8.3-8.4第四节电泳漆

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四节 电泳涂装,电泳涂装：,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。,把工件和对应的电极放入水溶性涂料,接上电源,依靠电场产生的物理化学作用,使涂料中的树脂、填料在被涂物为电极的表面析出沉积，形成不溶于水的漆膜的一种涂装方法。,是近30年发展起来的一种特殊涂膜形成方法，是对水性涂料是最具有实际意义的施工工艺。,据估计，目前美国有1500条电沉积涂装生产线，世界其他各国约有1500条电沉积涂装生产线。,1,电泳涂装的原理发明于20世纪30年代，但开发这一技术并获得应用是在1963年以后。,1959年美国福特汽车公司对汽车应用,阳级电泳底漆,进行研究；,1963年建成第一代电泳涂装设备。,1965年，福特公司汽车公司的电泳涂装系统生产了几百万个汽车车轮、许多整体车身，以及大量的汽车模型、工具和标准件。,2,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。,目前在工业上较为广泛采用的是,直流电源,定电压法,的阳极电泳。,3,一、电泳涂料,电泳涂料的特点和分类：,电泳涂料几乎都是热固性基料的涂料，需要加,热烘烤固化。,根据被涂物在电泳涂装过程中所处的电极不同，,电泳涂料分为,阳极电泳涂料,和,阴极电泳涂料,。若涂料,粒子带负电，工件为阳极，涂料粒子在电场力作用下,在工件沉积成膜称为阳极电泳；反之，若涂料粒子带,正电，工件为阴极，涂 料粒子在工件上沉积成膜称,为阴极电泳。,4,1、阳极电泳涂料,阳极电沉积涂料的树脂分子中,含有羧基，用弱碱（有机胺）中和成盐,。树脂先溶于有机溶剂中，借机械方法分散在水中，形成水分散体。在直流电场作用下，带负电荷的树脂包裹着颜料，一起向阳极泳动，并沉积在阳极表面。,常用的阳极电泳涂料有,纯酚醛、环氧酯、聚丁二烯,等,。,5,2、阴极电泳涂料,阴极电泳涂料所用的树脂骨架中含有大量的氨基，用有机酸（甲酸、乙酸、乳酸等）中和为弱酸弱碱盐。,阴极电泳涂料是用多元胺和双酚A环氧树脂反应产生的，交联剂是2-乙基己醇部分封闭的异氰酸酯，用低分子量羧酸进行中和。,因为阴极电泳涂料的槽液呈酸性，就要求工件磷化膜能耐酸腐蚀，需要使用锌-铁磷化膜，镀锌钢材用锌-锰-镍磷酸盐处理。,6,在电场作用下，季胺阳离子连同分散于其中的颜料，沉积到作为阴极的工件上。,由于阴极电泳漆涂装时被涂物是阴极，所以电泳时金属底材不被溶解。,由于它的树脂中含有大量氨基，本身有抑制腐蚀的作用，所以阴极电泳涂膜的防腐能力比阳极电泳涂膜的高3-4倍。,阴极电泳漆泳透能力强。因此阴极电泳漆广泛用于车辆（尤其是轿车）的底漆涂装。,7,用双酚A环氧树脂、TDI/MDI制备的阴极电泳涂料只能最为底漆使用。面漆需要用丙烯酸树脂,如甲基丙烯酸2-（N，N-二甲基胺）乙酯和甲基丙烯酸羟乙酯的共聚物,和封闭的脂肪族二异氰酸酯制备。,另一种方法是用甲基丙烯酸缩水甘油酯作为共聚单体制备的丙烯酸树脂，側链上的环氧基与有机胺反应产生氨基，与有机酸中和形成阴极电泳涂料。,8,二、电泳涂装原理,电泳涂料中树脂尺寸处于胶体（10,-9,10,-7,m）范围内，而颜料颗粒的尺寸处于微米级，因此电泳涂料是一个复杂的体系。,电泳涂装过程通过,电解、电泳、电沉积、电渗,四个过程实现。,9,1、电解,当电流通过电解电质水溶液时，水发生电解反应，电泳时因为阴阳极间的电压相当大（250350V），阴阳极上同时发生电解水的反应，阴极放出氢气（2H,+,+2e,-,=H,2,）,使阴极表面的pH上升。阳极放出氧气，使阳极表面pH下降，作为阳极的钢铁也会溶解,（4OH,-,- 4e=O,2,+2H,2,O,Fe-2e=Fe,2+,）,。,所以在涂装过程中应尽量降低电压并防止其它杂质离子混合漆液中。,电解反应时放出过量气体，会影响漆膜质量。,10,水电解反应改变电极表面的pH值，才使树脂的沉积成为可能。电泳槽液的电导率大，电解就越剧烈，生成的气泡就越多，而气泡多也是造成电泳漆膜针孔和粗糙的根本原因。,11,2、电泳,树脂的胶体粒子在直流电场作用下，移向带异种电荷的电极。胶体粒子受水的阻力，移动速度慢，如在水中泳动，成为电泳。,在直流电压作用下，分散在介质中的带电胶体粒子向与它所带电荷相反的电极方向移动称为电泳。电泳漆液中除带负电荷的树脂粒子可以电泳外，,不带电荷的颜料和体质颜料粒子,吸附在带电荷的胶体树脂粒子上也随着电泳。,12,3、电沉积,指,在电场作用下带电的树脂粒子电泳到达阴极，放出电子，沉积在阴极表面，形成不溶于水的漆膜。,阳极电泳涂料槽液的pH为7.58.5，电解时阳极表面的pH下降到34。阳极表面的氢离子与电泳来的羧酸根离子结合成为羧酸而沉积（H,+,+ RCOO,-,=RCOOH）,因为羧酸根的溶解度很大，羧酸的溶解度很小。,电沉积首先在电力线密度特别高的部位，如被涂工件的边缘棱角和尖端处进行，而一旦沉积发生时，被涂工件（阴极）就具有一定程度的绝缘性，电场于是随着被涂覆的表面向后移动，直到最后得到完全均匀的涂层。,13,在阳极上还发生Fe 2e,-,=Fe,2+,， Fe,2+,与RCOO,-,生产铁皂，使漆膜颜色变深，并且降低漆膜的耐腐蚀性。但阳极电泳漆膜的耐蚀性不如阴极电泳漆膜，根本原因在于阳极电泳漆树脂的稳定性差。,同样，在阴极电泳涂装时，带正电荷的树脂电泳向阴极，带负电的小分子羧酸离子则在阳极聚集。阴极电泳涂料槽液中的pH为5.56.5，电解时电极表面pH值上升到约12，使电泳来的阴离子析出。,14,以二元胺为例,（OH,-,+ R,2,NH,2,+,= H,2,O +R,2,NH）,铵在水中的溶解度很大，而有机胺的则很小。阴极电泳涂装的阳极材料可以选用石墨、不锈钢或镀氧化钌薄膜的不锈钢，以防止金属离子析出污染漆液。,15,电泳涂装中，当工件某处的漆膜较厚时，此处电导性下降，沉积的新漆膜速率大幅度下降，而漆膜较薄或没有漆膜的部位可以继续沉积，使整个电泳涂层的厚度基本均匀一致。而且电泳涂层的边缘覆盖性好，能使喷涂、浸涂等涂装不到的复杂工件全面涂装，尤其是阴极电泳涂膜，由于它的泳透力高，所以更适合形状复杂的被涂工件涂装如汽车内腔表面焊缝、边缘及小轿车车门内最凹的地方也能成膜。阴极电泳很容易通过电压调整，使漆膜厚度控制在1030m范围内。,16,4、电渗,刚沉积到工件表面的涂膜是多孔的疏松结构。在电场的持续作用下，电极反应产生的离子通过这种疏松的膜，向槽液中移动，并在漆膜的表面与树脂发生反应，生成新的沉积膜。同时，漆膜内部的水与离子（与H,+,或OH,-,）一起从涂膜中渗出来，使涂膜脱水，形成致密的漆膜，这种现象称为,电渗,。,17,它是电泳的逆过程，当漆液胶体粒子受电场影响，向阴极移动并沉积时，吸附在阴极上的介质（水）在内渗力的作用下，从阴极穿过沉积的漆膜进入漆液中称为电渗。电渗的作用是将电沉积下来的漆膜进行脱水，通常新沉积的漆膜含水量为515%，可直接进入高温烘干，不会发生起泡或流挂等现象。,电渗好的电泳涂料，泳涂后的湿漆膜用手触摸时，不黏手。随工件带出的槽液用水冲洗掉，湿漆膜直接进行烘烤得到结构致密、光滑平整的涂层。,18,三、电泳设备,分为连续式和间歇式两大类。,连续式组成流水线，适合大批量生产，应用很广。间歇式垂直升降式用于批量较小的涂装作业，用微机控制工序，工艺过程可以灵活变化。,电泳涂装设备一般由电泳槽、贮备槽、槽液循环过滤系统、超滤装置、电极和极液循环系统、调温系统、纯水制备系统、直流电源及供电系统、涂料补给装置、电泳后的清洗装置、电泳室（防尘罩）、电气控制柜等组成，与输送被除物的设备、烘干室、强冷室等组成电泳涂装生产线。,19,电泳槽槽体的大小及形状需根据工件的大小、形状和施工工艺确定。在保证一定的极间距离条件下，应尽可能设计小些。槽内装有过滤装置及温度调节装置，以保证漆液一定的温度及除去循环漆液中的杂质和气泡。搅拌装置多采用循环泵，漆液每小时循环46次，使工作漆液保持均匀一致。,20,当循环泵开动时，槽液面应均匀翻动。还需要补充调整涂料成分，控制槽液的pH值，用隔膜电极除去中和剂和用,超滤装置,排除低分子量成分、无机离子等。电源采用直流电源，整流设备可采用可控硅。水洗装置用于电泳涂装前后工件表面附漆的冲洗，需加压设备，常用的是一种带螺旋体的淋洗喷嘴。,21,烘烤装置用来促进电泳涂料的干燥阶段，可采用电阻炉、感应电热炉和红外烘烤设备。,烘房设计要有预热、加热和后热三段，根据涂料的品种和工件的情况制定。,22,1、电泳槽及电泳室,电泳槽有两种：船型电泳槽和矩形电泳槽。,船型电泳槽适用于连续电泳涂装生产线，矩形电泳槽适用于间歇式生产线，槽底都采用圆弧形过渡，避免死角造成的沉淀。槽体与溢流辅槽相连。主槽与辅槽之间有一个调堰，用于调节槽液面高度并排除槽液表面的泡沫。,23,溢流辅槽的体积通常为主槽的1/10，槽底为锥型，锥顶接循环管道，保证漆液循环。辅槽上应安装4080目过滤网，以滤去漆液中的泡沫和杂质。,电泳贮备槽用于主槽清理，维修时存放槽液。电泳槽液中含有少量有机溶剂，需要排风换气系统。生产期间换气为1530次/h,。,24,2、循环搅拌及过滤系统,阴极电泳漆槽的固体分一般为18%20%，槽液黏度很低，颜料极易沉淀，因此涂装过程中槽液循环系统起搅拌作用。槽液的液面流速为0.20.3m/s，槽底部的流速最低为0.4m/s。,电泳槽液配后，就应连续搅拌，因故障停止搅拌时间不应超过24h，月累计停止搅拌不应超过72 h.循环搅拌系统要采用不间断电源，可采用双回路供电或采用备用发电机。,25,过滤器要安装在超滤循环回路中，目的是为除去尘埃颗粒，及时排除工件表面产生的气体。要通过控制过滤器的槽液的流速和压力，以确保循环过滤系统稳定正常运转。,26,3、槽液温度控制,槽液温度的高低会影响槽液的稳定性和漆膜质量。在相同电压下，槽液温度升高黏度就下降，泳动加快，析出效率提高，漆膜增厚。槽液温度过高也加速电解，使漆膜变粗，产生橘皮与针孔，而且溶剂易挥发，涂料易变质。反之槽液温度过低，会使漆膜变薄，不丰满。要将槽温控制在规定温度1。阴极电泳槽液工作温度一般为2728，厚膜阴极电泳为2935。,27,4、直流电源,直流电是由交流电经过整流器转换成的。汽车车身阴极电泳的直流电源应能在0500V之间可调，涂装零部件的电压可适当低些，一般采用工件接地的方式。,28,5、电极装置,阳极电泳板采用普通钢材或不锈钢板制作，而阴极电泳版采用不锈钢、石墨板或钛合金制作。极板一般是以数块设置在主槽两侧。若涂汽车车身等较大工件时，需要在底部和顶部设阳极。阴极电泳的极板面积：工件面积=1:4；阳极电泳的极板面积:工件面积=1：1。现在阴极电泳采用盒板式或管式阳极，即可设置在电泳槽两侧，又可设置在槽底和顶部，更换方便。,29,电极与工件之间的距离为极间距。极间距过小会使极间电阻值下降，局部电流过大而得不到均一的漆膜。极间距过大使极间电阻增大，得不到完整的漆膜，一般极间距为1080cm。,30,6、电泳原漆补加系统,电泳涂料分为单组分和双组分，按供应状态分为高组分（65%75%）、低固体分（40%），按中和度分为完全中和及未完全中和。配置高固体分、高粘度和未完全中和的电泳涂料要用补加装置（补槽漆、电动搅拌机、过滤器以及输送和内循环泵等），该装置用管道与电泳槽相连接，现在补漆槽中与槽液混合（或去离子水），必要时补加中和剂，调pH值，连续搅拌2030min后，通过过滤器将调好的涂料泵入电泳槽。另一种方法是直接用泵分别将颜料和漆浆注入两条槽液循环管路中。,31,7、超滤系统,超滤系统能将冲洗后工件的漆液进行过滤回收，并能除去槽液中大部分离子，维护槽液的稳定，延长槽液的使用寿命。超滤是将槽液在0.30.5 Mpa压力下通过有特定孔径的半透膜，使槽液中颜料、高分子树脂（相对分子质量大于5000）不透过半透膜，而水、有机溶剂，无机离子和低分子树脂部分通过半透膜被滤去。槽液通过泵加大压力，通过过滤器和超滤装置，其中一部分树脂直接进入电泳槽，另一部分进入超滤液贮槽，用于冲洗从电泳槽中出来的工件。,32,8、电泳后冲洗系统,工件离开电泳槽时会在工件表面带上浮漆，最好在1min内冲掉。冲洗设备有浸渍式、喷淋式和喷浸结合式。选择设备要根据被涂物的结构及涂膜装饰性要求。,33,阳极电泳的特点是：原料价格便宜（一般比阴极电泳便宜50%）；设备较简单，投资少（一般比阴极电泳便宜30%）；技术要求较低；涂层耐蚀性能较阴极电泳差（约为阴极电泳寿命之1/4）。,阴极电泳涂层耐蚀性高的原因是：工件是阴极，不发生阳极溶解，工件表面及磷化膜 不破坏；电泳涂料（一般为含氮树脂）对金属有保护作用，且所用漆价高质优。,34,阳极电泳一般工艺流程为： 工件前处理（除油热水洗除锈冷水洗磷化热水洗钝化）阳极电泳工件后处理（清水洗烘干）。,1、除油。溶液一般为热碱性化学除油液，温度为60（蒸汽加热），时间为20min左右。,2、热水洗。温度60（蒸汽加热），时间2min,3、除锈。用H2SO4或HCl ，例如用盐酸除锈液，HCl总酸度43点；游离酸度41点；加清洗剂1.5%；室温下洗1020min。,4、冷水洗。流动中冷水洗1min。,35,5、磷化。用中温磷化（60时磷化10min），磷化液可用市售成品。,6、钝化。用与磷化液配套的药品（由出售磷化液厂家提供），室温下12min即可。,7、阳极电泳。电解液成分：H08-1黑色电泳漆，固体分质量分数9%12%，蒸馏水质量分数88%91%。电压：（7010）V；时间：22.5min；漆液温度：1535；漆液PH 值：88.5。注意工件出入槽要断电。电泳过程中电流随漆膜增厚会逐步下降。,8、清水洗。流动冷水中洗。,9、烘干。在烘箱中于（1655）温度下烘4060min即可。,36,