阴极电泳涂装技术

电泳涂装技术
一、电泳涂装技术及优点
什么是电泳涂装技术
电泳涂装技术是上世纪中叶才研制出的一门较新兴的涂装技术，它是以水性树脂为主要成膜基料配置成工作液，导电工件浸泡在工作液内，采用电泳法（亦称电沉积法）进行涂装，将成膜基料沉积在工件表面，经固化成膜的一种涂装技术。

电泳涂装技术的优点：
1 底涂工序可实现自动化，适用于流水作业。

相对于喷涂工艺而言，电沉积工艺虽然一次性投资较大，但投槽后两至三年内就可收回高于常规喷涂工艺的部分成本。

另外，电沉积工艺的能量消耗和保养费用大大低于常规喷涂工艺。

2 可控性
工作槽液容量较大使涂料及工艺参数的变化减到最小。

操作工艺参数已有明确的规定，且是以丰富经验为基础，依靠调整电压，容易得到均一目标的膜厚，通过选择不同品种的电泳漆和调整泳涂工艺参数，膜厚可控制在10-35 μm 范围内。

工件间和不同日期所沉积的涂膜( 如膜厚及性能) 重视性好。

喷涂、浸涂等涂装法涂装不到的部位和涂料难以进入的部位已能涂上漆膜; 且缝隙间的涂膜在烘干时不会被蒸汽洗掉，从而使工件内腔，焊缝，边缘等处的耐蚀性显著提高。

3 高效性
若槽操作参数及设备维护得当,涂料的有效利用率可高达95%以上，工作液是低固体份的水稀释液，粘度与水相似，原漆带出槽外的量很少。

泳涂的湿漆膜是水不溶性的，泳后可UF液封闭清洗，回收带出槽外的漆液。

4 低污染性，高安性
与其他溶剂型涂料，水性涂料相比，因其溶剂含量少，且低浓度，故无火灾危险，对水源和大气污染少。

采用UF和RO装置，实现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量。

5 电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性。

电泳涂装所得涂膜的含水量少，溶剂含量也低，在烘干过程中不会象其它涂料样产生流痕、溶落、积漆等弊病。

电泳水洗后的涂膜相对干燥，因此晾干时间短，可直接进入高温固化。

电泳涂装技术具有的特点：
和传统的涂装方式相比，电泳涂装具有如下如下特点
a) 低污染、高安全性
由于电泳涂装技术是以水为稀释分散介质，几乎没有发生火灾的危险。

采用UF和RO 装置，实现电泳后的全封闭水洗，可大大减少废水处理量，减少了对操作人员的毒害及对环境的污染。

b) 自动化程度高
电泳涂装适宜于大规模生产的工业涂装线，可实现涂装线的机械化、自动化。

年产万辆以上汽车涂装线宜采用此涂装方式。

c) 防腐性能高
电泳涂装能均匀的涂覆在工件表面上，对边、角、内腔、缝隙等处同样能获得良好的防护涂层。

所以适用于造型及结构复杂的金属工件的涂装，比常规涂装效果更好。

涂层致密，厚度均匀可控。

目前阴极电泳涂装涂层耐盐雾性能不低于1000h，在通常条件下保证车体15年不锈蚀。

d) 使用效率高、具有较高的性价比。

电泳漆工作液的不挥发物含量低，一般为（12～20），带出量小，目前广泛使用的超虑工艺，提高了电泳漆的利用率，可达到98％以上。

湿膜含水率低，可显著缩短烘干前水分蒸发的时间，缩短周期，提高工效，同时电泳涂装工艺参数易于调整，涂装质量稳定。

可减少操作工人，综合成本远低于传统涂装方式。

虽较传统涂装方式——静电喷涂相比一次性投入成本高，但一般不超过3年即可收回电泳涂装成本。

正是由于电泳涂装具有如此多的优点，三十多年来已使它在涂装工业的各个领域，尤其是在汽车行业中获得广泛的应用。

但也有它的限制，主要表现在两个方面：
e) 电泳湿膜含水率虽低，但仍旧含有（10～20）的水分，由于水的蒸发潜热高，因此在涂层干燥过程中所消耗的热能相对高些；由于使用水，所以不能用于对水敏感的材质，而且电泳涂装方法只适用于导电底材。

f) 电泳涂装线设备较多，工艺环节复杂，专业技术要求较高。

建线时应考虑培养一批技术及管理人员。

二、国内外电泳涂装的发展史
1809年俄国科学家列斯首先发现了电泳现象，1950年Ford汽车公司开始从事电泳涂装技术的研究，1961年美国PPG公司与Ford公司共同建立起一条电泳涂装车轮的生产线，1963年电泳涂装成功地用于汽车车身地涂装。

电泳涂装在实际应用中显示出地高效、安全、经济等优点，受到世界各国地普遍重视，得到了广泛地应用。

1969年在电泳涂装线上使用了超虑系统，解决了电泳涂装中冲洗浮漆回收问题和工作液净化问题。

由于工件带出地漆液得到回收，大大减少了涂装地损失，提高使用效率，减少了环境污染。

1976年美国PPG公司研制出阴极电泳漆，并运用于汽车车轮地涂装，由于阴极电泳漆地使用，电泳涂装涂层地耐蚀性得到较大地提高，很快在电泳涂装中替代了阳极电泳涂装。

随着新型阴极电泳漆地开发，阴极电泳涂装已成为最重要地涂装方式之一。

在国内六十年代中期，上海涂料研究所和西北涂料研究所分别研制成功两种具有代表性的阳极电泳漆，酚醛改性醇酸阳极电泳漆和环氧酯阳极电泳漆。

为了解决钢质药筒地防腐问题，原五机部五四研究所（现五九研究所）于1980年在国内率先研制成功阴极电泳漆。

1985年又将此产品推广应用于长安微型汽车车身阴极电泳涂装。

在六五期间，我国涂料工业先后从日本和奥地利引进阴极电泳漆的制造技术和涂装技术，第一条现代化汽车车身阴极电泳涂装生产线于1986年在一汽车身厂投产，随着国内不断吸收消化阴极电泳漆制造和设计技术，现几乎在所用的车身底漆涂装都采用阴极电泳涂装。

三、阴极电泳漆及电泳特性
什么是阴极电泳漆
水性树脂之所以能用水稀释分散，主要是借助于聚合物分子链上含有一定数量的亲水基团。

例如：含有羧基（—COOH）、羟基（—OH）、醚基（—O—）、氨基（—NH2）等。

按水分散树脂所带电荷的不同，可分为带有羧基（—COOH）的水性树脂为阳极电泳漆（或称为阴离子电泳漆），带有氨基（—NH2）的水性树脂为阴极电泳漆（或称为阳离子电泳漆）。

泳透力和库仑效率是阴极电泳涂装中两个最重要的电泳特性，现分别进行说明。

泳透力阴极电泳涂装的泳透力就是在电场的作用下，电泳漆对被涂物背离阳极的部位（工件内腔、凹面、缝隙等处）的涂覆能力。

也就是说使结构形状复杂的工件全部表面均匀的涂上漆膜的能力。

泳透力的高低影响着复杂工件表面的防腐性。

阴极电泳涂装时,电沉积是沿着存在于阴极和阳极之间的电力线进行的，沉积行为是沿“阻力”最小的路线进行的，优先涂覆在最靠近阳极的阴极工件外表面,随着沉积膜厚的增加,所形成的涂层的绝缘特性渐渐屏蔽了工件的导电性，并使在此沉积部位的电场强度因出现这种绝缘现象而减小，电力线转移到较远的工件表面，随着沉积的进行，外表面便完全绝缘,电沉积停止,电力线将开始完全作用于工件内表面。

同样，重复上述的过程而使被涂物的内、外表面均匀被涂上漆膜。

电沉积工作液的电导率越高，湿膜阻抗越大，其泳透力越高。

泳透力还与涂装工艺参数直接相关，如泳涂时间长、电压和固体份高，泳透力也就会相应增高，它是确保工件内腔部分等表面涂上漆膜的技术指标。

泳透力测定方法较多，常见有一汽钢管法和福特盒法。

在此采用的是类似于一汽钢管法的方法。

库仑效率库仑效率是指每通过1库仑电量时在工件表面沉积漆膜的毫克数（单位mg/C）。

库仑效率越高，需要沉积出一定质量漆膜所消耗的电量就越少。

一般阴极电泳漆的库仑效率在（20～35）mg/C之间。

对于某一设计定型的产品而言，库仑效率是基本不变的，工作液库仑效率偏离特定产品正常值的变化其实是槽液施工特性发生变化的表现。

库仑效率的测定方法较简单，一般采用指定的行业标准。

四、阴极电泳涂装电沉积机理
阴极电泳涂装是较容易实现自动化涂装的涂装方式之一。

现已在汽车行业底漆涂装中广泛运用。

它将具有导电性能的工件浸渍在阴极电泳漆工作液内，接通直流电源，漆液沉积在作为阴极的工件表面，经冲洗干净后固化成膜。

电泳涂装的过程中伴随有电解、电泳、电沉积、电渗四个过程。

电解：是指工作液（电泳槽液）在通电时发生水电解化学过程。

通电时水发生分解，在阴极工件表面电解产生氢气,阳极上释放出氧气，同时金属阳极经氧原子氧化发生溶解，溶解出金属正离子。

电泳：是指工作液导电介质的带电荷的胶体粒子，一般是带有水溶基团的高聚物及其“携带”的颜填料等，在电场的作用下向阴极工件发生迁移的现象。

电沉积：是指胶体粒子在阴极工件表面沉积成膜的过程。

随着带正电荷的胶体离子在电场的作用下向阴极工件大量迁移时，胶体粒子在工件表面凝聚。

带负电荷的粒子在阳极聚集。

由于水在阴极工件表面发生电解生成氢气和氢氧根离子（0H-），致使在阴极表面形成高碱性界面层，当带正电荷胶体粒子与氢氧根离子结合，不断生成不溶性的碱性物质，粘附工件表面，形成涂膜的最初状态。

电渗：刚沉积到被涂物表面的最初涂膜是松散的溶剂含量较高的涂膜，具有一定的阻抗，在电场的持续作用下，后续电泳的胶体粒子越来越远离阴极工件高碱性界面，不易与氢氧根离子结合，胶体粒子与氢氧根离子结合前对已沉积在工件表面的碱性物质进行压缩，使工件表面沉积的碱性物质内部所含的水分子从涂膜中渗析出来，使涂膜大量脱水，包括少量有机溶剂，这种现象称为电渗。

电渗使最初形成的松散涂膜转变为致密的憎水涂膜。

因此工件电泳成膜后,可用水冲洗漆膜表面的浮漆，而不破坏湿膜，影响涂层质量。