電泳涂料技術

1、第一章 概述電泳涂料技術源自汽車工業(yè)，它是適應汽車車身的涂裝技術要求、解決汽車車身底漆涂裝工藝中存在的問題而開發(fā)和發(fā)展起來的新的車身涂底漆方法（含新型的電泳涂料、電泳涂裝工藝和涂裝設備及其配套的附屬裝置等），是當今汽車車身涂底漆工藝的主流涂裝方法。汽車車身“打底工藝”（即漆前表面處理工藝加涂底漆工藝）是汽車車身防腐蝕和獲得優(yōu)質涂層的基礎，是直接影響車身使用壽命的關鍵工藝。“打底工藝”所追求的目標是：能將汽車車身的100%表面（含內腔、焊縫表面）處理完善，涂上底漆。底涂層的耐腐蝕應優(yōu)異（達到產品設計要求），對底材的附著力強，與中涂、面漆的配套性應優(yōu)良。底涂層的機械性能好，且平整光滑，不需打磨，為

2、面漆創(chuàng)造良好的基底。涂裝能實現(xiàn)自動化，且安全又環(huán)保。材料利用率高，經濟性好，高效且性價比高。在世界汽車工業(yè)100多年的歷史中，汽車車身涂底漆的方法已經歷刷涂、噴涂、浸涂、陰極電泳、陰極電泳等多次變革，在克服或消除前種涂底漆的方法存在的工藝問題的基礎上逐步走向完善。汽車車身的各種涂底漆方法的特征及優(yōu)缺點參見表1-1。表1-1 汽車車身涂底漆方法一覽表涂裝方法特征存在的工藝問題備注刷涂手工作業(yè)、工裝簡單1.內腔、焊縫內涂不上漆2.作業(yè)效率低3.漆面有刷痕僅適用于小批量,作坊式生產噴涂（空氣噴涂和高壓無氣噴涂）適用于快干底漆（如硝基漆、雙組分底漆）；作業(yè)效率有較大幅度提高1.內腔、焊縫內涂不上漆2涂

3、著效率低；材料利用率低適用于流水作業(yè)式生產和各種底漆的涂裝浸涂拖式浸涂僅浸涂車身的底部，易實現(xiàn)自動化1.涂膜上下不均，有流痕，采用滾動浸涂有改善2.縫隙中產生“溶落”現(xiàn)象，涂膜變薄3.大槽浸漆，火災危險大為不影響外觀，在拖式浸涂后車身外面涂膜擦洗掉后再噴涂 在美國曾產生一次浸涂槽火災，促使改用水性漆。 浸涂法已被電泳涂裝法淘汰滾動浸涂在浸涂和瀝漆過程中車身旋轉滾動，易實現(xiàn)自動化電泳涂裝陽極電泳以車身為陽極，采用陰離子型電泳涂料，工作液為堿性，易實現(xiàn)自動化產生陽極溶解，涂層的耐腐蝕性差在車身涂裝中已被陰極電泳涂裝淘汰陰極電泳以車身為陰極，采用陽離子型電泳涂料，工作液為酸性，易實現(xiàn)自動化因車身為陰

4、極，不產生陽極溶解，涂膜有耐腐蝕性高，泳透力優(yōu)異已成為大量流水生產的汽車車身涂底漆的主流工藝內腔，縫隙內興漆，銹蝕就從里向外爛，產生“穿孔腐蝕”，大大降低汽車車身的使用壽命?！叭苈洹爆F(xiàn)象是指浸漬到縫隙中的涂料，在烘干過程中隨溶劑蒸發(fā)將涂膜洗落掉，從而使涂膜變薄、抗腐蝕性能降低。隨著先進的輸送車身機械（如旋轉輸送機rodip-3和多功能穿梭機）與陰極電泳涂裝工藝的配套，使汽車車身100%面積涂裝完善（消除車身頂蓋下的“氣泡” ），可克服車身主要裝飾面的“l(fā)”效應，并使車身帶槽液量大大減少；使陰極電泳涂裝在為現(xiàn)今最理想的車身涂底漆工藝技術。上述“打底工藝”所追求的五大目標幾乎都能實現(xiàn)。表1-1中所

5、列的也是近100年的汽車車身涂底漆工藝的演變史，從中可看出電泳涂裝法是從浸涂水性涂料工藝的基礎上開發(fā)出來的新的涂裝方法?；陔娪就垦b后的濕膜表面附著的槽液（浮漆）可用超濾（uf）液和純水清洗回收，并能吹干，它克服了浸涂的“溶落”現(xiàn)象，確保了涂膜的均勻性和平滑性，提高了涂料利用率（達95%以上），大幅度削減了voc（揮發(fā)性有機化合物）的排放量；消除了在槽浸漆的火災危險性等浸涂法存在的缺點和工藝問題，致使電泳涂裝法在車身涂裝領域普及速度十分迅速，很快就淘汰了浸涂法。又基于陰極電泳涂裝法的泳透力好，且消除了陽極溶解這一工藝問題；涂膜的耐腐蝕性比陽極電泳涂膜成倍提高，在車身涂裝領域陰極電泳涂裝很快取代

6、了陽極電泳涂裝。并隨一代一代陰極電泳涂料和涂裝技術的進步，高泳透力和超高涂透力陰極電泳涂料、低voc含量和低加熱減量的陰極電泳涂料、陰極電泳涂料烘干溫度低溫化、耐候性陰極電泳涂料、銳邊耐腐蝕性陰極電泳涂料、電泳反滲透（ed-ro）封閉式電泳后清洗工藝等的開發(fā)應用，使陰極電泳涂裝工藝成為最理想的環(huán)保友好型涂裝方法，在汽車車身涂裝領域至今尚無理想的可取代它的車身打底方法，并在其他工業(yè)涂裝領域得到普及應用。第一節(jié) 電泳涂裝的發(fā)展及電泳涂裝的定義一、電泳涂裝的發(fā)展歷史電泳涂裝的原理發(fā)明于19世紀30年代，但因當時水性涂料尚不發(fā)達而未得到工業(yè)應用。為提高汽車車身內腔和焊縫里的防腐蝕性，美國福特汽車公司在

7、dr.george breaer的領導下于1957年開始著手研究電泳涂裝法，于1961年建成一條車輪陽極電泳涂裝線，1963年世界上第一個用于汽車車身的電泳槽在福特汽車公司wixom裝配廠投入使用，使用的是陽極電泳漆。電泳涂裝法在實際應用中顯示出的高效、優(yōu)質、安全、經濟等優(yōu)點，受到世界各國涂裝界的重視。隨著新型電泳涂料的開發(fā)和涂裝技術的進步，尤其是陽離子型電泳涂料和陰極電泳涂裝技術的開發(fā)（1977年世界上第一條車身陰極電泳涂裝線在美國投產），電泳涂裝工藝普及速度是史無前便的，在1965年只有1%的汽車車身涂底漆采用電泳涂裝法，1970年為10%，1985年汽車車身陰極電泳化率達90%以上，而現(xiàn)

8、今汽車車身幾乎100%采用陰極電泳涂裝。并由汽車工業(yè)推廣應用到建材、輕工、農機、家用電器等工業(yè)領域。40多年的電泳涂裝的發(fā)展史可劃分為以下五個階段：第一階段：陽極電泳涂半的初級階段（1970年以前），確立電泳涂裝工藝規(guī)范，穩(wěn)定和完善電泳涂裝工藝，解決電泳漆膜弊病，提高泳透邊、低耐腐蝕和酚醛和環(huán)氧樹脂系列為代表。第二階段：陽極電泳涂裝階段（19701976年），在這期間優(yōu)質的高泳透力、高耐腐蝕性的第二代陽極電泳涂料（以聚丁烯陽極電泳涂料為代表）投產使用，廢除了輔助電極，起濾技術在電泳涂裝工藝中獲得應用，實現(xiàn)了閉合循環(huán)水洗系統(tǒng)、達到了電泳涂裝工藝合理化，節(jié)省勞動力、提高了涂料利用率、減少了電泳廢水

9、污染，汽車車身的耐腐蝕性能有較在幅度的提高。第三階段：陰極電泳涂裝替代陽極電泳涂裝階段（19771990年），由于陰極電泳涂料的耐腐蝕性成倍優(yōu)于陽極電泳涂料，泳透力也較高，且消除了陽極溶解現(xiàn)象等原因，陰極電泳涂裝工藝一開發(fā)成功，便獲得工業(yè)應用，很快形成陰極電泳取代陽極電泳之勢。第四階段：陰極電泳涂裝工藝進一步提高完善階段（19902000年），通過改進陰極電泳涂料的質量、開發(fā)新品種，完善陰極電泳涂裝設備和管理自動化等措施，追求涂裝無缺陷化、厚膜的均一化，以適應汽車車身涂裝高質量的要求，例如厚膜陰極電泳涂料（膜厚35m5m）的投產使用；在車身電泳涂裝時采用頂蓋電極和底電極等。第五階段：陰極電泳涂

10、料的高質量、節(jié)能、環(huán)保化、涂裝技術的更先進化（2000年以來）。隨著汽車市場競爭日趨激烈和各國環(huán)保法規(guī)的相繼出臺，近幾年開發(fā)了很多陰極電泳涂料的新品種并獲得工業(yè)化應用研究。高泳透力、低溶劑含量、低溫烘烤型、高銳邊防腐蝕性能、無鉛、無錫、耐候性能好等陰極電泳涂料都已在生產線上得到了應用；新型多功能穿梭機（vario-shuttle）、滾浸運輸機（ro-dip）和倒掛升降輸機制應用及電泳涂裝工藝全閉合水洗系統(tǒng)（ed-ro）等新的涂裝技術得到應用。我國電泳涂料和涂裝技術的開發(fā)也有40多年的歷史，1965年上海涂料所開發(fā)成功陽極電泳涂料，隨后有些油漆廠也相繼試制成功。20世紀70年代我國汽車工業(yè)中已建

11、成幾條汽車零部件和駕駛室的陽極電泳涂裝線。我國第一代陰極電泳涂料是由當時的兵器部五四研究所（現(xiàn)改為五九所）于是1979年首先研制成功的，并在軍工產品上得到一定的應用，上海涂料所、常州涂料所、沈陽等油漆廠也做了大量的開發(fā)工作，開發(fā)的產品在生產線上得到了應用。在六五期間我國涂料工業(yè)和汽車廠分別從日本、奧地利和英國引進陰極電泳涂料的制造技術和涂裝技術，第一條現(xiàn)代化的大流水生產的汽車車身陰極電泳涂裝生產線于1986年7月 13日在中國一汽車身廠投產，隨后在我國汽車工業(yè)中形成了輻射涂底漆采用陰極電泳涂裝替代陽極電泳涂裝之趨。二、電泳涂裝的定義（一）電泳涂裝（electrophoretic coating

12、） 電泳涂裝（也稱作電沉積涂裝）是一種特殊的涂膜形成方法，僅適用于與一般興翻蓋不同的電泳涂裝專用的水性涂料（簡稱電泳涂料）。它是將具有導電性的被涂物浸漬在裝滿水稀釋的、固體分比較低的電泳涂料工作液中作為陽極（或陰極）、在電泳槽中另設置與其相對應的陰極（或陽極），在兩極間直流電，在被涂物表面上析出均一、水不溶的涂膜的一種涂裝方法。（二）電泳涂裝的類型 根據(jù)被涂物在電泳槽中的極性和電泳涂料的種類，有兩種類型電泳涂裝方法。 1. 陽極電泳涂裝（anodic electrophoretic-aed） 被涂物（工件）在電泳槽中作為陽極，所采用的電泳涂料是陰離子型（帶負電荷），工作堿性，即采用陽極電泳涂料

13、的涂裝方法。2. 陰極電泳涂裝（cathodic electrophoretic-ced） 被涂物（工件）在電泳槽中作為陰極，所采用的電泳涂料是陽離子型（帶正電荷），工作液是酸性，即采用陰極電泳涂料的涂裝方法。第二節(jié) 電泳涂裝的機理及特點一、電泳涂裝的機理（一）、電泳涂裝的四個物理化學作用電泳涂裝最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，導電工件浸入電泳漆工作液中。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，在表面形成均勻、連續(xù)的涂膜。當涂膜達到一定的厚度，工件表面形成絕緣層時，“民性相吸”即停止，電泳涂裝過程結束?？?/p>

14、以概括為下列四個物理化學作用。 1. 電解（electrotysis） 任何一種導電液體在通電時產生電離分解的現(xiàn)象稱為電解。在電泳涂裝過程中電泳涂料電解勸成陰離子型或陽離子型的膠體涂料粒子，水電解成h+和oh-，在陰極上放出氫氣，在陽極上放出氧氣，陽極產生溶解。電解反應在沉積涂裝中應適當控制，否則將導致不良效果（尤其在工件入槽段）。 2. 電泳（eletrophoresis） 在導電介質中的帶電荷的膠體粒子受電場的影響向相反電極泳動的現(xiàn)象稱為電泳。例如在陰極電泳涂裝過程中在電場的作用下帶正電膠體的涂料粒子電泳移向陰極。 3. 電沉積（eletrodeposition） 涂料粒子在電極上的沉析現(xiàn)

15、象稱為電沉積。在陰極電泳涂裝時帶正電荷的粒子在陰極上凝聚，即帶正電荷爾蒙的涂料粒子到達陽極（被涂物）表面上（高堿性的界面層）得到電子，并與氫氧離子反應變成水不溶性，沉積在被涂物上。在陽極電泳涂裝時帶負電荷的粒子在陽極上凝聚。電沉積過程是電泳涂裝作用中最重要的。 4. 電滲（eletroandosmosis）在用半透膜間隔的溶液的兩端（陰極和陽極）通電后，低濃度和溶質向高濃度側移動的現(xiàn)象稱為電滲。在電泳涂裝過程中，漆膜沉積的初始階段粒子（或離子）電荷不一定全部被中和、放電。沉積所得的涂膜的疏松的，含水量相當高，離子能通過半滲透的膜。在電場的持續(xù)作用下，涂膜內部所含的水分從涂膜中滲析出來移向工作液

16、，使涂膜脫水。電滲性好的電泳涂料泳涂后的濕漆膜可用手摸，不粘手，脫水后的濕膜牢牢黏附在底材上，通常用水清洗不能洗掉，而隨工件帶出附著的濕漆膜上的工作液可用水沖洗衣掉。以陽極電泳涂裝為例，描述涂裝過程如下：（二）、電泳涂裝涂膜增厚（析出）機理電泳涂料是靠添加中和劑使水不溶性的涂料樹脂中和后變成水溶性和水分散化的液態(tài)涂料。陽極電泳涂料使用的是堿性（oh-）物質、中和劑（參見表1-3中所示），陰極電泳涂料使用的是酸性（cooh）物質?，F(xiàn)今是以耐蝕性優(yōu)良陰極電泳涂裝為主流，現(xiàn)以陰極電泳涂裝為例來介紹。陰極電泳涂料是用有機酸中和堿性樹脂（胺基改性的環(huán)氧樹脂）制成水溶化（水乳化）帶陽離子的涂料粒子，涂著到

17、負極性的被涂物上。在被涂物面上得負電荷析出酸成為不溶性。隨這一過程進行，膜不斷增厚而形成濕涂膜，直至濕涂膜電阻大到幾乎不導電。酸性的涂料粒子被陰極界面的堿性中和，在被涂物面上凝集成為在水中不溶的涂膜。圖1-1所示為電泳涂裝時的電流值、涂膜增厚和涂膜電阻之間的關系。濕電泳涂膜與電鍍層的不同之處就是有一定的電阻值，因而使其有較好的泳透力。陰極電泳涂料的組成及其功能和成膜過程中組成的變化列于表1-2二、陽極、陰極電泳涂裝的不同點最初獲得工業(yè)應用的是陽極電泳涂裝法，1963年成功地用于汽車車身涂裝。在20世紀70年代伴隨著汽車產量增加?！胞}公害”（為防止冬季的滑車事故，撒布大量的融雪鹽，造成的汽車的腐

18、蝕問題），要求提高汽車的防腐蝕能力，開發(fā)了陰極電泳涂料。隨后，防腐蝕能力高的陰極電泳涂裝急速替換陽極電泳涂裝，老涂裝線由陽極電泳涂裝法改成陰極電泳涂裝法，新建的車身涂裝線都采用陰極電泳涂裝法。陽極電泳涂裝法在汽車車身涂裝中只有15年左右的歷史。陽極電泳涂裝和陰極電泳涂裝的沉積機理與涂料組成不同點見表1-3。三、陰極電泳涂裝工藝與電鍍工藝的相同點及其差異陰極電泳涂裝工藝與電鍍工藝都是將具有導電性的被涂（鍍）件浸漬在水性槽液中作為陰極，在槽中另設置與其相對應的陽極，在兩極間通直流電，一定時間后在被涂（鍍）件上析出水不溶的涂膜（鍍層）。所以陰極電泳泳裝工藝與電鍍工藝的原理基本相似，但通過詳細的對比，二者存在許多本質上的差異，參見表1-4。四、電泳涂裝的特性及優(yōu)點（一）電泳涂裝的特性電泳涂料在水中能完全溶解和乳化，配制成的工作液黏度很低，與水相