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- 電泳涂裝的發展歷程和工作原理
- 發布日期：2021年11月02日 點擊次數：12 所屬分類：新聞中心
1. 電泳涂裝的發展歷程和工作原理
電泳涂裝是利用外加電場使懸浮于電泳液中的顏料和樹脂等微粒定向遷移并沉積于電極之一的基底表面的涂裝方法。電泳涂裝的原理發明于是20世紀30年代，但這一技術獲得工業應用是在1963年以后，電泳涂裝是近30年來發展起來的一種特殊涂膜形成方法，是對水性涂料具有實際意義的施工工藝。具有水溶性、無毒、易于自動化控制等特點，迅速在汽車、建材、五金、家電等行業得到廣泛的應用。
電泳涂裝基本的物理原理為帶電荷的涂料粒子與它所帶電荷相反的電極相吸。采用直流電源，金屬工件浸于電泳漆液中。通電后，陽離子涂料粒子向陰極工件移動，陰離子涂料粒子向陽極工件移動，繼而沉積在工件上，在工件表面形成均勻、連續的涂膜。當涂膜達到一定厚度（漆膜電阻大到一定程度），工件表面形成絕緣層，“異極相吸”停止，電泳涂裝過程結束。整個電泳涂裝過程可以概括為以下四個步驟：
①電解：水的電解
②電泳：帶電的聚合物分別向陰極或陽極泳動的過程
③電沉積：帶電的聚合物分別在陰極或陽極沉積的過程
④電滲：沉積的電泳涂膜收縮、脫去溶劑和水，形成均勻致密的濕膜
2. 電沉積類型
① 陽極電沉積
陽極電泳涂裝，金屬工件為陽極，吸引漆液中帶負電荷的涂料粒子，電沉積時，少量的金屬離子（陽極氧化）遷移到涂膜表面，對涂膜的性能造成影響。陽極電泳涂料主要用于對耐蝕性要求較低的工件，是經濟型涂料。
② 陰極電沉積
陰極電泳涂裝，金屬工件為陰極，吸引漆液中帶正電荷的涂料粒子，由于被涂工件是陰極而非陽極，進入涂膜的金屬離子大大減少，從而提高了漆膜性能。涂膜優良，具有優異的耐蝕性能。
二、電泳涂裝過程
整個電泳涂裝過程可分為四個部分：
前處理、 電泳系統、 后沖洗、 烘干固化
工件脫脂后，經過表調、磷化，使表面形成一層均勻致密的磷化膜為進入電泳槽作準備。
進入槽液，在工件和對應電極間通直流電。在電場作用下，涂料粒子被吸附到工件上并在表面沉積。漆膜達到一定厚度，電泳停止。此時把工件從槽中取出，經后沖洗沖洗掉浮漆，最后送入烘箱固化。
1、自動化前處理
金屬工件經脫脂，酸洗除銹（若必要），表調，磷化處理為下一步電泳做準備的過程稱為前處理。為了獲得良好的電泳涂膜，清洗和磷化都是非常重要的環節。磷化通常采用鐵系和鋅系磷化液，處理工藝包括噴淋和浸漬。主要適用于鋼鐵底材。
前處理簡單步驟可表示如下（鋼鐵件為例）：
預脫脂→脫脂→水洗→除銹→去離子水洗→表調→磷化→去離子水洗
2、電泳系統
工件經過前處理后進入電泳槽液，工件入槽前狀態必須保證工件表面無油無銹，磷化膜均勻，工件表面溫度應在40℃以下，進入電泳槽前工件應全干或全濕，干濕不勻可導致漆膜產生花紋或斑痕。
電泳槽系統各部件及其作用：
①直流電源（整流器）—提供直流電，使電沉積得以進行。
② 主循環系統：包括循環泵、噴射管以及過濾器，保證槽液混合均勻，同時去除槽液中顆粒污染物及雜質。
③ 超濾系統：控制槽液電導率，提供后清洗工件的超濾液，并回收浮漆。
④ 熱交換器一定要控制槽液溫度。
3、后沖洗
工件從超濾液出來后，利用超濾液沖洗掉黏附在漆膜表面的浮漆，浮漆可以回收到槽液中，使漆液利用率提高，同時保證了漆膜光滑、美觀。通過循環系統，清洗液也回收到槽液中，從而使涂裝效率達到95%以上。
采用封閉式循環清洗，可以有效去除和回收浮漆，使漆液利用率最大。通過超濾得到的超濾液（含有去離子水、溶劑等低分子量物質）是構成清洗液的最重要的組成部分。
清洗區包括一系列單獨的噴淋清洗間或浸漬清洗間。前幾道采用超濾液清洗，最后一道采用新鮮去離子水清洗。每道清洗之間都有足夠的排液時間。經過最后一道沖洗后，可回收幾乎所有的被洗出物。大部分電泳涂裝線在工件進入烘房前，利用自動空氣吹干機除去漆膜表面的水分，防止水漬產生。
4. 烘干固化
清洗吹干后，工件進入烘房，漆膜通過交聯固化達到好的性能。不同的電泳涂料所用的烘烤溫度不同，在指定工藝溫度下，通常至少需要20分鐘的烘烤時間。大部分烘房設有不同的溫度區。這種設計有利于工件通過不同溫度區，逐步去除揮發性物質，防止溶劑斑和水跡產生，使漆膜達到最佳流平，得到外觀優良的漆膜。
三、陰極電泳涂料基本參數
①電壓（V）
② 電泳時間：電泳時間越長，泳透率越高。
③ 槽液溫度（℃）：通常為28-32℃
④ 電量大小（庫侖）：電量（Q）=電流（I）×時間（t）
⑤庫侖效率：每克干漆膜所消耗的電量。該值與樹脂中和度和電泳涂料配方有關。
庫侖效率=電量（庫侖）/干漆膜（g） 或 庫侖效率=干漆膜（g）/電量（庫侖）
⑥ 電流密度：每平方厘米漆膜消耗的電流（A）
電泳初期，工件外表面的電流密度比內腔的大的多，隨著電泳過程的進行，外表面漆膜逐漸增厚，電阻增大，絕緣程度增加，這部分電流密度逐漸減小，內腔電流密度逐漸增加，電沉積在工件內腔進行。由于工件邊緣的電場強度較高，電流密度較大，電沉積首先發生在這些部位，隨后才進入相鄰區域。
電沉積發生在最低電流密度和最高電流密度之間，低于最低值，電沉積不能發生。最高臨界電流密度約為10A/m2 ，與此相對應有一個斷裂電壓。低于斷裂電壓，電泳才能平穩進行，伴隨一定量的氣泡（電解水產生）。高于斷裂電壓，電解劇烈，氣泡產生速度極快，將導致電泳過程完全失控，此時發生一連串的連鎖反應：高電流引起漆膜溫度急速升高，溫度升高導致濕膜電阻下降，濕膜電阻下降又引起更高的電流密度，如此往復，最終得到外觀極差的漆膜。
其影響因素有：漆液配方，其中溶劑、基料、顏料和助劑含量都會影響濕膜電阻大小。
⑦槽液電導：電阻倒數
去離子水的電導率通常小于10μs/cm。槽液中的離子主要來自于主題樹脂及研磨樹脂被酸中和后產生的離子，槽液電導主要由這些離子產生，顏料本身產生的離子很少，因而槽液不揮發分越高，電導越高。
⑧ 槽液電阻：不同溫度下槽液電阻。
⑨ 干膜厚度：單位μm。主要影響因素：
槽液溫度、溶劑含量、槽液固體分、電泳電壓、電泳時間
⑩ 泳透力：涂裝工件凹陷內腔的能力，
包含內腔的工件（陰極）與陽極之間建立電場，電泳首先在工件外表面開始。
陰極電泳涂料涂裝原理
進入內腔的孔洞越小，孔洞周圍產生的電場線越密集。開始，電場線不可能進入工件內腔，內腔不存在電場，這就是法拉第盒。孔洞越大，盒子對內腔的屏蔽作用就越弱，電場就由可能在內腔建立，更多電場線將進入內腔。進入程度隨其他一些因素例如電導升高，庫侖效率降低而增加。
提升泳透力的因素有：
更長的電泳時間、工件屏蔽作用小、例如孔洞較多且大、施工電壓高、庫侖效率高、固體分含量高等。
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