电泳涂装知识理论篇.pdf

浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料地址：上海市南翔高科商务中心 1185 号 15 楼邮编：201802电话：[phone]传真：[phone]邮箱：网站：电电泳泳涂涂装装知知识识丨丨理理论论篇篇 技术工程部技术工程部浩力森涂料（上海）有限公司浩力森涂料（上海）有限公司HLS Paints(Shanghai)Co.,Ltd浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料地址：上海市南翔高科商务中心 1185 号 15 楼邮编：201802电话：[phone]传真：[phone]邮箱：网站：前前言言电泳涂料是一类适用于涂装的水性涂料，它在水中可离解为可成膜的水溶性成膜物，在直流电场中泳向相反电极，并在被涂物表面沉淀下来形成涂膜。电泳技术发展日新月异，产品品种由环氧树脂型发展到丙烯酸型及聚氨酯型等。产品的保护品种也由汽车行业引申到自行车、摩托车、家电、轻工饰品行业，如：彩电、空调、洗衣机及各个金属行业以及铝材表面防锈行业等。编制：审核：批准：版本号：HLS-GCB-03生效日期：2015 年 1 月 1 日浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料1目目录录一、电泳涂装的定义与发展.2二、电泳涂装分类及涂料品种.3三、阴极电泳涂装与阳极电泳涂装的比较.33.1 阳极电泳涂装弊端：.33.2 阴极电泳涂装的优点：.43.3 电泳涂装工艺的优势.43.4 阴极电泳涂装的局限性.5四、阴极电泳涂装原理.5五、阴极电泳涂装主要设备和电泳工艺简介.75.1 前处理.75.2 电泳.75.3 后冲洗.75.4 烘干固化.8六、电泳涂装过程中主要参数的介绍及管控.8七、阴极电泳洗槽与投槽的内容及注意事项.10浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料2一、电泳涂装的定义与发展电泳涂装的定义与发展电泳涂装：将具有导电性的被涂物浸在水稀释的、浓度较低的电泳槽中作为阴（阳）极，槽中设置与其对应的阳（阴）极，两极间接通直流电一段时间后，在被涂物表面沉积出均匀致密、水不溶性涂膜的一种涂装方法。美国福特汽车公司早在 1950 年即开始从事电泳涂料的研究，直到 1961 年在PPG 公司的配合下才创建了世界上第一条电泳涂装汽车车轮的试验生产线。1969 年，美国在电泳涂装设备中又成功地使用了超滤装置，从而解决了电泳生产过程中的污水问题。同时降低了涂料损耗，提高了电泳涂料的利用率，使电泳涂装在防止环境污染和实现涂装的规模和经济效益方面取得了长足的进展。20世纪 90 年代初期，欧洲几乎所有的汽车电泳涂装线都由阴极电泳工艺替代了阳极电泳涂装工艺。改革开放以来，世界各大涂料生产企业纷纷进入中国，如美国 PPG 公司、德国 BASF 公司、日本关西涂料等知名企业。相继在我国建立了独资或合资企业，促进了国内阴极电泳涂料及涂装的技术进步，使得我国阴极电泳涂料技术与世界水平基本接轨。电泳涂料及涂装法在 20 世纪 60 年代后获得工业应用已有 50 多年的历史。这种技术解决了人们要求的降低或完全消除使用涂料时释放的易燃有毒有机溶剂的问题，采用电泳涂料可以进行全封闭循环系统运行，涂料利用率高达 95%。电泳涂料及涂装技术从问世以来得到了快速的发展，特别是在汽车金属件涂装方面更是得到了广泛的应用，几乎 100%的车身涂装都采用电泳涂装法。在提倡环保的 21 世纪，电泳涂料及涂装技术将会进一步发展。浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料3二、二、电泳涂装分类及涂料品种电泳涂装分类及涂料品种用电泳方法进行涂装时，在电场的作用下有机大分子在零件表面形成一层膜。电泳涂装(ED)是在水溶液体系中进行的，按被涂工件电极方式可分为阳极电泳涂装(AED)和阴极电泳涂装(CED)。阴极电泳涂装，工件作为阴极，通直流电后吸引槽液中带正电荷的涂料粒子。由于被涂工件是阴极而非阳极，进入涂膜的金属离子大大减少，从而提高涂膜性能，具有优异的耐腐蚀性。阳极电泳涂装，工件作为阳极，通直流电后吸引槽液中带负电荷的涂料粒子，电沉积时少量的金属离子（阳极氧化）迁移到涂膜表面，对涂膜的性能造成影响。阳极电泳主要用于耐腐蚀性要求较低的工件，是经济型涂料。到目前为止，阴极电泳涂料已成为汽车车身、车轮和车架等涂装用底漆的最主要的涂料品种。为满足不同层次的要求，涂料供应商开发了一系列阴极电泳涂料品种。如低加热减量阴极电泳涂料、超低温固化阴极电泳涂料、高边缘耐腐型阴极电泳涂料、厚膜型阴极电泳涂料、高泳透力阴极电泳涂料等。三、三、阴极电泳涂装与阳极电泳涂装的比较阴极电泳涂装与阳极电泳涂装的比较1、阳极电泳涂装弊端：阳极电泳涂装弊端：1）由于电泳漆的特点，合成的树脂必须是水溶性的。为了达到树脂水溶的目的，在聚合物分子链上常需引入一定量的亲水性基团（如羧基、羟基、醚基等）。由于这些亲水性基团的存在，所以阳极电泳漆的耐碱性、耐盐雾性及耐用水性能均不够理想。2）由于在阳极电泳过程中被涂工件作为阳极，电泳过程中被涂的基体金属及表面处理膜（如磷化膜）在电沉积过程中被析出而混入到漆膜中，不仅使漆膜浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料4色泽变深，而且还降低了漆膜的耐腐性。3）电泳涂装时，由于在阳极区发生电解产生的氧气对树脂影响很大（主要是对漆液的稳定性），必要时还须加入抗氧剂。2、阴极阴极电泳涂装的优点：电泳涂装的优点：1）阴极电泳涂料的泳透力比阳极电泳漆高。2）阴极电泳涂料比阳极电泳漆具有显著的耐腐蚀性。3）阴极电泳涂料的耐碱性比阳极电泳漆高。4）阴极电泳涂料在电泳涂装时库仑效率高，通常是阳极电泳的 2-3 倍，可减少 30%的耗电量。3、电泳涂装工艺的优势电泳涂装工艺的优势 自动化程度高，可用于流水作业自动化程度高，可用于流水作业相对于喷涂工艺而言，电泳涂装工业虽然一次性投资较大，但投槽后两三年内就可收回高于常规喷涂工艺的那部分成本。另外电泳涂装工艺的能量消耗和保养费用也大大低于常规喷涂工艺。可操控性强可操控性强工作槽液容量较大，使涂料及工艺参数的变化减到最小。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 10-40m 范围内。泳透（力）性好泳透（力）性好提高了工件内腔的防腐蚀性，尤其阴极电泳涂膜的耐蚀性更好。喷涂和浸涂不到的部位和涂料难以进入的部分也能涂上漆膜，从而使工件内腔、焊缝、边缘等处的耐蚀性显著提高。浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料5 有效性有效性槽液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，粘度与水接近，原漆带出槽外的量很少。泳涂后的湿膜是水不溶性的，泳后可采用 UF 液封闭水洗，可大大减少废水处理量。低污染性、高安全性低污染性、高安全性与其它溶剂型涂料相比，水洗电泳涂料溶剂含量少且浓度低，无火灾危险，对水源和大气污染少。采用 UF 和 RO 装置，实现泳后的全封闭水洗，大大减少废水处理量。电泳涂膜的外观好，烘干时有较好的展平性电泳涂膜的外观好，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，在烘干过程中不易像其它涂料那样产生流痕、滚落、积漆等弊病。电泳水洗后的涂膜相对干燥，因此沥干时间短，可直接进入高温固化。4、阴极电泳涂装的局限性阴极电泳涂装的局限性（1）一般阴极环氧电泳涂料的耐候性较差，产品在户外使用时易老化；（2）对挂具的管理要求较严，要确保被涂物和挂具间有良好导电性；（3）仅适用于具有导电性被涂物的涂装；（4）对小批量生产合不推荐采用电泳涂装，因为槽液的更新速度太慢，槽液中树脂和溶剂组份的变动大，从而使槽液不稳定。四、四、阴极电泳涂装原理阴极电泳涂装原理阴极电泳涂料采用水溶性或水分散性阳离子型树脂，经有机酸中和，在水中解离得到带正电荷的树脂阳离子，在直流电场的作用下向极性相反的方向泳动，在阴极区（工件表面）与界面集聚的 OH-发生沉积反应，即在工件表面形成一层浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料6均匀的涂膜。与此同时阴离子向阳极移动与 H+结合形成酸。树脂经有机酸中和的离解反应；COORNHRCOOHRNR阴极区（工件表面）水的电解与沉积反应：OHNROHNHROHHeOH222222阳极反应：eHOOH44222电泳涂装时一个非常复杂的电化学反应，主要包括电解、电泳、电沉积、电渗透四个同时进行的过程。电解电解：当直流电场施加于含电解质水溶液时，水在电场中发生电解，在阳极区析出氧气，阴极区析出氢气。一般电泳体系中杂质离子含量越高即体系的电导愈大，水的电解作用愈剧烈，这样由于大量气体从电极逸出，树脂沉积时会夹杂气孔导致涂层针孔或粗糙的弊病。因此在电泳涂装过程中应尽量杂质带入电泳液，以保证涂装质量。电泳：电泳：在胶体溶液中，分散在介质中的带电胶体粒子在直流电场的作用下，向带着相反电荷的电极方向移动。由于胶体粒子在运动过程中要受到分散介质的阻力，相对于真溶液在电场中离子的迁移阻力要大的多，移动速度较慢，犹如在分散介质中泳动，故称电泳。电沉积电沉积：在阴极电泳中，带正电荷的水溶性树脂粒子在直流电场的作用下到达阴极（工件表面）与工件表面集聚的 OH-反应，使涂膜沉积在工件表面。电渗透电渗透：阴极电泳涂装过程中的电渗作用是吸附在阴极涂层中的结合水在受电场影响产生的内渗力作用下，穿过沉积涂层进入电泳槽液从而使沉积涂层脱浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料7水，水的质量分数减少，可直接烘烤得到致密、光滑平整的涂层。上述电泳过程反应是同时进行并互相制约的。电解过程过于激烈会导致不良影响，因此控制整个体系的电导，防止杂质离子的污染，在电泳涂装过程中非常必要和重要。五、五、阴极电泳涂装主要设备和电泳工艺简介阴极电泳涂装主要设备和电泳工艺简介阴极电泳涂装的主要设备有：电泳槽、循环装置（含过滤装置和热交换装置）、超滤装置、阳极装置、纯水装置、加料装置、烘干装置、电源装置等（详细作用及机理见电泳涂装知识-设备篇）。阴极电泳涂装可以分为四个部分：前处理、电泳、后冲洗、烘干固化。前处理前处理：工件经脱脂、酸洗除锈（若有必要）、表调、磷化处理为电泳工序做准备的过程为前处理。清洗和表面转化是两个非常重要的环节（详细作用及机理见电泳涂装知识-前处理篇）。电泳电泳：工件经过前处理后进入电泳槽，工件入槽前需保证工件表面无油无锈，磷化膜均匀。电泳主要包含主循环系统、超滤循环系统和阳极循环系统。后冲洗后冲洗：工件从电泳槽出来后，利用超滤液冲洗掉漆膜表面的浮漆，浮漆回收进入电泳槽，提高槽液的利用率。同时后冲洗保证了漆膜外观光滑、平整。清洗区包含喷淋清洗间或浸渍清洗间。通常 UF0、UF1、UF2采用超滤液清洗，最后一道采用新鲜去离子水清洗。工件在进去烘道之前会有一段沥干区或用压缩气吹掉湿膜表面的水分，以防水迹的产生。烘干固化烘干固化：清洗沥（吹）干后工件进入烘道，漆膜通过交联固化达到最佳性能。不同品种的电泳涂料所需的固化温度和保温时间不同。大部分烘房设不同的温度区，逐步去除挥发性物质，以防溶剂斑和水迹的产生，是漆膜流平达到最佳，浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料8得到外观优良的漆膜。六、六、电泳涂装过程中主要参数的介绍及管控电泳涂装过程中主要参数的介绍及管控固体份（NV）：槽液固体份（浓度）是最重要要的管理参数之一。固体份偏低，涂膜遮盖和槽液的稳定性变差，涂膜变薄使涂膜性能进一步受影响。同时固体份偏低对其它工艺参数管控造成一定影响。固体份的测量是指电泳涂料在 105/3h 或者 120/1h 后剩余的干燥树脂和颜料份的百分含量。pH 值：pH 反应 H+活（浓）度即酸性程度的指标。阴极电泳涂料是利用有机酸中和以环氧树脂或丙烯酸树脂为主链的树脂，在电泳涂装时这种中和酸在阳极附件放电形成游离酸（杂酸）可通过隔膜法（阳极膜）进入到阳极液中。pH 偏高，槽液稳定性下降，易产生絮凝、结块等。pH 偏低，易返溶且库仑效率和泳透率下降。pH 检测使用酸度计（pH 计），测定温度控制在 25左右。槽液、阳极液、超滤液等可直接检测，色浆和乳液需用纯水 1:1 稀释搅匀后检测。电导率（K）：表示电泳槽液传输电流的强弱能力。槽液的电导率主要由涂料品种和槽液固体份决定，但受到槽液 pH 值、杂质离子含量、槽液细菌状况、阳极模控制状况等一系列因素的影响。电导率定义是电阻率的倒数，其单位一般为s/cm。检测时待测液温度控制在 25，检测仪器是电导率仪，具体使用需参考仪器说明书。槽液温度：电泳槽液温度具体控制范围参考产品说明书，一般的控制在 28-32。槽液温度过高，会加速溶剂挥发、槽液老化等现象，槽液稳定性变差，使得漆膜变厚、粗糙等易产生堆积现象。温度过低使树脂的水溶性变差，电沉积放缓，漆膜变薄，易产生遮盖不良、粗糙、失光等现象。槽液温度主要通过换热器来进浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料9行控制。施工电压：又称泳涂电压，是指在规定的时间和槽液温度下，达到标准膜厚时所需的电压。泳涂电压因膜厚要求受链速（电泳时间）、槽液温度、槽液常规参数、杂质离子含量等影响。电压过高容易导致漆膜击穿，致使漆膜粗糙变色等破坏槽液且可能损坏电源装置。电压过低，漆膜偏薄内腔泳涂不上，达不到相关要求。有必要定期检测槽液的涂装电压。灰分/颜基比：颜基比指电泳槽液或漆膜中颜料和基料的比值。颜基比一般维持在工艺参数范围内。颜基比过高漆膜易粗糙、光泽度降低等；颜基比过低漆膜遮盖效果变差，易产生缩孔缩边等现象。由于搅拌不良、停产、滋生细菌、碱性物质带入、加料比例失调等原因会使槽液颜基比产生较大变化，测定槽液颜基比并进行修正是十分必要的。颜基比的检测用马弗炉进行高温煅烧，电泳涂装所用的颜料出炭黑外一般都是不可燃的无机颜料，故常用测灰分法来检测颜基比。溶剂含量：溶剂含量高，漆膜较厚甚至粗糙，槽液击穿电压降低；溶剂含量低，槽液稳定性有所减弱。溶剂含量检测用气相色谱法。L 效应：电泳涂装过程中往往由于循环不良、过滤不佳、流速低等造成槽液中颜料或颗粒沉降，致使被涂物的水平面和垂直面的泳涂质量存在差异，以使水平面上的漆膜粗糙，影响整体涂膜的平整度。用 L 形板检测被涂物水平面和垂直面的电泳涂装质量，其试验结果成为 L-效果。漆膜水平面和垂直面的平整度和膜厚无明显差异，L 效果良好。当槽液的树脂水溶性变差或色浆析出时，L 效果会变差。浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料10七、七、阴极电泳洗槽与投槽的内容及注意事项阴极电泳洗槽与投槽的内容及注意事项1、设备清洗步骤：设备清洗步骤：（1）材料准备：自来水；纯水；清洗剂：NHF-12 清洗剂、NHF-01 有机溶剂、NHF-02 中和剂；适用施工清洗的各种工具、硬毛刷、长柄刷等。（2）手工清洗：人工清理槽中的各类机械杂质（金属杂质、垃圾、灰尘等），用高压自来水冲洗槽壁，同时把各槽排污阀打开放水至目测洁净为止。（3）自来水循环清洗用自来水注满槽子，起动相关的泵与喷淋，开启所有相关的阀门，起动循环系统，循环清洗运行 4h，排放槽中的水再次冲洗清除槽底部的残留物，自来水洗完后，再安装相关的喷嘴。其中，泳前纯水冲洗槽，泳后纯水冲洗槽，应再次用纯水为介质，重复清洗一遍，放空注入至少 1/3 槽容积以上的纯水，启动循环喷淋清洗 2h，测水质电导率 K50s/cm。（4）电泳槽与极液循环系统内注满自来水，加入 1%NHF-12 清洗剂、1%NHF-01 有机溶剂，启动循环至少 24h 后，把清洗液，用自来水冲洗一遍，并打开过滤器，拿掉脏的过滤袋。（5）中和剂清洗液清洗（使用于阴极电泳线设备；阳极电泳线设备可免）用纯水注满电泳槽与极液循环系统，加入约 0.5%中和剂，循环 12h 以上，依次把中和剂清洗液用泵抽入 UF 槽，贮备槽循环冲洗 12h 以上后放空转注至加料系统。（6）再次用纯水冲洗一遍，放空后用纯水洗至取样测电导率 K50s/cm，其中，电泳槽极液循环系统注满纯水至少循环 4h 之后，清洗水再输至 UF 槽及贮浩力森涂料（上海）有限公司技术工程部资料11备槽，继续循环清洗 4h 以上，测 K50s/cm。否则，重复清洗一遍，包括加料系统。（7）超滤系统按供应商提供的要求单独清洗。（8）用最后一次的清洗水配置槽液（至少占稀释水 20%）制样板，板面缩孔等级合格即认可清洗完成。2、投槽步骤：投槽步骤：（1）准备使用规定电泳涂料，关闭通往 UF 系统的全部阀门。（2）电泳槽先注入 1/3 槽容积的纯水，同时往极液系统补入足够的纯水开动循环，关闭露出液面的喷管阀门，启动搅拌系统，把计量好的乳液通过加料泵输入电泳槽，加完乳液后，再用颜料浆泵把已用专用搅拌均匀的颜料浆送入电泳槽，加完计算量颜料浆后，用纯水把电泳槽补满并打开所有搅拌管阀门。（3）启动交换系统，保证槽温度在工艺范围之内，循环 24h 后，更换一次电泳槽液过滤袋。（4）极液配制，极液系统加满纯水后启动循环，取样测 pH，并用冰醋酸把 K 值调至 500-1500s/cm 范围内。（5）把 UF 槽注满纯水加入约 0.7%左右的有机溶剂。试涂工件前，调试超滤系统至正常运行。（6）电泳槽液配制投料完毕后，需熟化 48h 后，检测，调整全项目工艺参数后即可试涂工件。