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电泳技术

发布时间:2017-12-29 11:06:52.0  点击:469次

  电泳与电镀原理类似,其原理是:在以导电的水溶性或水乳化的涂料构成的电解液中,工件与电解液中另一电极分别接在直流电源两端,构成电解电路,电解液中离解出的阳离子在电场力作用下向阴极移动,阴离子向阳极移动,这些带电的树脂离子,连同被吸附的颜料粒子一起电泳到工件表面,并失去电荷形成湿的涂层。

  电泳分类

  目前的电泳涂装有阳极电泳和阴极电泳两种。

  阳极电泳所用的水溶性树脂为阴离子型化合物。在水中,水溶性树脂(羧酸胺盐)溶解成离子形式,若通以直流电场,则两极间产生的电势差导致离子向两极定向移动。阴离子向阳极移动,并沉积在阳极表面,释放出电子;阳离子向阴极移动,在阴极还原成胺(或氨),得到电子。

  阴极电泳所用的水溶性树脂为阳离子型化合物。用有机酸中和后,在水中溶解成离子形式,通以直流电场后,离子发生定向移动,阳离子向阴极移动,在阴极表面释放电子,被氧化成酸。

  电泳发展过程

  迄今为止,电泳涂装所用涂料已经历经6代,其中第1代、第2代电泳涂料为阳极电泳涂料。现将各代涂料简单介绍如下。

  第l代,为低电压、低泳透力的阳极电泳涂料。主要用于汽车车身内部涂装,且必须设置辅助阴极。其耐盐雾性较差,在100h以内,以顺酐化油、酚醛、环氧酯等为代表。

  第2代,为高电压、高泳透力的阳极电泳涂料。在涂装汽车车身时可以不再设置辅助阴极。耐盐雾性能大大提高,可以达到240h以上(磷化板上的电泳涂层),以聚丁二烯树脂为代表。

  第3代,为低电压、低泳透力、低pH值的阴极电泳涂料。电泳槽液的pH值为3~5,酸性较强,槽体很快被腐蚀,但电泳后的汽车车身涂层耐腐蚀性得到提高,可以达到360~500h。

  第4代,为高电压、高pH值、高泳透力的阴极电泳涂料。电泳槽液的pH值在6.0左右,在磷化板上的耐盐雾性实验可以达到720h以上。至今仍为各国阴极电泳的主流。

  第5代,为厚膜阴极电泳涂料。主要是为了提高被涂装工件锐边的耐腐蚀性以及简化

  涂装工艺的需要。膜厚在30—35μm,耐盐雾性能可以达到1000h左右。

  第6代,为高pH值、高泳透力、无铅、环保型阴极电泳涂料。此代涂料在环保上的显著特点是降低了固化温度,节省了能源与资源。

  具体性能对比详见表3—20。

  电泳特点

  电泳涂装的优点在于:

  (1)工作环境好。电泳涂装的电解液中溶剂是水,无易燃易爆问题,不污染空气。

  (2)生产效率高。电泳涂装相比于其他涂装方法,生产效率最高,工件浸入电解液中,几分钟之内即可完成电泳,适于批量生产,易于实现生产自动化。

  (3)节约原材料。电泳涂装的材料利用率一般在85%以上,比喷漆省40%。

  (4)涂层质量好。电泳涂层表面均匀,与工件附着力好,漆膜紧密,无流痕、起泡等缺陷。

  但是电泳也存在一些缺点,诸如:

  (1)设备复杂,投资大。除电泳槽外,还需与之配套的辅助设备、超滤装置及制纯水设备、专用直流电源、烘干设备、废水处理设备等。

  (2)涂料品种少。目前电泳涂料仅限于水溶性漆和水乳化漆;颜色仅限于深色底漆或单层底面两用漆。其原因是在电泳过程中(如阳极电泳沉积法)电离的铁离子和树脂阴离子中和沉积在工件上成黄棕色。

  (3)电泳涂层需在150℃下烘烤1h,耗能大。

  电泳过程

  电泳涂装是非常复杂的电化学过程,主要包括电泳、电解、电沉积和电渗4个同时进行的过程。

  (1)电泳。在外加电场的作用下,溶液中带电的粒子(胶体树脂粒子)向所带电荷相反的电极板移动,不带电的颜料吸附在带电的胶体树脂粒子上随同电泳。

  (2)电沉积。在外加电场的作用下,带电荷的树脂粒子电泳到达阳极(或阴极),放出(或得到)电子并沉积在阳极(或阴极)表面,形成不溶于水的涂层。

  (3)电渗。电渗是电泳的逆过程。其主要作用是将电沉积下来的涂层进行脱水。当胶体树脂粒子沉积在阳极表面时,原来吸附在阳极板上的水等介质在内渗力的作用下穿过涂层进入溶液中。

  (4)电解。在外加电场的作用下,有电流通过电解质溶液,会将水电解,在阴极放出氢气,在阳极放出氧气。所以,在电泳涂装过程中,应适当降低电压以消除电解水的生成的氢气和氧气对涂层质量的影响。

  上述4个反应过程中,电泳是使荷电粒子移向工件的主要过程,电沉积和电渗是与涂料粒子在工件上的附着,而电解主要起副作用,电解剧烈会影响漆膜质量。

  电泳工艺流程

  目前应用较多的电泳涂装工艺流程为:前处理(除油→水洗→除锈→水洗→磷化→水洗→钝化)→电泳涂装→纯水清洗→烘烤成膜。另外前处理过程也可采取喷砂→水洗的步骤。

  (1)除油。一般用化学除油法,温度为50~70℃,时间为15—20min。

  (2)水洗。室温条件下,以洗净除油液为标准。

  (3)除锈。用硫酸、盐酸、磷酸或专用除锈剂等,按具体规定进行清洗。

  (4)水洗。室温条件下,以洗净除锈液为标准。

  (5)磷化。包括表面调整和磷化两个步骤,可采用市售磷化液,按使用说明进行磷化操作。

  (6)钝化。采用与磷化液配套的药品(由磷化液厂家提供),室温下1~2min。

  以上过程可以用喷砂一水洗的过程来代替。

  (7)电泳涂装。应特别注意:工件进出电泳槽要断电。

  (8)纯水清洗。用处理过的纯水清洗。

  (9)烘干。将清洗干净的工件置于烘箱中烘干。

  影响电泳的因素

  影响电泳效果的因素较为复杂,主要有:

  (1)电解液中涂料的浓度。一般情况下,电泳的电解液中有效固体组分含量应保持在10%~15%(质量分数)。生产过程中由于有效成分的不断消耗,电解液的组成会发生变化,应随时进行监测,定期补加涂料,以保持电解液中有效固体组分含量的稳定。

  另外,配制电解液时应用蒸馏水或去离子水,以免电泳时由于其他杂质离子对涂层的附着力等性能的干扰。

  (2)电解液的温度。电泳时电解液中温度的控制20~30℃范围内为宜。温度过高,会造成电解液中助剂、水的挥发加快,电泳涂层易变厚、粗糙、流挂;温度过低,固体组分的水溶性降低,在工件表面的沉积减少,电泳涂层易变薄、无光,甚至局部无涂装。因此,电泳槽的温度应准确控制。

  (3)电解液的pH值。阳极电泳,电解液中含有氨或碱中和成盐,溶液偏碱性。电泳时由于带负电荷的有效固体组分不断消耗,在 阴极附近不断产生氨(或胺),电解液的pH值会不断上升。pH值过高时,电泳涂层变薄、无光,凹坑处无电泳涂层,工件从电泳槽中取出时,涂层容易再次溶解造成附着力差等情况;pH值过低时,由于电解液中的涂料成分不溶于水,在随后的水洗过程中易发生流挂等现象。因此严格控制电解液的pH值,对电泳的速度、渗透力、涂层性能、涂料利用率都有很重要的作用。调整方法主要有:补加低胺或无胺涂料、使用离子交换树脂、阴极罩隔膜法、电渗析法等。

  阴极电泳,电解液呈酸性。若pH值过高,涂料的分散稳定性降低;pH值过低,酸性增强,会造成电解槽及其管路的腐蚀加重,泳透力下降。

  (4)电解液中的电导率。通常在电解液的浓度、温度、pH值保持稳定的情况下,电导率过高,说明电解液中的电解质(此时为杂质离子)浓度增加,涂料易变质、沉降,形成的涂层表面粗糙、防锈能力下降,甚至无法形成涂层;电导率过低,则电解液的导电性差,电泳时间明显延长、效率降低,且形成的涂层较薄。因此,在电泳过程中,最常见的情况是电导率升高,应严格控制电导率。

  (5)电泳电压。电泳过程中,电压过高,可以加快电泳速度,但是形成的涂层膜厚、粗糙、附着力差、易产生流挂、橘皮等;电压过低,电泳速度降低,形成的涂层膜薄、耐腐蚀性差,易产生局部无涂层的现象。

  (6)电泳时间。当上述其他条件正常时,电泳的时间也应严格控制。时间过长,易造成涂层膜厚、粗糙、附着力差;时间过短,涂层变薄、无光,凹坑处无电泳涂层.涂层耐腐蚀性降低。

  (7)“L”效应。“L”效应是指在电泳涂装“L”形工件时,由于垂直面和水平面的不同,造成水平面上易产生涂层粗糙、颗粒、光泽性差等缺陷,应加以注意。在电泳时应经常搅拌电解液、提动工件的挂具以保持溶液的整体均匀性。

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