电泳涂装

编辑:水泵网互动百科 时间:2020-05-26 01:13:45
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电泳涂装(electro-coating)是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法。电泳涂装的原理发明于是20世纪30年代末,但开发这一技术并获得工业应用是在1963年以后,电泳涂装是近30年来发展起来的一种特殊涂膜形成方法,是对水性涂料最具有实际意义的施工工艺。具有水溶性、无毒、易于自动化控制等特点,迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛的应用。
中文名
电泳涂装
外文名
electro-coating
发明于
20世纪30年代末
类    型
涂装方法

电泳涂装基本原理

阴极电泳涂料所含的树脂带有碱性基团,经酸中和后成盐而溶于水。通直流电后,酸根负离子向阳极移动,树脂离子及其包裹的颜料粒子带正电荷向阴极移动,并沉积在阴极上,这就是电泳涂装的基本原理(俗称镀漆)。电泳涂装是一个很复杂的电化学反应,一般认为至少有电泳、电沉积、电解、电渗这四种作用同时发生。

电泳涂装电泳

胶体溶液中的阳极和阴极接通电源后,胶体粒子在电场的作用下,带正或(带负)电荷的胶体粒子向阴极(或阳极)一方泳动的现象称为电泳。胶体溶液中的物质不是分子和离子的状态,而是分散在液体中的溶质,该物质较大(10-7 ~10~9m),不会沉淀而成分散状态。

电泳涂装电沉积

固体从液体中析出的现象称为凝集(凝聚、沉积),一般是冷却或浓缩溶液时产生,而电泳涂装中是借助于电。在阴极电泳涂装时,带正电荷的粒子在阴极上凝聚,带负电荷的粒子(离子)在阳极上聚集,当带正电荷的胶体粒子(树脂和颜料)到达阴极(被涂物)表面区(高碱性的界面层)后,得到电子,并与氢氧根离子反应变成水不溶性物质,沉积在阴极(被涂物)上。

电泳涂装电解

在具有离子导电性的溶液中,阳极和阴极接通直流电,阴离子吸往阳极,阳离子吸往阴极,并产生化学反应。在阳极产生金属溶解、电解氧化,产生氧气氯气等,阳极是能产生氧化反应的电极。在阴极金属析出,并将H+点解还原为氢气

电泳涂装电渗

在用半透膜间隔的浓度不同的溶液的两端(阴极和阳极)通电后,低浓度的溶液向高浓度侧移行的现象称为电渗。刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半渗透膜,在电场的持续作用下,涂抹内部所含的水分从涂膜中渗析出来移向槽液,使涂膜脱水,这就是电渗。电渗使亲水涂膜变成憎水涂膜,脱水使涂膜致密化。电渗性好的点用涂料泳涂后的湿漆可用手摸也不粘手,可用水冲洗掉附着在湿漆膜上的槽液。[1] 

电泳涂装工艺特点

电泳表面处理工艺的特点:
电泳漆膜具有涂层丰满、均匀、平整、光滑的优点,电泳漆膜的硬度、附着力、耐腐、冲击性能、渗透性能明显优于其它涂装工艺。
(1)采用水溶性涂料,以水为溶解介质,节省了大量有机溶剂,大大降低了大气污染和环境危害,安全卫生,同时避免了火灾的隐患;
(2)涂装效率高,涂料损失小,涂料的利用率可达90%~95%;
(3)涂膜厚度均匀,附着力强,涂装质量好,工件各个部位如内层、凹陷、焊缝等处都能获得均匀、平滑的漆膜,解决了其他涂装方法对复杂形状工件的涂装难题;
(4)生产效率高,施工可实现自动化连续生产,大大提高劳动效率;
(5)设备复杂,投资费用高,耗电量大,其烘干固化要求的温度较高,涂料、涂装的管理复杂,施工条件严格,并需进行废水处理;
(6)只能采用水溶性涂料,在涂装过程中不能改变颜色,涂料贮存过久稳定性不易控制。
(7) 电泳涂装设备复杂,科技含量较高,适用于颜色固定的生产。[1] 

电泳涂装主要特征

(1)电泳涂装在水中能完全溶解和乳化,配制成的槽液粘度很低,与水差不多。很容易浸透入浸在槽液中的车身(被涂物)的腔状构造及缝隙中。
(2)电泳槽液具有高的导电性,涂料粒子能活泼永动,而沉积到被涂物上。湿涂膜的导电性小,随湿涂膜增厚,其电阻增大,达到一定电阻值时,就不再电沉积上去。基于这两点,电图泳装具有良好的泳透性,可生成比较均一的涂膜。
(3) 槽液的固体含量低,黏度小,被车身带出槽外涂料少,且可用超滤(UF)装置和反渗透(RO)装置回收利用。
(4)涂膜的附着力强,防锈力高(20μm厚的阳极电泳涂膜的耐盐雾腐蚀性300h以上,阴极电泳涂膜的耐盐雾腐蚀性1000h以上).
(5)电泳槽液的溶剂(水溶性溶剂)含量少,用喷灯点火都烧不起来,可少担心现场火灾和爆炸。

电泳涂装局限性

(1)仅适用于具有导电性的被涂物涂底漆。如木材、塑料、布等无导电性的物件不能采用这种涂装方法。
(2)由多种金属组合成的被涂物,如电泳特性不一样,也不宜采用电泳涂装工艺。
(3)不能耐高温(165~185℃)的被涂物,也不能采用电泳涂装工艺,在国外已开发成功在120℃、150℃下烘干的电泳涂料。
(4)对颜色有限定要求的涂装不宜采用电泳涂装,变化涂抹的颜色需分槽涂装。
(5)对小批量生产场合(槽液更新期超过6个月)也不宜推荐采用电泳涂装,因槽液的更新速度太慢,槽液中的树脂老化和溶剂含量的变动大,而使槽液不稳定。[1] 

电泳涂装工艺组成

电泳涂装工艺一般由涂装前预处理、电泳涂装、电泳后清洗、电泳涂膜的烘干等四道主要工艺组成。

电泳涂装制作过程

它包括四个过程:
1 )电解(分解)
在阴极反应最初为电解反应,生成氢气及氢氧根离子 OH ,此反应造成阴极面形成一高碱性边界层,当阳离子与氢氧根作用成为不溶于水的物质,涂膜沉积,方程式为: H2O→OH+H
2 )电泳动(泳动、迁移)阳离子树脂及 H+ 在电场作用下,向阴极移动,而阴离子向阳极移动过程。
3 )电沉积(析出)
在被涂工件表面,阳离子树脂与阴极表面碱性作用,中和而析出不沉积物,沉积于被涂工件上。
4 )电渗(脱水)
涂料固体与工件表面上的涂膜为半透明性的,具有多数毛细孔,水被从阴极涂膜中排渗出来,在电场作用下,引起涂膜脱水,而涂膜则吸附于工件表面,而完成整个电泳过程。

电泳涂装方法技巧

1)一般金属表面的电泳涂装,其工艺流程为:预清理→上线→除油→水洗→除锈→水洗→中和→水洗→磷化→水洗→钝化→电泳涂装→槽上清洗→超滤水洗→烘干→下线。
(2)被涂物的底材及前处理对电泳涂膜有极大影响。铸件一般采用喷砂或喷丸进行除锈,用棉纱清除工件表面的浮尘,用80#~120#砂纸清除表面残留的钢丸等杂物。钢铁表面采用除油和除锈处理,对表面要求过高时,进行磷化和钝化表面处理。黑色金属工件在阳极电泳前必须进行磷化处理,否则漆膜的耐腐蚀性能较差。磷化处理时,一般选用锌盐磷化膜,厚度约1~2μm,要求磷化膜结晶细而均匀。
(3)在过滤系统中,一般采用一级过滤,过滤器为网袋式结构,孔径为25~75μm。电泳涂料通过立式泵输送到过滤器进行过滤。从综合更换周期和漆膜质量等因素考虑,孔径50μm的过滤袋最佳,它不但能满足漆膜的质量要求,而且解决了过滤袋的堵塞问题。
(4)电泳涂装的循环系统循环量的大小,直接影响着槽液的稳定性和漆膜的质量。加大循环量,槽液的沉淀和气泡减少;但槽液老化加快,能源消耗增加,槽液的稳定性变差。将槽液的循环次数控制6~8次/h较为理想,不但保证漆膜质量,而且确保槽液的稳定运行。
(5)随着生产时间的延长,阳极隔膜的阻抗会增加,有效的工作电压下降。因此,生产中应根据电压的损失情况,逐步调高电源的工作电压,以补偿阳极隔膜的电压降。
(6)超滤系统控制工件带入的杂质离子的浓度,保证涂装质量。在此系统的运行中应注意,系统一经运行后应连续运行,严禁间断运行,以防超滤膜干枯。干枯后的树脂和颜料附着在超滤膜上,无法彻底清洗,将严重影响超滤膜的透水率和使用寿命。超滤膜的出水率随运行时间而呈下降趋势,连续工作30~40天应清洗一次,以保证超滤浸洗和冲洗所需的超滤水。(7)电泳涂装法适用于大量流水线的生产工艺。电泳槽液的更新周期应在3个月以内。以一个年产30万份钢圈的电泳生产线为例,对槽液的科学管理极为重要,对槽液的各种参数定期进行检测,并根据检测结果对槽液进行调整和更换。一般按如下频率测量槽液的参数:电泳液、超滤液及超滤清洗液、阴(阳)极液、循环洗液、去离子清洗液的PH值、固体含量和电导率每天一次;颜基比、有机溶剂含量、试验室小槽试验每周2次。
(8)对漆膜质量的管理,应经常检查涂膜的均一性和膜厚,外观不应有针孔、流挂、橘皮、皱纹等现象,定期检查涂膜的附着力、耐腐蚀性能等物理化学指标。检验周期按生产厂家的检验标准,一般每个批次都需检测。
电泳涂装及水性漆的运用,标志着涂装工业的一项重大进步

电泳涂装设备组成

(1) 槽体 (2)搅拌循环系统 (3)电极装置 (4)漆液温度调节装置 (5)涂料补给装置
(6)超滤装置 (7)通风装置 (8)电源供给装置(9)泳后水洗装置 (10)储漆装置
电泳涂装一般可分为连续生产的通过式和间歇式的固定式两类。
对于连续生产的通过式电泳涂装设备,工件借助于悬挂输送机和其他工序(前处理-烘干)组成连续生产的涂装生产线,此类设备适用于大批量生产。
对于间歇生产固定式电泳涂装设备,工件借助于单轨电葫芦或其他形式的输送机,和其他工序(前处理-烘干)组成间歇式涂装生产线,适用于中等批量的涂装生产。
在涂装工程电泳电压、时间、温度、阴阳极面积比、漆液固体体份及漆液的PH值等影响涂层的质量,在实际中,根据客户的工艺参数来确定上述参数。
阴极电泳涂装金属处在阴极不易氧化,相对阳极电泳来说涂层更具有普遍性,采用超滤系统槽液不会受到污染,槽液维护简单,涂层更具有防腐蚀效果。
涂装经过在固化炉内进行固化。固化炉可以分为连续式和间歇式两种。
固化过程的温度曲线对质量有很大的影响。一般需要用北京赛维美高科技有限公司生产的炉温跟踪仪(型号为SMT-4 或SMT-7-32-300-K)对烘烤过程的温度曲线进行定时检测。确保温度曲线满足工艺要求。
整车阴极电泳涂装生产线在我国客车涂装行业引起了不小的波动,中大涂装(江苏中大工业涂装环保有限公司)是国内唯一一家涂装上市公司,也是第一家建成了国内大型客车整车阴极电泳涂装生产线的中外合资企业

电泳涂装制作工艺

电泳涂装是把工件和对应的电极放入水溶性涂料中,接上电源后,依靠电场所产生
阴极电泳底漆涂装线 阴极电泳底漆涂装线
的物理化学作用,使涂料中的树脂、颜填料在以被涂物为电极的表面上均匀析出沉积形成不溶于水的漆膜的一种涂装方法。电泳涂装是一个极为复杂的电化学反应过程,其中至少包括电泳、电沉积、电渗、电解四个过程。电泳涂装按沉积性能可分为阳极电泳(工件是阳极,涂料是阴离子型)和阴极电泳(工件是阴极,涂料是阳离子型);按电源可分为直流电泳和交流电泳;按工艺方法又有定电压和定电流法。
电泳是电泳涂料在阴阳两极,施加于电压作用下,带电荷之涂料离子移动到阴极,并与阴极表面所产生之碱性作用形成不溶解物,沉积于工件表面。
电著又称电泳,常见的电泳涂装是电泳黑色,随着电泳涂装工艺的发展,电泳彩色随之诞生,
下面为大家讲解一下电泳工艺流程及检测。
电泳工艺流程及质量检测
我们可知电泳漆涂装的工序一般比电镀少,原因是电泳漆本身可作上色之用又可当作保护膜可以省下一重工序.所以电泳漆涂装需时较少及比较经济.在仿金制作上,电镀技术需要镀上真金,但使用电泳漆涂装技术则可镀上仿金色省下成本.
1、钢模板电泳涂装工艺流程
除油除锈、水冲水洗、干燥、电泳上膝、水冲、烘干、喷商标、包装出厂。
2、对工艺流程的说明
除油除锈:采用二合一法,即除油、除锈一步法,溶液本厂自配。
水冲水洗:其目的在于去掉模板表面的酸碱残留物。水洗时,最好采用常流水。
电泳上漆:这是工艺的目的和核心。电泳槽内的电流、电压、固成份含量、PH值、电泳温度速度以及电泳槽附加设备的正确使用,是决定电泳上漆成败的关键。
烘干:钢模板电泳上漆后必须烘干。烘干箱工作温度为160-180℃,烘烤时间为30min。
电泳涂装所需的主要设备。各种水槽,电泳槽,通道式烘干箱,机械传动系统,电气 控制系统,漆液和漆膜设备,如电导仪,附着力测定仪等。
3、质量检测与控制
(1)漆液浓度
电泳漆与蒸馏水混合后,其浓度应达到10%-15%,浓度过高,漆膜流平性欠佳,易出现桔皮等缺陷。浓度过低,漆膜变薄,易出现现象。
(2)电压
电泳电压一般应控制在60V左右。电压升高,沉积量增加,漆膜变的粗糙,形成桔皮,电压过低,漆膜甚簿,甚至泳不上漆。
(3)PH值
一般漆液PH值在8-9时均能得到满意的漆膜。PH值过低,电泳槽内脉冲电流密度降低,从而造成模板局部无漆,形成花脸,PH值过高,会造成湿膜再溶解,使漆膜变簿,影响涂装质量。调整槽液的PH值有多种方法,我们选择了阴极罩法。阴极罩是将阴极板装在一个帆布袋内,袋用钢丝架支撑着,袋内装满蒸馏水。电泳时,胺的正离子和漆液中带正电荷的杂质离子(如水中的Ca2﹢、Mg2﹢)均可通过帆布进入阴极罩内,并在阴极放电。更换罩内蒸馏水,就可将杂质除去。
(4)电泳时间
电泳漆膜的厚度一般是随着电泳时间的增加而增加的,但是,当电泳时间到达一定点后,漆膜厚度就不再增加,其原因就是漆膜在达到一定厚度时产生绝缘。故采用处长电泳时间使漆膜增厚是行不通的,而且由于耗电增加,在经济上是不合算的。电泳时间一般有3min即可。
(5)电导率  电泳漆工作液的导电能力,通常用电导率表示。漆液的电导过低,漆膜不易形成;电导过高,造成漆膜外观粗糙。对同一种涂料而言,对漆液电导影响最大的因素是漆液中杂质离子的存在。因此,一定要通过控制杂质含量,保持电导率的正常值。

电泳涂装表面处理

涂装前工件的表面处理,是电泳涂装的一个重要环节,主要涉及除油、
除锈、表调、磷化等工序。其处理好坏,不仅影响膜外观、降低防腐性能,并能破坏漆液的稳定性。因此,对于涂装前工件表面,要求无油污、锈痕,无前处理药品及磷化沉化沉渣等,磷化膜结晶致密均匀。
针对前处理各工序,将不不一讨论,仅提出几点注意内容:
1)如除油锈不干净,不仅影响磷化膜的形成,且影响涂层的结合力、装饰性能和耐蚀性。漆膜易出现缩孔、针孔、“花脸”等弊病。
2)磷化:目的提高电泳膜的附着力和防腐能力。其作用如下:
(1) 由于物理和化学作用,增强了有机涂膜对基材的附着力。
(2) 磷化膜使金属表面由优良导体变为不良导体,从而抑制金属表面微电池的形成,有效地阻碍了涂层腐蚀,成倍地提高涂层的耐蚀性和耐水性。
另外,只有在彻底脱底脱脂的基础上,在清洁、均匀、无油脂的表面上才能形成令人满意的磷化膜。从这一方面讲,磷化膜本身就是对前处理工艺效果的最直观最可靠的一个自检。
3)水洗:前处理各阶段水洗好坏将对整个前处理及漆膜质量产生很大影响。涂装前最后一道去离子水清洗,要确保被涂物的滴水电导率不大于30μs/cm。清洗不干净,如工件:
(1) 残留余酸、磷化药液,漆液中树脂发生絮凝,稳定性变坏;
(2) 残留异物(油污、尘埃),漆膜出现缩孔、颗粒等弊病;
(3) 残留电解质、盐类、导致电解反应加剧,产生针孔等弊病。

电泳涂装参数管理

电泳涂装工艺条件包括以下四个方面13个条件(参数):
1)槽液的组成方面:固体份、灰份、MEQ和有机溶剂含量;
2)电泳条件方面:槽液温度、泳涂电压、泳涂时间;
3)槽液特性方面:PH值、电导率;
4)电泳特性方面:固化效率、最大电流值、膜厚和泳透力。
其中,泳涂电压和时间、槽液固体份、温度、PH值和电导率是现场控制和管理的主要项目

电泳涂装漆膜常见缺陷及防治方法

电泳涂装漆膜常见缺陷主要有漆膜粗糙、针孔、花斑、阴阳面、缩孔、失光、水痕等,造成这些缺陷的原因往往不是单一的因素。表1为电泳涂装常见及其防治方法。[2] 
表1 电泳涂膜常见缺陷及防治方法
涂膜病态产生原因防治方法
漆膜粗糙
1、颜基比过高
2、槽液杂质离子过多,电导率过高
3、槽液中助溶剂含量偏低
4、槽液中混有机械杂质
1、补充低颜基比涂料
2、加强超滤、废弃超滤液
3、添加助溶剂
4、过滤去除杂质
针孔
1、电泳电压过高,电解反应过剧、产生气泡过多
2、助溶剂含量偏低
3、槽液杂质离子过高
4、槽液温度偏低
1、适当将低电压
2、添加助溶剂
3、超滤除去杂质离子
4、控制槽液温度
花斑
1、工件表面前处理不好,磷化膜不均匀
2、槽液附着表面,未及时洗净
3、槽液杂质离子过高
1、提高表面前处理质量
2、电泳后工件刚出槽尽快进行水洗
3、超滤除去杂质离子
阴阳面
1、槽液颜基比不合适,搅拌不均匀
2、工件在电泳槽中的位置不当
3、工件形状复杂,局部产生电场屏蔽
1、调整颜基比,控制搅拌速度
2、工件应保持在电场中心线与槽两边电极平行且距离相等
3、根据工件形状,适当布置辅助电极
缩孔
1、颜基比太低,颜料过少
2、表面前处理除油不彻底
3、外来油污污染电泳涂膜
1、补充高颜基比涂料
2、严格前处理工艺,尤其注意彻底脱脂
3、检查输送机构,挂具防止油滴污染涂膜
失光
1、槽液PH值失调
2、槽液中杂质离子过多
3、槽液温度太低、涂膜过薄
4、磷化膜粗糙
1、调正PH值
2、超滤除去杂质离子
3、适当提高槽液温度,增加沉积量
4、提高磷化质量,尽量采用细晶薄膜磷化工艺
水痕
1、前处理水洗不彻底
2、电泳沉积后,预烘干时间太短
3、涂抹冲洗后水滴从挂具上滴落到涂膜上
4、涂膜表面张力过大
1、严格控制水洗质量
2、加强预烘干过程
3、用导流板放置滴水,用压缩空气或鼓风吹干水滴
4、改善电泳漆涂膜表面张力
桔皮
1、槽液颜基比过小
2、助溶剂含量过低
3、电泳电压过高,涂膜过厚
4、槽液中低相对分子质量树脂增多
5、前处理水洗不净、磷化膜粗糙
1、补充颜基比较高的电泳漆
2、适当补充助溶剂
3、适当降低电泳电压
4、严格控制补充电泳漆质量
5、提高表面前处理质量
涂膜过薄
  
1、助溶剂含量偏低
2、颜基比偏高
3、pH值不当
4、槽液温度偏低
1、补充助溶剂
2、补加低颜基比涂料
3、调整pH值
4、适当提高槽液温度
涂膜过厚
1、槽液中助溶剂含量偏高
2、颜基比偏低
3、pH值不当
4、槽液温度偏高
1、废弃超滤液
2、补加高颜基比涂料
3、调整pH值
4、冷却降低槽液温度
工件表面涂膜过薄(泳透力下降)
1、颜基比偏低
2、槽液中助溶剂含量偏高
3、槽液杂质离子含量过多
4、电泳电压偏低
5、槽液搅拌不良
1、补充高颜基比涂料
2、废弃超滤液
3、废弃超滤液
4、适当提高电压
5、加强搅拌、疏通管道、喷嘴
参考资料
  • 1.    王锡春.涂装车间设计手册:化学工业出版社,2013
  • 2.    叶扬祥,潘肇基.《涂装技术实用手册》第二版.北京:机械工业出版社,2003.5:P395-396
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中国化工学会