一、電泳涂料成膜原理
1. 涂料工作原理
電泳涂裝(electro-coating)是利用外加電場(chǎng)使懸浮于電泳液中的顏料和樹(shù)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(fā)明于是20世紀(jì)30年代末，但開(kāi)發(fā)這一技術(shù)并獲得工業(yè)應(yīng)用是在1963年以后，電泳涂裝是近30年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種特殊涂膜形成方法，是對(duì)水性涂料**具有實(shí)際意義的施工工藝。具有水溶性、無(wú)毒、易于自動(dòng)化控制等特點(diǎn)，迅速在汽車、建材、五金、家電等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。
電泳涂裝屬于有機(jī)涂裝，利用電流沉積漆膜，其工作原理為“異極相吸”。
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(yáng)離子涂料粒子向陰極工件移動(dòng)，陰離子涂料粒子向陽(yáng)極工件移動(dòng)，繼而沉積在工件上，在工件表面形成均勻、連續(xù)的涂膜。當(dāng)涂膜達(dá)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(guò)程結(jié)束。整個(gè)電泳涂裝過(guò)程可以概括為以下四個(gè)步驟：
●電解：水的電解
●電泳：帶電的聚合物分別向陰極或陽(yáng)極泳動(dòng)的過(guò)程 ●電沉積：帶電的聚合物分別在陰極或陽(yáng)極沉積的過(guò)程
●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 電極附近主要的化學(xué)反應(yīng)如下表所示：
在電場(chǎng)作用下，涂料粒子向陰極移動(dòng)（電泳），由于受到陰極附近堿擴(kuò)散層（OH-）的影響，涂料粒子在陰極聚結(jié)（電沉積）。槽液的流動(dòng)影響擴(kuò)散層，流動(dòng)速率高，擴(kuò)散層薄，流動(dòng)速率低，擴(kuò)散層厚。剛沉積的濕膜含有大量水分，由于電流的影響，會(huì)發(fā)生部分脫水，使?jié)衲げ粨]發(fā)份達(dá)到80%（電滲）。脫水后濕膜牢牢黏附在底材上，通常的清洗不能洗脫。由于邊緣電流密度高，電泳過(guò)程首先發(fā)生在這些區(qū)域。如下圖所示：
2. 電沉積類型
● 陽(yáng)極電沉積（AED）
陽(yáng)極電泳涂裝，金屬工件為陽(yáng)極，吸引漆液中帶負(fù)電荷的涂料粒子，電沉積時(shí)，少量的金屬離子（陽(yáng)極氧化）遷移到涂膜表面，對(duì)涂膜的性能造成影響。陽(yáng)極電泳涂料主要用于對(duì)耐蝕性要求較低的工件，是經(jīng)濟(jì)型涂料。 ● 陰極電沉積（CED-cathodic electro deposition）
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(yáng)極，進(jìn)入涂膜的金屬離子大大減少，從而提高了漆膜性能。涂膜優(yōu)良，具有優(yōu)異的耐蝕性能。
二、電泳涂裝過(guò)程
整個(gè)電泳涂裝過(guò)程可分為四個(gè)部分： ● 前處理 ● 電泳 ● 后沖洗
工件脫脂后，經(jīng)過(guò)表調(diào)、磷化，使表面形成一層均勻致密的磷化膜為進(jìn)入
電泳槽作準(zhǔn)備。 進(jìn)入槽液，在工件和對(duì)應(yīng)電極間通直流電。在電場(chǎng)作用下，涂料粒子被吸附到工件上并在表面沉積。漆膜達(dá)到一定厚度，電泳停止。此時(shí)把工件從槽中取出，經(jīng)后沖洗沖洗掉浮漆，**后送入烘箱固化。 1．前處理
金屬工件經(jīng)脫脂，酸洗除銹（若必要），表調(diào)，磷化處理為下一步電泳做準(zhǔn)備的過(guò)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(huán)節(jié)。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(jiǎn)單步驟可表示如下（鋼鐵件為例）：
預(yù)脫脂→脫脂→水洗→除銹（如有必要）→去離子水洗→表調(diào)→磷化→去離子水洗 2．電泳
工件經(jīng)前處理后進(jìn)入
電泳槽液，工件入槽前狀態(tài)必須保證工件表面無(wú)油無(wú)銹，磷化膜均勻工件表面溫度應(yīng)在40℃以下，進(jìn)入
電泳槽前工件應(yīng)全干或全濕，干濕不勻可導(dǎo)致漆膜產(chǎn)生花紋或斑痕。
電泳槽系統(tǒng)各部件及其作用：
● 直流電源（整流器）—提供直流電，使電沉積得以進(jìn)行。
● 主循環(huán)系統(tǒng)—包括循環(huán)泵、噴射管以及過(guò)濾器，保證槽液混合均勻，同時(shí)去除槽液中顆粒污染物及雜質(zhì)?！?超濾系統(tǒng)—控制槽液電導(dǎo)率，提供后清洗工件的超濾液，并回收浮漆。 ● 熱交換器—控制槽液溫度。 電泳槽相關(guān)系統(tǒng)的控制： 3. 后沖洗
工件從超濾液出來(lái)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(shí)保證了漆膜光滑、美觀。通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)，清洗液也回收到槽液中，從而使涂裝效率達(dá)到95%以上。
采用封閉式循環(huán)清洗，可以有效去除和回收浮漆，使漆液利用率**大。通過(guò)超濾得到的超濾液（含有去離子水、溶劑等低分子量物質(zhì)）是構(gòu)成清洗液的**重要的組成部分。
清洗區(qū)包括一系列單獨(dú)的噴淋清洗間或浸漬清洗間。前幾道采用超濾液清洗，**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(shí)間。經(jīng)過(guò)**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(jìn)入烘房前，利用自動(dòng)空氣吹干機(jī)除去漆膜表面的水分，防止水跡產(chǎn)生。 4. 烘干固化 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
清洗吹干后，工件進(jìn)入烘房，漆膜通過(guò)交聯(lián)固化達(dá)到**佳性能。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**少需要20min的烘烤時(shí)間。大部分烘房設(shè)有不同的溫度區(qū)。這種設(shè)計(jì)有利于工件通過(guò)不同溫度區(qū)，逐步去除揮發(fā)性物質(zhì)，防止溶劑斑和水跡產(chǎn)生，使漆膜達(dá)到**佳流平，得到外觀優(yōu)良的漆膜。
三、陰極電泳涂料（CED）基本參數(shù)
1. 基本物理參數(shù)
● 電壓（V）
● 電泳時(shí)間：電泳時(shí)間越長(zhǎng)，泳透率越高。 ● 槽液溫度（℃）：通常為28-32℃
● 電量大?。◣?kù)侖）：電量（Q）=電流（I）×時(shí)間（t）
● 庫(kù)侖效率：每克干漆膜所消耗的電量。該值與樹(shù)脂中和度和電泳涂料配方有關(guān)。 庫(kù)侖效率=電量（庫(kù)侖）/干漆膜（g） 或 庫(kù)侖效率=干漆膜（g）/電量（庫(kù)侖） ● 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(nèi)腔的大的多，隨著電泳過(guò)程的進(jìn)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(nèi)腔電流密度逐漸增加，電沉積在工件內(nèi)腔進(jìn)行。由于工件邊緣的電場(chǎng)強(qiáng)度較高，電流密度較大，電沉積首先發(fā)生在這些部位，隨后才進(jìn)入相鄰區(qū)域。
電沉積發(fā)生在**低電流密度和**高電流密度之間，低于**低值，電沉積不能發(fā)生。**高臨界電流密度約為10A/m2 ，與此相對(duì)應(yīng)有一個(gè)斷裂電壓。低于斷裂電壓，電泳才能平穩(wěn)進(jìn)行，伴隨一定量的氣泡（電解水產(chǎn)生）。高于斷裂電壓，電解劇烈，氣泡產(chǎn)生速度極快，將導(dǎo)致電泳過(guò)程完全失控，此時(shí)發(fā)生一連串的連鎖反應(yīng)：高電流引起漆膜溫度急速升高，溫度升高導(dǎo)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(fù)，**終得到外觀極差的漆膜。
● 濕膜電阻：不同電泳時(shí)間CED濕膜電阻（Ω）。隨著電泳進(jìn)行，膜厚增加，濕膜電阻RN增加，電流量減少，如下圖：
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(huì)影響濕膜電阻大小。 ● 槽液電導(dǎo)：電阻倒數(shù)，1/R=西門子（S）
去離子水的電導(dǎo)率通常小于10μs/cm。槽液中的離子主要來(lái)自于主題樹(shù)脂及研磨樹(shù)脂被酸中和后產(chǎn)生的離子，槽液電導(dǎo)主要由這些離子產(chǎn)生，顏料本身產(chǎn)生的離子很少，因而槽液不揮發(fā)分越高，電導(dǎo)越高。 ● 槽液電阻：不同溫度下槽液電阻。 ● 干膜厚度：?jiǎn)挝?mu;m。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(shí)間
● 泳透力：涂裝工件凹陷內(nèi)腔的能力，可通過(guò)法拉第盒來(lái)表示：
包含內(nèi)腔的工件（陰極）與陽(yáng)極之間建立電場(chǎng)，電泳首先在工件外表面開(kāi)始。
增加泳透力的因素有：
更長(zhǎng)的電泳時(shí)間
工件屏蔽作用小，例如孔洞較多且大 施工電壓高
庫(kù)侖效率高（低C/g或高mg/C） 固體分含量高
CED濕膜電阻高（工件外表面電沉積在斷時(shí)間內(nèi)終止，電沉積可以更快進(jìn)入內(nèi)腔） CED槽液電導(dǎo)率升高
● 槽液流動(dòng)速率：電泳槽中槽液流動(dòng)速率（m/s）
的推移，助溶劑逐漸減少，在這種情況下，MCT曲線向右移動(dòng)。因此，可以調(diào)節(jié)助溶劑含量得到所需的**佳MCT，**佳槽液溫度及**佳漆膜。
四、CED設(shè)備
電泳過(guò)程可簡(jiǎn)單表示如下圖：
1. 前處理設(shè)備
在CED主槽之前為前處理區(qū)好的前處理質(zhì)量是獲得具有優(yōu)良耐蝕性和附著力漆膜的基礎(chǔ)。通常，前處理包括脫脂、清洗、磷化三部分：
脫脂：主要目的是為了除去工件表面的礦物油、潤(rùn)滑油及沖壓拉延油以及附著在金屬表面的金屬屑、灰塵、焊渣、它們是磷化和電泳潛在的塵埃源，可能引起涂膜外觀的顆粒；注意脫脂后的清洗效果。如脫脂不充分，一方面易產(chǎn)生黃銹，導(dǎo)致磷化不均勻；另一方面使磷化結(jié)晶變粗，涂膜外觀變差，耐蝕性能下降。一般在無(wú)銹的情況下，可省去除銹工藝，有銹則用除銹劑去除。除銹后清洗干凈，特別是夾縫、點(diǎn)焊縫等處易殘留除銹劑（一般為無(wú)機(jī)酸）。 表調(diào)劑由金屬鈦鹽組成，它能沉積在工作上形成磷化膜的結(jié)晶中心。表面調(diào)整和表調(diào)效果的好壞，直接影響磷化膜的狀態(tài)以及磷化膜的結(jié)晶大小。
磷化：磷化方式：浸漬型和噴淋型磷化膜特征：· 外觀：均勻、致密的灰色膜，無(wú)條紋、花紋式雜色斑痕· 電泳失重：≤8%· 結(jié)晶大?。?~10mm · 膜厚：2~5mm· P比：≥85％（噴淋型膜P比略低） #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
去離子水洗：清洗用循環(huán)去離子水，水質(zhì)電導(dǎo)率≤100ms/cm新鮮去離子水洗的水質(zhì)≤25ms/cm（**好10ms/cm以下）**后一道去離子水洗后的滴水電導(dǎo)率應(yīng)≤30ms/cm 滴水取樣法：離開(kāi)**后一道水洗區(qū)后**下一道工序（風(fēng)干或電源）間滴落的水，以判斷工件的水洗狀態(tài)。磷化膜表面的磷化沉渣應(yīng)盡可能地洗掉。 2. 電泳槽
CED電泳涂裝線包括漆液循環(huán)系統(tǒng)、陽(yáng)極系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、加料系統(tǒng)以及直流電源等六大部分組成。
● 漆液循環(huán)系統(tǒng)
陽(yáng)極液變化及調(diào)整：
陽(yáng)極液電導(dǎo)率太低： 可能去離子水加多了，將引起膜不足，可用添加劑進(jìn)行調(diào)整； 電導(dǎo)率太高： 將導(dǎo)致漆膜過(guò)厚，施工電壓下降，
可排放部分陽(yáng)極液及補(bǔ)加去離子水進(jìn)行調(diào)節(jié)； 陽(yáng)極液混濁： 由陽(yáng)極罩滲或陽(yáng)極膜破裂導(dǎo)致，應(yīng)進(jìn)行檢查， 關(guān)閉陽(yáng)極罩，斷電進(jìn)行修理； 陽(yáng)極液不流動(dòng)： 可能由于泵壞或管道及閥門堵塞引起， 應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行凈化；
陽(yáng)極液“長(zhǎng)毛”： 由菌類形成，應(yīng)用化學(xué)藥品如H2O2等進(jìn)行殺毒和清洗。
2. 除去電泳漆工作液的雜質(zhì)
3. 加速新溶液熟化和控制工作液中的溶劑含量 4. 電泳漆的回收利用
除雜是超濾機(jī)**有用，**主要的功能，因?yàn)榇蠖辔廴疚锸且钥扇苄喳}形成帶入工作液的。它們危害工作液：大多數(shù)陰離子（尤其是氫氧化物和鉻酸鹽）易與漆形成沉淀物：陰離子會(huì)降低漆在工件表面的沉積速率并使漆外觀變差。超濾機(jī)能有效除去這些污染物，起凈化作用。電泳液不宜過(guò)量超濾。否則會(huì)損失電泳漆的主份和降低溶劑含量以及改變電泳漆的酸度。只有新配電泳漆時(shí)，才過(guò)量超濾，以除去過(guò)量溶劑和小分子合成物。
● 清洗系統(tǒng) 1.槽上沖洗
? 除去電泳漆膜表面附著的浮漆，保證涂膜外觀 ? 工件（車身）露出電泳槽后要在1min內(nèi)進(jìn)行清洗 2.人工輔助沖洗（包括噴淋和浸漬沖洗） 3.清潔的去離子水清洗
3. 烘烤固化設(shè)備
被涂工件先在100℃下預(yù)烘烤約10min ，再加熱到150-180℃（工件）下保持25-30分鐘。固化時(shí)，封閉的異氰酸酯解封發(fā)生交聯(lián)，漆膜由于封閉劑損失會(huì)發(fā)生部分收縮。烘烤效果：用MIBK（甲基異丁基酮）擦試，往復(fù)十次，擦布上應(yīng)不染色，被擦的漆面不模糊失光，說(shuō)明固化已充分。
五、檢測(cè)項(xiàng)目
● 槽液固體份測(cè)定（NV）
固體份是指電泳涂料在105℃時(shí)加熱3小時(shí)后，剩余的干燥樹(shù)脂和顏料份的百分含量。測(cè)
電泳涂裝場(chǎng)合的顏基比是指電泳涂料、槽液或者涂膜中的顏料和基料（樹(shù)脂）之比。顏基比的測(cè)定有溶劑法和測(cè)灰分法。電泳涂料所用的顏料，除碳黑外一般都是不燃性的無(wú)機(jī)顏料，因而常用測(cè)定灰分來(lái)算出顏料份，方法簡(jiǎn)便。 1) 檢測(cè)儀器和材料
①.坩鍋和馬福爐 ②.恒溫干燥箱 2) 測(cè)定方法
①.稱取定量（10g左右）的漆樣或槽液樣于已稱量的坩鍋中;
②.在110±5℃下烘干1小時(shí)，隨后在200～250℃下烘1小時(shí)，再在400～450℃烘0.5小時(shí)，再升溫**800℃煅燒0.5小時(shí);
③.冷卻后將坩鍋重新稱量; ④.計(jì)算:
灰分＝（C-A）×100/{（B-A）×（D/100）} 顏基比（P/B）＝（C-A）K/[ D（B-A）-（C-A）K]
式中:
A 坩鍋的重量（g） B 坩鍋加試樣重量（g） C 煅燒后坩鍋加試樣重量（g） D 漆樣固體份（％）
K 為碳黑修正系數(shù)，在黑漆中K為1.15。
● pH值的測(cè)定
測(cè)定pH值，可采用一般pH計(jì)。測(cè)定前，先按pH計(jì)的說(shuō)明書(shū)校準(zhǔn)pH計(jì)。測(cè)定溫度控制在25℃。其中槽液、極液、超濾液、去離子水可直接取樣測(cè)定，而乳液和色漿則必須先用去離子水稀釋一倍后再測(cè)定。 ● 電導(dǎo)率的測(cè)定
電導(dǎo)率的測(cè)定可采用一般的電導(dǎo)儀測(cè)定。注意溫度控制在25℃
六、陰極電泳涂料可能出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方案
HED系列陰極電泳涂料在施工過(guò)程中，盡管在規(guī)定的工藝參數(shù)下實(shí)施監(jiān)控和管理，但由于各種相關(guān)條件的影響，仍存在出現(xiàn)問(wèn)題的可能性。為了方便用戶的使用，我們特把易發(fā)生的問(wèn)題，產(chǎn)生的原因及解決方法列表如下：#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
七、陰極電泳涂料投槽方法及注意事項(xiàng)
1. 單組分ST-2陰極電泳涂料投槽方法
投槽前需對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，然后進(jìn)行徹底清洗，消除油污、積垢等雜質(zhì)。
ST-2陰極電泳涂料為單組分、高固體份（68%—70%）、高粘度陰極電泳涂料， 投槽應(yīng)采用加水逐步稀釋的方法。
以4L電泳槽為例，配槽步驟如下：
? 稱取原漆1kg，置于干凈的電泳槽內(nèi)，另稱取3kg的去離子水。
? 緩慢向槽內(nèi)加去離子水稀釋，每加一次水均應(yīng)充分?jǐn)嚢?，使得原漆與去離子水充分混合均勻。每次加水量約為100—150ml左右。
當(dāng)去離子水全部加完后，將槽液置于攪拌下，充分?jǐn)嚢枋旎?4—48hr后進(jìn)行涂裝。 2. 雙組分HED系列陰極電泳涂料投槽方法
● 投槽前需對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，確認(rèn)各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，然后進(jìn)行徹底清洗，消除油污、積垢等雜質(zhì)。
● 根據(jù)槽液配比(乳液：水：色漿=4：5：1)準(zhǔn)備好物料，將去離子水加入到電泳槽中，在攪拌狀態(tài)下，加入乳液；
● 在色漿中加入適量的水?dāng)嚢杈鶆颍缓缶徛尤氲诫娪静壑?，邊加邊攪拌?● 充分?jǐn)嚢枋旎?4小時(shí)以上；檢查測(cè)定槽液的各項(xiàng)指標(biāo):pH值、電導(dǎo)率、固體份。 3. 注意事項(xiàng)
在建浴完成后必須保證充分的熟化時(shí)間（以48hr為佳）。方可進(jìn)行涂裝。
