阴极电泳涂装技术

阴极电泳涂装技术

（环境与化学工程学院马亚飞）

摘要：本文简要介绍了阴极电泳涂装的原理、工艺流程及设备、涂装工艺参数、工艺特点、应用及电泳涂装在国内外发展趋势

关键词：阴极电泳，工艺参数，工艺流程，发展趋势

引言

电泳涂料源于2O世纪3O年代，从2O世纪6O年代中期开始研究合成阳离子型树脂，并于20世纪7O年代初用于对耐腐蚀性能要求高的家用电器上作底漆，随后逐渐开发出了耐蚀性能更高且具有装饰性效果的阴极电泳涂料，由于其具有优良的防腐蚀性、高泳透率、高流平性、高装饰性且涂装自动化程度高、涂装污染少等特点，广泛应用于机动车工业中，并推广应用到建材、轻工、家用电器等工业领域以及五金和工艺品的表面防腐和装饰。

1 阴极电泳涂装原理

电泳漆是一种水溶性高分子树脂漆，经脱离子水稀释后，以分子和离子的平衡状态存在。被涂物作为一个电极，与另一电极同时浸入电泳漆中，在直流电场作用下，两极之间产生电位差，水溶性高分子树脂离子在电场中定向移动到被涂物表面，形成一种均匀漆膜。从而达到涂装目的整个过程伴随有物理、化学反应。

阴极电泳涂装是以被涂物为阴极，电泳漆采用阳离子型树脂材料，用有机酸中和，经水解后电泳漆离子带正电荷。在直流电场作用下，阴极附近引起离子0H 积累一表面pH值上升，带正电荷的高分子树脂电泳漆离子向阴极移动，在阴极表面发生电沉积。

2 电泳涂装工艺流程及设备

2．1 工艺流程

电泳涂装的工艺包括电泳前的前处理、电泳两部分：即整车经过脱脂、磷化等前处理，再进行阴极电泳处理，其主要工艺流程为：

车体预处理——上线——预脱脂——脱脂——水洗表调——磷化——水洗——水洗——纯水洗——新鲜纯水冲洗——电泳——超滤液洗——纯水洗——烘干——电泳完成转出。

2．2 电泳系统设备及作用

涂装电泳设备除车身全浸入的电泳主槽外，还需要有一整套的设备系统来保障，主要有循环过滤系统、阳极液系统、超滤系统、纯水制造系统、温度调节系统、直流电源系统以及电泳涂装后的水洗装置、烘干装置等组成：

(1)电泳槽电泳槽槽体的大小及形状需根据工件大小、形状和施工工艺确

定。

(2)循环过滤系统循环过滤系统直接影响着槽液的稳定性和漆膜的质量。电泳槽外装有循环泵及过滤罐等装置，与电泳槽内底部的循环搅拌喷嘴相通，当循环泵开动时，漆液均匀循环，并过滤除去循环漆液中的杂质。

(3)阳极系统阳极系统主要由循环泵、阳极液槽、管道、阳极盒、阳极板、流量计和阳极膜等组成。

(4)超滤系统超滤是通过一种半透膜，将槽液中悬浮的颜料，高分子树脂截留返回电泳槽，同时槽液中通过半透膜的去离子水、有机溶剂、无机杂子、低分子树脂等收集汇流在一起成为超滤渗透液(UF液)，作为电泳后道工序的清洗液。

应当注意的是：超滤系统一旦运行后，需24h不停顿的连续运行，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过率和使用寿命。

(5)纯水(去离子水)制造系统电泳对水质的要求较高，好的纯水是保证电泳涂装性能的基础，一般纯水站内的纯水须控制在电导率10µs／cm以下。

(6)温度调节系统温度调节系统是通过热交换，保证电泳槽内漆液在一定的温度范围内。由于在电泳过程中，电沉积作用时，部分电能转化成热能，同时循环系统的摩擦也产生热量，将导致电泳槽内涂料温度上升。而涂料温度高，成膜速率快，但漆膜外观粗糙，还易引起涂料变质；温度低，电沉积量少，成膜慢，涂膜薄而致密。一般漆液温度控制在28—3O℃，以达到较好的涂膜质量。

(7)直流电源系统电泳电源一般采用直流电源，其电压对漆膜的影响很大。电压越高，漆膜越厚，对于难以涂装的部位可相应提高泳透力，缩短施工时间。但电压过高，会引起漆膜表面粗糙，电压过低，电解反应慢，漆膜薄，泳透力差。

(8)水洗系统包括超滤液洗及纯水洗两道工序。

(9)烘烤装置电泳漆需要较高的烘烤温度(175±5) ，烘干30min才能完全固化。一般电泳后的烘房设计采用温度较为均匀的热风循环烘烤方式。

3 电泳涂装的主要工艺参数

3．1 电压

电泳涂装采用直流定电压法。电压对漆膜的厚度、外观等质量影响很大。电压的选择由涂料种类和施工要求等确定。在电泳投槽时进行调试，正式生产后，泳槽的电压控制在280 V左右，需定期进行检查及记录。

3．2 电泳时间

电泳时间的长短直接影响电泳漆膜的厚度及外观。电泳时间在电泳投槽进行调试确定后，编进自行葫芦程序内，是固定的。电泳线采用自行葫芦按节拍自动进行。

3．3 槽液温度

槽液温度低时，漆膜较薄；温度高，漆膜外观粗糙且槽液稳定性差。一般漆液温度控制在28～3O℃，以达到较好的涂膜质量及漆液稳定性。

3．4 固体份和颜基比

电泳漆的固体份和颜基比直接影响膜厚、外观等漆膜质量。它是电泳涂装的重要控制参数。

3．5 涂料的pH值

电泳涂料的pH值直接影响槽液的稳定性。pH值过低，新沉积的涂膜会再溶解，漆膜变薄，电泳后冲洗会脱膜。pH值过高，工件表面光泽不一致，漆液的稳定性不好，已溶解的树脂会析出，漆膜表面粗糙，附着力降低。一般要求施工过程中，PH值控制在5.9—6.3。

3．6 槽液的电导率

槽液的电导率直接影响电泳漆的泳透力，泳透力是电泳漆膜是否均匀的最重要影响因素。泳透力高，车身工件的内腔、缝隙等处漆膜厚度与外表面的漆膜厚度差异越小，工件所有部位的涂膜厚度也越均匀(整体质量好)。因而在涂装施工中控制槽液电导率非常重要的。为了得到高质量涂膜，可通过控制超滤设备及阳极液系统。除去杂质正离子，将电导率控制在工艺要求的范围内。

3．7 工件与阳极间距离

工件与阳极间距离过近或过远，都影响漆膜的厚度及质量。为了使膜厚均匀一致，建议采用350～500mm较为适宜。对于工件距离阳极较远的部位，其涂膜仍较薄时，应增加辅助阳极，以达到整个工件膜厚均匀。

4 电泳涂装工艺特点

4．1 耐蚀性高，泳透力高

阴极电泳是以被涂装物作阴极，在电泳时金属底材不溶解；阴极电泳涂料则以改性的环氧树脂与聚氨酯化合物交联为主流，集环氧树酯的优异性能与聚氨酯交联之优点于一身，这种涂料与涂装方式令其具有高耐蚀性到9O年代，阴极电泳涂料又比前几代电泳涂料有很大改进。新一代的阴极电泳漆耐盐雾性可高达1000h，泳透率>80％。它的这一高耐蚀性和高泳透力使得产品的防腐性能更上一个档次，也使得形状复杂的工件得以均匀上漆。

4．2 可以全自动化生产，提高阴极电泳漆的利用率

电泳涂辩实际上是一种带电荷的水溶性成膜聚合物，在直流电场的作用下，泳向相反电极，并在其表面上沉积析出而得，可通过控制电泳的电压、时间、阴阳极距，固体分等因素来控制漆膜厚度。在生产中很容易使其自动化。在自动化生产中，采用超过滤系统于生产线，可使阴极电泳漆的利用率高达98％以上，节省了原料，同时也维护了槽液的稳定性。

4．3 安全，可靠

电泳涂料是一种水溶性涂料，在生产过程中，有机溶剂大幅度减少，无防爆、易燃之虞。在使用了超过滤设备后，提高了阴极电泳漆的利用率，同时也使困扰涂装行业的污水问题得到解决。

4. 4 涂膜厚度均一，流平性好，无流挂现象，具良好的覆盖力。

4．5 成本低

电泳涂装虽然一次性投资较大，但从正常生产后的综合成本来看，仍属较为经济的一种。

5 阴极电泳涂装的应用

目前，世界汽车生产中有92％使用涂料(SD)，其中有90％采用阴极电泳涂料(CED)。新研制的高流平性阴极电泳涂料，已经在美国汽车制造厂中使用。其代表产品有PPG公司(匹茨堡平板玻璃公司)的Edl1厚膜阴极电泳涂料、Edl2中厚膜阴极电泳涂料、杜邦的Cormax TM厚膜或中厚膜阴极电泳涂料，其主要性能改