂质可以手动去除，磁棒可重复利用。通常磁棒的磁性为4000~9300高斯。也有车厂用更高精度的尼龙单丝滤袋在脱脂工艺来进一步去除细小颗粒，但对脱脂液可能产生的胶体类物质去除率不高。3M NB 系列针刺毡滤袋由于其高的截留效率和便宜的价格在该点有广泛的应用，3M针刺毡滤袋采用塑料领环，滤材纵缝、底部和领环处都采用强热熔焊结，保证高的强度。

脱脂工序后紧接着水洗工序来去除车身上残存的脱脂液，也用于进一步清洗车身。一般选择更精细的聚丙烯针刺毡滤袋，来拦截更细小的颗粒和胶体污染物。精度约100μm，更换频率更长。磁棒仍然需要添加来去除铁屑。

接下来是表调工艺，先通过弱酸，一般为盐酸或磷酸，或一些复合酸来除锈，然后调节pH值为微碱性，形成致密均匀的分子结构，用来保证后续磷化阶段形成的磷化膜的质量。这个阶段的污染物除了前级工序没有拦截掉的细小颗粒外，还要同时去除表调液反应产生的污染物。一般表调液过滤选择聚丙烯针刺毡滤袋，100μm左右，加装磁棒。

磷化工艺是前处理工艺的最重要一环。形成磷化膜的作用一个是保护母材，但不改变母材属性，同时增加电泳漆附着力。磷化膜的质量直接影响电泳漆的质量和最终面漆的质量。

磷化工艺要求去除大部分肉眼可见细小颗粒，纤维和各种聚合污染物，一般选择聚丙烯针刺毡滤袋，精度在50μm左右，加装磁棒。

3M DuoFLO双层滤袋凭借其特殊的双层结构设计，渐紧双精度滤材，低压差、长寿命、在表调和磷化工序有着广泛的应用。

预处理最后几级水洗和纯水洗是用来去除磷化膜表面的磷化液和车身表面各种悬浮污染物。该级是电泳前最后一道过滤，除了去除各种颗粒污染物外，残留的油污也需要去除。因此这几道工序可以推荐使用吸油滤袋（图2），除了更高的过滤效率来去除绝大部分污染物外，还具有吸油功能，防止油污进入电泳阶段，影响电泳漆质量。精度一般选择50μm，材质为聚丙烯融吹微细纤维，加装磁棒。

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图2. 经过吸油滤袋过滤前后车身缩孔比较

3M DuoFLO滤袋和100系列滤袋可以很好的用于纯水洗工艺，100系列滤袋除了具有较高的过滤效率外，由于微细融吹聚丙烯纤维构造还使其兼具吸油功能。

以上是预处理工艺的各个工序介绍和相对应的过滤解决方案。可以看出污染物是逐级被拦截的，因此滤袋的正确选型和合理配置，可以提供一套最优解决方案，既保证污染物被逐级拦截，最终产品质量得到保证，也能保证合理的使用寿命和最低的成本投入。

表1对预处理各个工序的污染物和建议3M过滤产品作了汇总，但是不同车厂的工艺不同，滤芯的类型选择和精度也略有不同。

电泳

电泳漆是汽车表面的一层底漆，其喷涂质量直接影响覆盖其上的中漆和面漆。电泳包括电泳槽液循环、电泳槽液调温循环、超滤循环和纯水洗循环。

电泳的四种循环工序都需要过滤，第一个是电泳槽液的循环，电泳液循环是为了保证电泳槽液固体分稳定，防止颜料沉淀。通过过滤可以拦截不需要的污染物颗粒和吸附油污，油污会减少电泳漆的附着力，形成缩孔缺陷，如图2所示。第二个循环是调温循环，调温循环是为了维持电泳槽液的温度稳定，防止温度波动对电泳涂层质量产生影响。调温循环过滤器安装于换热器之前，拦截污染物颗粒，防止换热器堵塞。第三个循环是超滤循环，超滤循环是电泳系统稳定运行的一个关键环节，其作用有：一，回收电泳漆，维持电泳槽液成分稳定；二，产生超滤液（纯水），用于清洗电泳车身，并能实现自动化操作，不需要外部供应纯水，也能减少废水产生；三，可以去除电泳液中的污染物小颗粒。滤袋一般用于超滤前端，防止大颗粒堵塞或污染贵重的超滤膜，超滤水洗喷淋头之前也会加滤袋用于去除污染物。第四个循环是纯水洗，一般超滤水洗后会再加两级独立的纯水洗环节，来保证最终的电泳漆质量，但这两级纯水洗会产生废水。这两级纯水洗喷头前会加滤袋来保证清洗液不带入污染物。

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图3. DuoFLO 双层结构设计

电泳的四个循环工序的袋式过滤一般需要更高精度，更高效率，同时还要求有吸油功能，才能满足电泳液和纯水洗工艺要求，所以一般选择融吹精细聚丙烯纤维建造的高效过滤袋，精度一般为25μm。3M 100系列滤袋是专门为电泳漆量身设计的吸油滤袋，具有较高的过滤效率的同时，还具有吸油功能。

面涂

汽车面漆一般有固体色漆，金属漆和清漆。调漆间的工艺流程一般有三个过滤应用点，一个是桶装漆在加入循环罐之前需要进一步过滤，第二个是循环罐的油漆需要循环过滤直至喷漆质量满足喷涂要求，第三个是在线喷涂的喷枪前增加一级过滤来保证最终喷涂质量。三个过滤点可以根据喷漆线的要求选择配置，通常循环过滤是常备的。

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图4. 100 系列滤袋滤材与毡布显微对比

固体色漆一般添加一些染料和一些树脂、溶剂来形成需要的颜色。而金属漆需要添加一些金属色素颗粒来调配颜色，所以金属漆中的有些细小色素颗粒是有效成分，不能被过滤掉，否则会影响电泳漆色泽和映透性。

喷漆间的过滤产品有多种选择，可以是尼龙单丝滤袋、聚酯滤袋，也可以是滤芯，而其中滤芯的过滤性能是最好的，可以满足各种高端汽车喷涂的要求，能够适用各种类型的污染物，达到很好的去除效率。由于喷漆流量很小，所以滤袋或滤芯都用小尺寸的，滤袋选用3号或4号袋，滤芯一般用10”或9 3/4”长度。精度的选择要根据过滤的油漆中的污染物，一般固体色漆或清漆，选用1~50μm精度，而金属漆由于有效金属色素颗粒直径约为6~8μm，所以过滤精度一般为50μm 以上，来保证有效金属色素颗粒通过，只拦截大颗粒。由于油漆颜色需要根据订单经常更换，所以要求滤筒要便于彻底清洁。因此滤筒一般内外表面做镜面抛光处理，开盖采用快开方式，方便更换滤芯或滤袋。

3M Betapure ™ AU滤芯凭借其刚性结构，绝对过滤效率，和良好的分级过滤效果，在汽车面漆过滤中有着广泛的应用。

汽车涂装过滤产品介绍

DuoFLO 滤袋

DuoFLO滤袋是3M专利设计的一款高性能针刺毡布滤袋，如图3所示，它具有内外双层建造，流体从上部环形腔隙进入口，既可以通过外侧滤材流出，也可以通过内侧滤材后流出，其过滤面积增加了62%。双层结构设计，使得滤袋中的残留液体也减少了2/3，减少了固废，也方便工人换袋操作。

另外滤袋安装于特殊设计滤篮后，可以使滤材得到100%全方位支撑，防止液体分布不均，也可以避免由于滤袋没有完全展开被流体冲坏的情况发生。

DuoFLO滤袋的滤材也不同于普通毡布滤材，如图3所示，DuoFLO滤材是由两层不同精度针刺毡布热熔而成，这两层毡布内部孔隙较疏松（上游），外部较致密（下游），可以分级拦截污染物，具有更强的纳污能力，更低的压差。

100系列滤袋

100系列滤袋是一款融吹精细纤维滤袋，由三层滤材建造而成，最内层为保护性预过滤层（上游），最外层为保护层，中间层为精度控制层，融吹精细聚丙烯纤维。

不同于毡布滤材，融吹纤维更精细，排布孔隙精度更精确，结构更稳定，如图4所示，左侧为针刺毡布的厚度方向显微示意图，可以看出过滤孔隙主要靠带有倒刺的针穿刺形成，因此孔隙较大，孔隙结构也不稳定，右侧为带有支撑结构的融吹纤维滤材，可以看出融吹纤维更细，孔隙排布更精确，孔结构也更稳定。所以融吹纤维滤材具有更高的精度和去除效率。另外由于融吹聚丙烯纤维具有一定的亲油特性，在低流速下，精细聚丙烯纤维可以吸附少量油污，这一点对于电泳漆过滤非常重要。

Betapure ™ AU滤芯

Betapure ™ AU是3M的一款具有刚性结构，绝对精度的深层滤芯，具有严格的均一孔径，更适合于分级过滤。其双组分纤维材质，使得其具有不可比拟的刚性结构，如图5所示，每根双组分纤维有内核和外壳两部分组成，双组分纤维滤材有聚丙烯/聚乙烯，聚酯/聚酯共聚物两种，通过加热滤材至外侧融化，同时温度还达不到内核熔点，使得纤维完全交联到一起具有刚性结构和均匀的孔隙结构。精度覆盖2μm到70μm绝对精度，尺寸从9 3/4英寸到40英寸，多种接口可以选择。

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图5. Betapure ™ AU 滤芯结构

Betapure ™ AU滤芯广泛的用于涂料行业，尤其是用于汽车面漆过滤，对于金属色漆有优秀的分级过滤效果，拦截掉大的污染物颗粒的同时，能够保证有效色素颗粒通过。由于刚性深层结构，更有利于拦截易变形污染物，能够保持整个寿命期间始终保持高的过滤效率。

结论

本文详细介绍了汽车涂装工艺中的过滤应用，以及对应的过滤产品及解决方案。3M的上述滤袋和滤芯产品在多个汽车厂的成功应用充分证明，这些过滤产品的性能优异，完全能够适用所应用的工况，满足产品质量要求。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/10/2015)


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