电泳涂料及涂装技术培训

电泳涂料及涂装技术培训O、概述电泳涂装技术研究起于一百多年前，基于人们对金属表面防腐防锈要求的不断提高而相关表面处理工艺技术又不能较好地解决这种需求的压力下，而被逐渐研制开发。直到1960年才由英国卜内门公司和里兰公司共同研制开发成功阳极电泳漆。其最早应用于汽车公司的涂装线是1963年福特公司在PPG公司的帮助下建立的世界上第一条完整的阳极电泳涂装线，1969年美国在电泳线上成功引入超滤技术。但随着阳极电泳漆生产使用，日渐暴露其漆膜中包含有金属离子造成抗蚀性差的缺陷，因而，高抗蚀性的阴极电泳漆于1971年被PPG公司开发成功，并被人们等认可并大力推广应用。阴极电泳涂料于1977年在福特汽车公司开始应用，当时阴极电泳涂料厚度为20um左右。1984年厚膜阴极电泳涂料在汽车厂开始使用，涂膜厚度超过30um以上。后来，不少汽车厂又从厚膜阴极电泳涂料转到中厚阴极电泳涂料，漆膜厚度在25um左右,具有与厚膜阴极电泳同样好的抗腐蚀能力。目前，世界汽车生产中有92%使用电泳涂料(ED),其中90%采用阴极电泳涂料（CED）。阴极电泳涂料具有优异的渗透性，可均匀覆盖工作凹陷部位，并有极强的防腐性，耐盐务可达1200h。。。目前，新一代高流平性的阴极电泳涂料已经在美国汽车厂使用。其代表产品有PPG的ED11厚膜阴极电泳涂料、ED12中厚膜阴极电泳涂料、杜CormaxTM厚膜或中厚膜阴极电泳涂料。其主要性能改进是：使漆膜表面粗糙度值下降，例如CormaxTM中厚膜阴极电泳漆膜表面Ra为0.15~0.20um。。。汽车底漆采用CED已成定局，但也有人提出采用粉末涂料作为底漆和中涂，而CED大方向不变。今后工作主要是进一步改善性能，如降低固体温度，提高平整性和耐久性。电泳技术发展日新月异，产品品种由环氧型树脂型发展到丙烯酸型及聚氨脂型。产品的保护品种也由汽车行业引申到自行车、摩托车及家电、轻工饰品行业，如：空调、彩电、洗衣机、摩托车、眼镜、锁具、灯具及饰品、发夹、领带夹及各个金属行业以及铝材表面防锈行业。一、什么是电泳涂料电泳涂料是一类仅适用于电泳涂装的水性涂料，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的电极，并在上面沉积下来形成涂膜。一般把在聚合物中有羧酸或胺的聚合物用胺或酸中和而水溶化或水分散化,将被涂物作为阳极或阴极,用电泳法,通过聚合物的不溶化而在被涂物上析出,这种方法称电泳涂装。按照离解的水溶性成膜物的极性不同，可分为阳极电泳涂料和阴极电泳涂料两类。阴极电泳涂料：环氧型阴极电泳涂料丙烯酸阴极电泳涂料阳极电泳涂料：环氧酯阳极电泳涂料氨基丙烯酸阳极电泳涂料但是，阳极电泳时因被涂物是阳极,在通电过程中底材会溶出,而产生着色情况，特别是溶出的金属离子积蓄在涂料浴中会污染涂料浴。从耐腐蚀方面看,氧化铝膜处理底材自身耐腐蚀性优异而不成问题,但底材为钢底材时,例如磷酸锌处理等化学处理的钢底材因这样的化学处理膜也能溶出,所以防锈效果下降。在阴极电泳中因被涂物是阴极而不会产生这样的问题,一般耐腐蚀性优异。现在阴极电泳涂装法产生了高耐腐蚀性,正在用于汽车车身的底漆涂装。由于阴极电泳涂料具有比阳极电泳涂料更好的涂装稳定性和涂膜的性能，目前被广泛应用于汽车及金属涂装领域，这是目前唯一一种方法能使形状复杂的金属结构在涂饰后，具有均匀的涂层和优良的防腐性。二、电泳涂装之优势1、在很凹的部位，即可形成完成均匀之保护膜，并可利用调整不同之操作电压，即可控制镀层的厚度，达到极高的防腐性，并消除了电镀过程中的厚薄不均电极效应，同时也消除了喷漆过程中的结皮、泪痕之故障。2、涂料利用率高达95%，与喷漆法相比，减少了材料的浪费。3、以水作溶剂，免除了火灾危险，也大大降低了水处理及空气污染，安全性提高，减少了环保设备费用。4、可减少贵金属镀层厚度，仍可维持及超越原来镀层寿命，用彩色电泳漆可取代镀金，大大降低了生产成本。生产性高，生产时间缩短。金属表面处理、电镀、皮膜等，完成后携带大量水，传统喷涂方法要先行烘干再生产，费时而且浪费能源，而电泳可连续作业，易于大量及自动化生产。三、电泳涂装流程及附属设备A、电泳涂料的组成大多数场合，电泳涂料均是双组分的（色浆和乳液），也有单组分的。色浆乳液颜料：钛白碳黑体质颜料防锈颜料触媒：有机锡颜料分散树脂：季胺盐树脂等树脂：改性环氧树脂硬化剂：封闭多异氰酸脂添加剂：表面活性剂、防缩孔剂等中和剂：甲酸、醋酸溶剂：醇醚类B、阴极电泳涂装的机理电泳涂装是一个在电泳槽中发生的电化学过程，可简单的分为四个过程：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-+H22、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。环氧聚氨酯型阴极电泳涂料是由阳离子型树脂、封闭型或部分封闭型多异氰酸酯类交联剂，并配合其它成分组成。阳离子树脂多采用环氧树脂为基料，并在其基体上引入N、P、S等成盐基团，一般采用有机多元胺类引入成盐基团，再用有机或无机酸中和成盐，而分散于水中。电泳过程中，在电场的作用下，产生电解、电泳、电沉积和电渗等电化学现象，带正电荷的树脂粒子，向阴极移动，同时在阴极上发生如下的电化学过程：①阴极反应：2H2O+2e-H2+2OH-R-NH3++OH-R-NH2+H2O②阳极反应：2H2O4H++O2+4e这样，呈碱性的R-NH2粒子及其携带成分就沉积于阴极上，经冲洗后，通过烘烤固化，形成电泳涂膜。C、电泳涂装工序可分为四个部分：（1）前处理：主要用于金属工件表面的清洁和磷化，以便满足最终电泳涂装的要求，常用的磷化有铁系和锌系磷化。常采用喷淋和浸渍的方法。（2）电泳槽液电泳槽液含有80～90%的去离子水和10～20%的涂料固体。固体中含有成膜的树脂组分以及提供颜色的颜填料组分。（3）电泳槽及附属设备a.整流器：提供直流电压，供电泳涂装；b.循环：提供槽液循环，使槽液保持持续均一稳定；c.热交换系统：提供合适的工作液温度；d.过滤：用以除去涂料中的机械杂质；e.超滤：控制涂料槽液的电导率，维护槽液品质；f.槽液的回收系统：回收后冲洗带出的电泳涂料，提高涂料的利用率；（4）烘道：提供漆膜固化所需的涂料固化温度。四、阴极电泳工艺示意简图：1）循环系统：设置循环搅拌的目的，一是防止颜料的沉降；二是使树脂和颜料均匀分散，从而取得均一漆膜；三是散发电泳产生的焦尔热，除去电泳涂装时产生的氢气。2）超滤系统：设置超滤系统的目的是为了有效地控制槽液的电导率、PH值，减少杂质离子对电泳施工的干扰，除去槽液中的杂离子，净化槽液，保证涂膜质量，幷且根据槽液参数进行调整，提高涂料利用率。每小时通过通过滤器的槽液量应为槽液总量的1/4-1/2。3）阳极系统：设置阳极系统的目的一是通过整流器提供的直流电源在阳极电极与工件（阴极）之间形成电场，使电泳涂料在电场作用下向阴极运动，在工件表面进行电泳沉积；二是调整槽液中多余的酸，维持槽液PH值保持一定，并对电泳过程中发热的阳极电极进行冷却。隔膜阳极构造：用隔膜阳极管理PH值的方式ED槽内面衬FRP或PVC或环氧涂层时，采取阳极接地（吊具接地）方式。电泳时，ED槽内电极反应如下：在阴极（被涂物表面）阳离子树脂、颜料附着其上成为涂膜，阴离子酸在阳极游离，继续电泳涂装，该游离酸会引起很多问题（涂膜外观不良、氢气增多、库仑效率低等），因此，槽液的PH值要保持一定。槽液中多余酸的调整如下：槽液的电透析方式（隔膜方式）使用阴离子交换膜的理由如下：通电时，电泳生成的CH3COO-离子通过隔膜，在阳极变成CH3COOH，排到系统外。这种阴离子交换膜，只有CH3COO-离子能通过，CH3COOH和涂料的树脂离子都不能通过。阳极液中的阳离子还具有不在涂料中移动的性质，不会污染涂料，有将学分制料中的酸分离的功效。因此，槽液中的PH值不会下降，且可以自动地保持一定；停电时，阴离子交换膜阻止水、有机酸从隔膜内向槽液中移动，槽液中的PH值不变化。电泳时随着电泳的进行，与被消耗掉的树脂等量的酸，将自动地向隔膜转移。因此，阳极液的电导率将上升，但可安置电导率仪设定管理幅度，到达上限时，自动补加纯水，到达下限时停止加水。多余的酸自动排到系统外，保持一定的电导率。阳极液的功能有如下3点：①在阳极罩内将通过阴离子交换膜的酸从槽液中排到系统外；②如果阳极罩内的电导率正确的话，阴极～隔膜间的电压损失就小；③阳极液的水质满足电泳用纯水规格，万一隔膜破裂，也不会因阳极液而污染涂料。电泳槽的控制方式隔膜方式阳极装在阳极罩内的极板电泳槽阳极罩在ED槽内面绕一周PH控制原理通过隔膜将醋酸浓度过高的阳极液废弃到系统外从而控制PH值优点槽液的PH值可通过极液水的电导率管理来自动控制缺点隔膜需维护、保养五、施施工工应应用用（一）、涂装工艺流程虽然各用户涂装设备与工艺设计有所不同，但其设计主旨都是一致的，即工艺流程能获得良好的前处理效果并能与电泳施工条件具有好的互配性。以下为KF-998阴极电沉积涂料典型的施工工艺。脱脂→水洗→(除锈→)水洗→水洗→表调→磷化→水洗→去离子水洗→去离子水洗→电泳→水洗→超滤液冲洗→水洗→去离子水洗→烘干（二）、电泳施工设备电泳施工设备由纯水系统，供漆系统，电泳槽设备、循环系统、超滤系统、恒温系统、供电系统、冲洗喷淋系统、干燥系统组成。i.纯水系统KF-998阴极电沉积涂料要求纯水PH值6.5－7.5，电导率≤20μS/㎝，出水量能确保满足正常生产所需。纯水器至少有通往加漆罐、阴极罩、电泳主槽及其它用纯水各槽的管路。ii.供漆系统调漆罐材质：冷轧钢板，最好内衬玻璃钢容积：1－2M³搅拌转速≥240转/分叶片形式：桨式，透平式或齿盘式调漆罐口离操作台高度应≤50CM有纯水和槽液管路通入调漆罐调和后的漆送往电泳付槽1.电泳槽设备电泳槽1)材质：可采用冷轧钢板焊制，内衬玻璃钢；2)体形：步进式作业可为长方形，通过式作业可为船形。但必须均有溢流槽（付槽）3)容积：根据用户自身工件形状大小而定4)槽体应满足以下要求：a)槽底各转角连接处均为弧形，以避免循环死角；b)船形槽长度能确保工件电泳时间为2-4分钟；c)工件距液面、槽底装置及阴阳极间距均不低于300㎜；5)主、付槽底部有连接管道，以便投槽与清洗6)主槽溢流口与付槽连接管路与循环量配套，确保无泡沫阻挡在主槽中。阳极1)材质：不锈钢板，不得用铜、铝材质2)面积：按阴阳表面积比约为3:1来确定3)阳极罩：采用专业半透膜4)阳极板应均匀排放，排放原则是两头电场强度弱，中间强。5)为避免短路，阴极应与槽体绝缘。2.循环系统循环搅拌的目的一是防止颜料的沉降，二是使树脂和颜料均匀分散，从而取得均一漆膜。1）循环泵：一般采用普通离心泵2）泵的流量按国外资料要求应为槽液总量的10-15次/时，槽上液流线速度0.2米/秒，槽底为0.5米/秒。实际证明循环量达到6次/时以上即可取得满意的施工效果。3）喷嘴：可采用鸭嘴式，或增效特制嘴，最好不采用管上打孔方式，打孔式极易产生堵塞。4）喷嘴排布方式：喷嘴在槽底应均匀排布，总的要求是：要周密考虑安装位置及角度。（喷嘴的位置、大小、多少及喷射能力）不要在槽底形成喷射不到的死角。5）循环管道的安装要便于拆卸、安装、维修、清洗、并且应备有不通过附槽可进行自循环的回路。6）因KF-998阴极电沉积涂料要求24小时循环搅拌，所以循环泵必须有两套，以备更换使用和检修。3.超滤系统：为了有效地控制槽液的电导率、PH值，减少杂质离子对电泳施工的干扰，施工系统必须具有超滤系统。超滤器的造型各施工单位可根据其性能和要求指标自己决定，