關(guān)鍵詞：陰極、電泳、涂裝
摘要：本文從電泳涂裝現(xiàn)狀出發(fā)，介紹了電泳涂裝的原理、特點(diǎn)、工藝流程、工藝規(guī)范、具體應(yīng)用等，并給了詳細(xì)的解釋；并對(duì)陰極電泳涂裝今后的發(fā)展提出了一些意見。
一、電泳涂裝工藝及現(xiàn)狀
1977年開發(fā)成功能成倍提高涂層耐腐蝕性的高滲透力陰極電泳涂料和陰極電泳涂裝工藝后，現(xiàn)代電泳涂裝以高泳透率的陰極電泳涂裝逐步替代陽極電泳涂裝，**今采用陰極電泳涂裝法涂底漆的汽車車身達(dá)90%以上。陰極電泳涂裝工藝經(jīng)近些年的不斷完善，現(xiàn)已成為汽車涂裝中**成熟的涂底漆（或底面合一涂層）的先進(jìn)技術(shù)之一，陰極電泳涂料也正處于成熟的一代。 二、電泳涂裝原理
電泳涂料的樹脂經(jīng)過酸或堿中和劑中和以后，能溶解分散于水中，此聚合物電解質(zhì)便離解形成帶電膠粒，在直流電場(chǎng)中，離子化的樹脂膠團(tuán)將同時(shí)發(fā)生電泳、電解、電沉積和電滲作用，使之在金屬表面附著一層樹脂膜。這四個(gè)過程對(duì)電泳起著重要作用，彼此不能分割。
1、電泳：在直流電場(chǎng)作用下，分散在極性介質(zhì)中的帶電膠體粒子，發(fā)生定向移動(dòng),這種膠體粒子移動(dòng)現(xiàn)象稱電泳。水溶性電泳涂料是一個(gè)組成復(fù)雜的膠體，其高分子負(fù)離子可視為膠體粒子，在直流電場(chǎng)作用下，夾帶和吸附著顏料和填料一起泳向陽極，這就使電泳過程變得非常復(fù)雜。與此同時(shí)，正離子向陰極移動(dòng)。所以說電泳過程實(shí)際上就是正，負(fù)離子分別向兩極移動(dòng)的過程。
2、電解：在電解質(zhì)溶液中通入直流電，電極上便分別進(jìn)行氧化、還原反應(yīng)，從而在電極上形成氧化還原產(chǎn)物的現(xiàn)象叫做電解。電流通過電泳漆時(shí)，水發(fā)生電解，陰，陽極上分別有氫和氧氣放出，以可溶性金屬作被涂物時(shí)陽極附近有金屬離子溶出。電解反應(yīng)在電泳涂裝中是不可避免的，但應(yīng)適當(dāng)控制否則將導(dǎo)致不良結(jié)果。
3、電沉積：在直流電場(chǎng)作用下，高分子羧酸負(fù)離子或粒子，受陽極電場(chǎng)力作用夾帶著顏料，填料等移向陽極后，在陽極上失去電子，沉積在它的表面上，生成不溶于水，但帶有水份（約5－15％）的漆膜，該過程稱電沉積。在電泳涂裝過程中，從測(cè)定漆液值分布情況來看，在陽極附近值**低2～3。這表明，在陽極附近有過剩的離子包圍圈；同時(shí)在電泳過程中，陰，陽兩極都有氣泡產(chǎn)生，顯然是水發(fā)生電解反應(yīng)所致。以可溶金屬作陽極時(shí)，則電泳漆膜中含有金屬離子，說明陽極發(fā)生了電極電解反應(yīng)。樹脂析出的量和通電量有關(guān)，但是樹脂的酸值在電泳前后差不多是一樣的，可以說羧基在電泳過程中沒有什么變化；然而沉積析出的漆膜在
電泳槽中，一旦停止通電，漆膜有再溶現(xiàn)象。
4、電滲：電滲是電泳的逆過程，就是在直流電場(chǎng)的作用下，沉積在被涂件上濕膜中的水份借助于電場(chǎng)作用，從漆膜內(nèi)滲出移向漆液中的現(xiàn)象，電滲也稱為電內(nèi)滲。電滲的作用是將沉積下來的漆膜進(jìn)行脫水，通常使新形成的漆膜中含水量為5～15％，這樣就可以直接進(jìn)行高溫爐烘干。若電滲不好，漆膜中含水量太高，烘烤時(shí)就會(huì)出現(xiàn)氣泡和發(fā)生流掛等現(xiàn)象，影響漆膜質(zhì)量。 三、電泳涂裝的特點(diǎn)
1、采用水溶性涂料，以水為溶解介質(zhì)，節(jié)省了大量的有機(jī)溶劑，大大降低了大氣污染和環(huán)境危害，安全衛(wèi)生，同時(shí)消除了火災(zāi)的隱患。
2、涂裝效率高，涂料損失小，涂料的利用率可達(dá)90%-95%。
3、涂膜厚度均勻，附著力強(qiáng)，涂裝質(zhì)量好，工件各個(gè)部位如內(nèi)層、凹陷、焊縫等處都能獲得均勻、平滑的漆膜，解決了其它涂裝方法對(duì)復(fù)雜形狀工件涂裝困難的問題。
4、生產(chǎn)效率高，施工可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，大大提高了勞動(dòng)效率。 5、設(shè)備復(fù)雜，投資費(fèi)用高，耗電量大，其烘干固化要求的溫度較高，涂料、涂裝的管理復(fù)雜，施工條件嚴(yán)格，并需進(jìn)行廢水處理。
6、只能采用水溶性涂料，在涂裝過程中不能改變顏色，涂料貯存過久穩(wěn)定性不易控制。
四、電泳涂裝工藝流程及工藝條件
目前，對(duì)鋼鐵工件進(jìn)行電泳涂裝時(shí)，其一般工藝流程為：除油－水洗－除銹－水洗－中和－水洗－磷化－水洗－電泳涂裝－水洗－烘干。
電壓
通常電泳時(shí)間是固定的，膜厚是通過提高或降低電壓來調(diào)節(jié)的。提高電壓可增加工件內(nèi)表面及半封閉面的漆膜厚度，但由于工件入槽瞬間沖擊電流太大，漆膜沉積速率過快，易造成漆膜外觀和性能變劣。電壓過低，電沉積速率太低，效率低、漆膜薄、泳透力差。一般在保證漆膜外觀質(zhì)量的前提下，盡可能采用較高的電壓進(jìn)行電泳，電壓控制在150-220V。
溫度
涂料溫度高，成膜速率快，但漆膜外觀粗糙，還會(huì)引起涂料變質(zhì)，溫度低，電沉積量少、成膜慢、涂膜薄而致密。施工過程中，由于電沉積時(shí)部分電能轉(zhuǎn)化成熱能，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)械摩擦產(chǎn)生熱量，將導(dǎo)致涂料溫度上升。一般漆液溫度控制在15-30℃。
pH
電泳漆的pH是決定漆液穩(wěn)定性的**重要因素，電泳過程中必須保持pH為5.90-6.15。電泳漆是酸溶物質(zhì)，依靠保持適當(dāng)?shù)乃岫仁蛊崛芙?，pH升高，酸量減少，漆開始不穩(wěn)定。pH高于6.15，開始生成難溶性物質(zhì)，漆膜質(zhì)量變差。當(dāng)pH降低時(shí)，電泳電流增大，電沉積量增加，有利于漆膜形成，但隨pH的降低，漆膜再溶解增加，當(dāng)電沉積和溶解達(dá)到平衡時(shí)，酸度再增加反而會(huì)使漆膜變薄。在施工過程中，由于連續(xù)進(jìn)行電泳，陽離子的銨化合物在涂料中積聚，導(dǎo)致pH的上升?？刹捎醚a(bǔ)加低pH的原液、更換陰極罩蒸餾水、用離子交換樹脂除去銨離子、采用陽極罩等方法降低pH來解決，若pH過低時(shí)，可加入乙醇胺來調(diào)節(jié)。 #p#分頁標(biāo)題#e#
電導(dǎo)率
操作時(shí)，漆的電導(dǎo)率一般在1200-1600μS/cm，保持電流的適當(dāng)流動(dòng)，從而保證涂層的質(zhì)量。當(dāng)電導(dǎo)率過高，電解反應(yīng)加劇、顏料分散性差、光澤降低，而且漆膜也易含有雜質(zhì)，降低了漆膜的防腐蝕性能。
涂料的固體含量和顏基比
市售的電泳涂料固體含量一般為50%左右，施工時(shí)，需用蒸餾水將涂料固體含量控制在10%-15%。固體含量太低，漆膜的遮蓋力不好，顏料易沉淀，涂料穩(wěn)定性差；固體含量過高，黏度提高，會(huì)造成漆膜粗糙疏松，附著力差。一般顏基比為1:2左右，高光澤電泳涂料的顏基比可控制在1:4。由于實(shí)際操作中，涂料的顏料量會(huì)逐漸下降，必須隨時(shí)添加顏料分高的涂料來調(diào)節(jié)。
溶劑
電泳漆中的溶劑含量對(duì)電泳質(zhì)量影響較大。溶劑含量太低，降低了樹脂在水中的溶解性。溶劑含量過高，漆膜厚，使電泳漆的破壞電壓降低，槽液不易控制，故溶劑含量一般在1%左右。
電泳時(shí)間
工件在
電泳槽內(nèi)的時(shí)間越長(zhǎng)，膜厚及泳透力增加。不過電泳時(shí)間過長(zhǎng)，涂膜的厚度不會(huì)再增加。因此，在保證涂層質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量縮短時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。通常大型工件3-4min一般工件只需2min。如果被涂物件表面幾何形狀復(fù)雜，可適當(dāng)提高電壓和延長(zhǎng)時(shí)間。
烘烤的溫度和時(shí)間
電泳漆烘烤的溫度和時(shí)間對(duì)漆膜的耐腐蝕性、抗石擊性均有很大的影響。高溫長(zhǎng)時(shí)間烘烤，可能導(dǎo)致漆膜變脆，故一般烘烤溫度在180℃左右，時(shí)間約為0.5h。 五、電泳涂裝工藝的應(yīng)用
目前，在世界汽車生產(chǎn)中有92%使用電泳涂料（ED），其中有90%采用陰極電泳涂料（CED）。以福特和通用汽車公司為例，從1977年1月開始投建汽車車身陰極電泳涂裝線**今，這兩個(gè)公司的陰極電泳涂裝線占汽車車身涂裝線的99%；而日本各汽車公司為在國(guó)際市場(chǎng)上獲得競(jìng)爭(zhēng)能力，繼美國(guó)之后，于1977年10月投建了**條汽車車身陰極電泳涂裝線**今，也有95%以上的汽車車身采用了陰極電泳涂裝線。我國(guó)汽車工業(yè)于20世紀(jì)80年代中期應(yīng)用陰極電泳漆，如今第二汽車制造廠的東風(fēng)汽車車身，大眾的桑塔納，還有奧迪、標(biāo)志等轎車車身**采用了陰極電泳漆，其它如汽車零部件、車箱、車架等，為提高這些薄板件的使用壽命，也紛紛采用了耐蝕性高的陰極電泳漆。例如新研制的高流平性陰極電泳涂料，已經(jīng)在美國(guó)汽車制造廠中使用。其代表產(chǎn)品有PPG公司的Ed11厚膜陰極電泳涂料、Ed12中厚膜陰極電泳涂料、杜邦的Cormax TM厚膜或中厚膜陰極電泳涂料，其主要的性能改進(jìn)是使漆膜表面粗糙度下降。
由于陰極電泳涂料有著優(yōu)良的防腐蝕性、滲透性和裝飾性，不但應(yīng)用在汽車行業(yè)中，還廣泛地應(yīng)用在其它行業(yè)中。如在建筑材料中，防火門、鋼窗等涂裝耐候性好的雙涂層的環(huán)氧樹脂陰極電泳涂料，鋼制家具和間壁材料使用丙烯酸樹脂系陰極電泳涂料。在五金行業(yè)中，電泳鎖具、金屬眼鏡架、自行車部件、文具、皮箱扣、打火機(jī)等用品，均取得了令人滿意的效果。
除此之外，陰極電泳還應(yīng)用于金屬氧化物的沉積和金屬膜的制備從而獲得某種特殊性能的材料。例如，將ZnCO2O4電泳沉積在以鎳為基體的電極上作氧化反應(yīng)的催化劑，能獲得催化性好、機(jī)械穩(wěn)定性高的電極。將固態(tài)熱解反應(yīng)制備的高純氧化鋅粉末通過電泳沉積的方法生成高質(zhì)量的氧化鋅薄膜，這種薄膜能夠在室溫下發(fā)射出波長(zhǎng)為390nm的紫外線。
六、新一代的陰極電泳涂料應(yīng)具有以下特點(diǎn)
1、新一代陰極電泳涂料的泳透率應(yīng)進(jìn)一步提高。泳透率越高，車身內(nèi)部膜厚就越均勻，從而提高車身整體的防腐蝕性，降低施工電壓，減少涂料用量。
2、提高邊緣防腐性。電泳過程中，一些邊緣部分由于涂料電化學(xué)作用，造成邊角涂層特別薄，從而腐蝕易在此處發(fā)生，通過改善涂料的性能以提高防腐能力。
3、降低顏基比。顏基比就是涂料中顏料與樹脂的比例，降低它可以增加樹脂的含量，提高涂料的流動(dòng)性，降低膠體的沉降速率，減少顏料絮凝以保護(hù)泵，降低材料消耗。
4、降低溶劑含量。溶劑含量越高對(duì)環(huán)境污染越大，不利于工作。降低它有利于保護(hù)環(huán)境，節(jié)約投資。
5、無鉛無錫，更趨環(huán)保。鉛在電泳涂料的防腐蝕催化、鈍化和加速交聯(lián)等方面起著重要作用，但含鉛的顏料對(duì)裸鋼板的防腐蝕影響很大，且鉛本身是毒性很強(qiáng)的元素，環(huán)保上對(duì)其限制甚嚴(yán)。錫的性能與鉛比較接近，通常二者混用。新一代電泳涂料通過改進(jìn)樹脂去除鉛等重金屬，更有利于環(huán)保。6、雙層電泳的開發(fā)成功是涂裝過程的一次革新。因?yàn)橥ㄟ^二次電泳，目前使用的中涂完全被省略了，從而簡(jiǎn)化了工藝，減少了人員，提高了涂料利用率，**高可達(dá)98%，并且進(jìn)一步提高了車身的抗腐蝕能力，降低了成本。此外，降低電泳漆的烘干溫度，可以節(jié)省能源和降低加熱減量。加熱減量從15%左右降到4%以下。溶劑的含量從2%-3%降到了0.4%-0.8%，大大降低了VOC的排放，用無機(jī)酸代替有機(jī)酸可以有效地防止細(xì)菌的生長(zhǎng)。
電泳涂裝采用超濾技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了半封閉循環(huán)清洗，提高了電泳漆的利用率。反滲透技術(shù)已在水處理應(yīng)用方面取得了顯著效果，為了進(jìn)一步減少電泳涂裝的廢水排放量，提高電泳漆的回收率，一些大公司已嘗試將RO技術(shù)應(yīng)用于電泳涂裝。只要在原有工藝中加裝RO設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)。 七、結(jié)語 #p#分頁標(biāo)題#e#
電泳漆是**早開發(fā)的水性涂料，涂裝效率高、經(jīng)濟(jì)安全、污染少，可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。目前第五代陰極電泳漆已在世界各地汽車廠的生產(chǎn)線上獲得廣泛應(yīng)用。陰極電泳涂裝技術(shù)，由于其涂層具有優(yōu)良的外觀、耐蝕性及低污染性等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，已成為涂裝領(lǐng)域不可缺少的方法之一。今后，在陰極電泳涂裝新技術(shù)開發(fā)的過程中，涂裝工藝應(yīng)向著節(jié)省能源、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本、減少環(huán)境污染等方向發(fā)展。
