电泳涂装(ED)知识

电泳涂装
2007-03-21 01:04
电泳涂装
电泳涂装是一种特殊的涂膜形成方法。

它是汽车涂装近３０年来最普及的涂底漆方法之一。

电泳涂装是将具有导电的被涂物浸渍在装满水稀释的、浓度比较底的电泳涂料槽子中作为阳极（或阴极），在槽中另设对应的阴极（或阳极），在两极间通一定时间的直流电，在被涂物上析出均一、水不溶涂膜的一种涂装方法。

根据被涂物的极性，和电泳涂料的种类，电泳涂装法可分为阳极电泳和阴极电泳两种。

阳极电泳涂装法：被涂物为阳极，所采用的电泳涂料是阴离子型（带负电荷）。

阴极电泳涂装法：被涂物为阴极，所采用的电泳涂料是阳离子型（带正电荷）。

电泳涂装在英语中简称ED、AED（阳极电泳涂装）、CED（阴极电泳涂装）。

电泳涂装的原理发明于20世纪30年代，但因当时的水性涂料尚不发达而未得到工业的应用。

为提高汽车车身内腔和焊缝面的防腐蚀性，美国福特汽车公司于1957年开始着手研究电泳涂装法，于1961年建成一条泳涂车轮的试验生产线（阳极涂装法），在1963年成功地用于汽车车身涂装。

电泳涂装法在实际应用中显示出高效、优质、安全、经济等优点，受到世界各国涂装界的重视。

随着新型电泳涂料的开发和技术进步，尤其是1977年开发成功阳离子电泳涂料和阴极电泳涂装技术，电泳涂装工艺在汽车工业中普及速度是史无前例的，并由汽车涂装推广应用到建材、轻工、农机、家电等工业领域。

第一节电泳涂装法的机理及其特征
电泳涂装过程伴有电解、电泳、电沉积、电渗等四种电化学物理现象，现将这些现象简要说明如下：
电解：任何一种导电液体在通电时产生分解的现象称为电解。

众所周知的例子是水的电解能成为氢气和氧气。

一般电解伴随在一个或两个电极上逸出气体，在电极上分别进行着氧化与还原反应。

在电泳过程中水发生电解，在阴极上放出氢气，在阳极上放出氧气，金属阳极产生溶解，溶出金属离子。

电泳：在导电介质中的带电荷的胶体粒子在电场的作用下，带正电荷胶体树脂粒子和颜料粒子由电泳过程移向阴极。

电沉积：漆粒子在电极上沉析现象称为电沉积。

在阴极电泳涂装时带正电荷的粒子在阴极凝聚，带负电荷的粒子（离子）在阳极上凝聚。

电沉积的第一步是水的电化学分解（电解）。

假使槽液的pH是中性，在阴极上的最初反应是形成氢气和氢氧根离子，这一反应致使在阴极表面区产生高碱性界面层，当阳离子（树脂和颜料）与氢氧根离子反应变成不溶性时就产生涂膜的沉积。

电渗：刚沉积到被涂物表面上的涂膜是半透膜，在电场的持续作用下，涂膜内部所含水分从涂膜中渗析出来移向槽液，使涂膜脱水，这种现象称为电渗。

电渗使亲水的涂膜变成憎水涂膜，脱水而使涂膜致密化。

电渗性很好的电泳涂料泳涂后的湿漆膜可用手摸也不粘手，可用水冲洗掉附着在湿漆膜上的槽液。

电泳涂装法的优点：
涂底漆工序实现完全自动化，适用于大流水生产，从涂装前处理到电泳底漆烘干实现生产线化。

依靠调整电量容易得到均一目标的膜厚，靠选择电泳涂料的品种和调整泳涂工
艺参数，膜厚可控制在10~35µm范围内，工件间和不同日期所沉积的涂膜（膜厚及性能）能得到重现，与浸法不同，在烘干时缝隙间的涂膜不会产生“溶落”现象。

使喷涂、浸涂等涂装法涂装不到的部位和涂料难进入的部位也能涂上涂料，且缝隙间的涂膜在烘干时不会被蒸汽洗掉，因而使工件的内腔、焊缝、边缘等处的耐腐蚀性显著提高，阴极电泳涂膜的耐盐雾性在500小时以上，高达1000小时。

与喷涂法等相比，涂料的有效利用率可高于95%，槽内涂料是低固体分的水稀释液，黏度小，与水差不多，带出槽外的少，泳涂的湿涂膜是水不溶性的，电泳后可采取UF封闭液水洗回收带出槽的涂料液。

与其他水溶性涂料相比，溶剂含量少，且因低浓度，无火灾危险，涂料回收好，溶剂含量低，对水质和大气污染少，所以电泳涂料是低公害涂料，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。

电泳涂装所得涂膜的含水量少，溶剂含量少，晾干时间短，可直接进入高温烘干，在烘干的过程中不会出现流痕、溶落、积漆等弊病，所得的涂膜外观好，有较好的展平性。

电泳涂装的局限性在于：
一般电泳涂膜的耐侯性差，在户外使用时需涂面膜；
对挂具的管理要求较严，要确保被涂物良好导电；
仅适用于具有导电性的被涂物涂底漆，如木材、塑料、布等无导电性的物件不能采用这种涂装方法；
具有以下结构的被涂物不宜采用电泳涂装工艺：
1)能带较多污物、污水进电泳槽的结构；
2)能带出较多电泳涂料槽液，多次水洗后仍积液的结构；
3)在水中不能全浸没的结构；
4)由多种金属组合的被涂物，如果电泳特性不一样，也不宜采用电泳涂装工艺；
不能耐高温（165~185℃）的被涂物，也不能采用电泳涂装工艺。

不过近年来在国外已开发成功了在120~150℃下烘干的电泳涂料。

5)对颜色有限定要求的涂装不宜采用电泳涂装，变化涂装工艺；
6)对小批量生产场合也不宜推荐采用电泳涂装，因槽液的更新速度太慢，槽液中的树脂变质和溶剂组成的变动大，而使槽液不稳定。

在近15年来汽车涂装领域汽车车身和车下部件的电泳涂装线几乎全部被阴极电泳涂装法所占领，原采用阳极电泳的涂装经改造改用阴极电泳涂装工艺；新建的电泳涂装线几乎全部采用阴极电泳涂装法。

阴极电泳涂装法和阳极电泳相比具有以下明显的优点：
因被涂物处在阴极，电泳涂装过程中不会产生阳极溶解，使涂膜对底材的附着力和防腐蚀性有所提高；
基于阴极电泳涂料的漆基中，含有对底材具有阻蚀作用的基团（含氮基团），使阴极电泳涂膜的耐腐蚀性显著地优于阳极电泳涂膜。

阴极电泳涂料的泳透力高于阳极电泳涂料，因而使被涂物的内腔和焊缝泳涂得更好。

在近10年中阴极电泳涂料的性能又有很大的改善，并开发了很多新品种，如厚膜阴极电泳涂料、锐边覆盖性能好的阴极电泳涂料等。

基于上述原因，阴极电泳涂膜的耐腐蚀性优于阳极电泳涂膜5~6倍。

采用优质的阳极电泳涂料，在未磷化处理过的车身钢板上耐盐雾性（划伤处扩蚀2mm）约100h左右，在磷化处理过的车身钢板上耐盐雾也360h左右。

而阴极电泳涂料，
在未磷化处理过的车身钢板上耐盐雾性约400~500h，在磷化处理过才车身钢板上耐盐雾性达720h以上。

因此，阴极电泳涂装法已成为提高汽车车身使用寿命（耐腐蚀性）的重要手段之一，若不采用阴极电泳涂层的汽车，在市场上缺乏竞争能力。

第二节电泳涂装工艺及管理要点
电泳涂装工艺一般由涂装前表面处理、电泳涂装、电泳后冲洗、电泳后涂膜的烘干等四道主要工艺（或工序）组成。

电泳涂装的工艺条件（以阴极电泳涂装为例）
槽液的组成方面固体分、灰分、MEQ和有机溶剂含量；
电泳条件方面槽液温度、泳涂电压、泳涂（通电）时间；
槽液特性方面 pH值、电导率；
电泳特性方面库仑效率、最大电流值、膜厚和泳透力。