電 泳 塗 裝

一 電泳塗裝原理

電泳塗料的樹脂經酸或堿中和劑中和以後，能溶解分散於水中，此聚合物電解質便離解形成帶電膠粒。字直流電場中，離子化的樹脂膠團同時發生電泳，電解，電沉積和電滲作用，使之在金屬表麵附著一層樹脂膜。上述四個過程對電泳塗裝都起著重要作用，彼此不鞥分割。

1電泳

帶電膠粒在直流電場中，向電荷極性相反的電療移動，移動數度極大地受到分散介質粘滯阻力的影響，猶如泳動，故稱之電泳。

由於膠團為雙電層結構，它的泳動速度可按下方式表示：V=ζεE/kπη

式中V————泳動速度；

     E————電場電位梯度，V/m；

    ζ————雙電層界麵動電位；

   ε————介質的介電常數；

    η————體系粘度；

     k————與膠粒形狀有關的常數，球形K=6，棒形K=4.

電泳漆液的介電常數和粘度一般無多大變化，因此電場強度和膠粒的雙層結構特性將對電泳產生較顯著的影響。

2電解

電解質水溶解字直流電場中，水會發生電解。在陽極區域，發生如下陽極反應:：

2OH→2H++O2↑+4c

在陰極區域，發生如下反應：

2H2O+2e→2OH-↑+H2↑

電解使陽極界麵溶解的PH值下降，陰極界麵溶解的PH 值上升，並且在兩個電療界麵都產生氣體。電解質水溶解的電導值越大，電解越強烈，PH值幅度越大，但生成的氣泡大大增多，而氣泡式造成電泳塗膜針孔和粗糙的根本原因。

3 電沉積

陰極電泳漆離子化並穩定的分散於水中的PH值5～6.7之間

陰極電泳漆的電沉積反應如下：

2H2O+2e→2 OH-+H2↑

Polym-N+HR’R”↓+ OH-→Polym - HR’R”H2O

4 電滲

電滲是分散介質向帶電粒子泳動相反方向運動的現象。剛沉積的漆膜是含水量高的半滲透膜，在電場力作用下，塗膜中的水合離子向對電療移動，從而使塗膜中的水分時序滲析到槽燁中，濕膜的含水量減少到5%～15%，塗膜呈現一定憎水性。此時的是是濕膜結構致密，附著強，不粘手，抗水沖洗，經水洗後可直接烘烤成膜。

二 電泳塗裝特點

電泳塗裝作為一種先進的現代塗裝作業方法，具有以下特點：

（1）有利於實現自動流水線生產，塗裝節奏快（1～3min），自動化程度高，使生產效率度提高；

（2）塗膜厚度均與，對陰極電泳漆來說，很容易通過電壓調整，在10～35µ m范圍內控制膜厚在某一些值；

（3）較好的邊緣，內腔及焊縫的塗膜覆蓋性，使產品塗層的整體防銹性提高，其中陰極電泳漆的泳透力強，內腔防銹性更好，外表塗層完全適用於高檔產品的要求，耐鹽霧試驗可達到800h以上；

（4）優越的環保，安全作業性，電泳漆液僅含不到3%的助溶劑，以水作為分散介質，沒有發生火災的危險性，也不會產生溶劑散發對大氣的污染，電泳設備配置超濾液循環系統，使漕液得到有效的利用，僅偶爾排放少量超濾液，不存在漆液對環境的 污染；

（5）塗料利用率高達95%以上，由於漕液粘度很低，工作帶出量少並經超濾裝置回收，損耗極低；

（6）塗膜外觀好，無流痕，烘乾時有較好的展平性，由於濕膜僅含少量水分，烘烤時不會產生流掛現象，也不存在溶劑蒸氣冷凝液對塗膜的再溶解作用，塗膜平整，光滑，對於厚膜型陰極電泳漆，展平率最高可達83%，可免去沖洗。

三 電泳塗裝工藝參數控制

1 電泳塗裝工藝過程

電泳塗裝工藝過程基本如下：預脫脂→脫脂→水洗→水洗→表調→磷化→水洗→去離子水洗→滴乾→電泳沉積→超濾液沖洗→超濾液沖洗→水洗→烘乾→下件。

2電泳塗裝工藝參數控制

（1）槽液固體分：陰極電泳漆為20%。槽液固體分對槽液穩定性，泳透力及塗膜厚度和外觀質量等都有一定的影響。當槽液固體分較低時，槽液穩定性差，顏料沉降嚴重，泳透力亦下降。最終使得漆膜薄而粗糙，並產生針孔。防護性能差。漕液固體分過高時，漆膜厚度增加，電滲性能下降，漆膜粗燥，起橘皮；另外由於工件帶出液濃度高，需要大量超濾液沖洗，使超濾系統的負荷增大，影響其正常運作。因此陰極電泳漆嚴格控制在20%±0.5%。

槽液固體分的測定是將樣品於105℃烘3h至恒重，或者105℃除掉大部分水分後於160℃以下烘至恒重，求得烘乾前後質量變化。

（2）PH值  槽液PH值代表漆液的中和及穩定性。漆液的中和度不夠，樹脂的水溶分散性差，漆液的水溶分散性差，漆液易凝集沉降。若中和度太高，槽液電解質濃度大幅度增加，電導值升高，使電解作用過於激烈，電解產生的大量氣泡造成漆膜粗糙；另外，過量的中和劑使得槽液對濕漆膜的再溶解性增加。

一般來說，陰極電泳漆的PH5.8～6.7。陰極電泳漆PH的進一步降低使設備腐蝕變得極為嚴重。由於PH值得變化對槽液穩定性和電導率變化產生很大的作用，因此槽液PH值嚴格控制在±0.1PH變動范圍內。

（3）電導  電導跟槽液PH值，固體分，雜離子含量有關。由於漆前處理時沖洗水中的雜質，電泳時磷化膜溶解，配槽用水純度低等，都時槽液雜離子濃度增加。因此槽液電導終是處於不斷增加的趨勢。電導增加使電解加劇，電壓和泳透力下降，漆膜粗糙多孔。陰極電泳漆液的電導率一般在1000～2000µ s/cm。為瞭減少雜離子進入電泳槽，沖洗水和配槽用水的電導率應小於25µs/cm；由PH引起的電導偏高通過排放陽極液來降低；由槽液雜離子引起的電導偏高排放超濾液來調整。通常情況下，100t的陰極電泳槽液，用7t去離子水替代超濾液，電導率可降低100µs/cm

（4）槽液溫度  槽液溫度升高，樹脂膠粒的電泳作用增加，有利於電沉積和塗膜厚度提高。但過高的溫度使電解作用加劇，塗膜變得粗糙。流掛；另外也使槽液變質加快，穩定性變劣。溫度太低時，槽液粘度增加，工件表麵氣泡不易逸出，也會造成塗膜粗糙。

陰極電泳漆液的溫度在28～30℃，而厚膜型電泳漆則在30～35℃之間。由於電泳塗裝時，一部分電能轉化熱能，槽液溫度總是不斷升高，應設置換熱系統，將槽液溫度控制在±1℃的范圍內，防止塗層質量的不穩定。

（5）電壓   電泳塗裝時，濕膜的沉積和溶解量相等時的電壓稱為臨界電壓。工件在臨界電壓以上才能沉積上漆膜，但電壓升高到某一值時，濕膜被擊穿，產生粗糙針孔，臃腫等缺陷，此為破壞電壓之間。除瞭電泳參數會影響工作電壓外，電泳漆樹脂本身的特性對工作電壓會產生顯著差別。陰極電泳漆的工作電壓高達250V左右。電壓的提高，使電流得以增加，用於沉積的電量增加，沉積量按庫侖效率增加，塗膜變厚；電壓升高也使電場力增加，泳透力也大幅度提高（參見表5-6）。厚膜型陰極電泳漆工作電壓對塗膜厚度的影響更為明顯，在150V,200V,250V電壓下，塗膜厚度分別可達25µm，30µm及35µm。雖然提高固體分或溫度等電泳參數能增加塗膜厚度，但也帶來一些其他不利的影響作用。因此在實際生產過程中，想適度地增加塗膜厚度，可在工作電壓范圍內調高電壓

表5-6  工作電壓與塗膜厚度和泳透力的關系

註：陰極電泳漆，28℃，電泳2min.

同一種電泳漆在不同金屬材料表麵上的破壞電壓是不一樣的，例如陰極電泳漆在冷軋鋼板上的破壞電壓最高可達350V，而鍍鋅鋼板卻隻有270V左右，因此不同金屬制品應在不同的工作電壓下分別進行電泳。

電泳時為瞭避免起始電流過大，一般采取由低工作電壓高工作電壓過度的通電方式進行電泳塗裝。對於連續通過式生產方式，采取帶電入槽兩段或三段加電壓方式通電，第一段為工作電壓范圍的低限後段為工作電壓的高限，使電泳過程中電流以強度均衡並均勻地全部覆蓋上塗膜。帶電入槽時工作表麵不允許掛有水珠否則漆膜表麵會產生水斑印跡；在線速度＜2m/min時，會在液麵產生條紋，間歇式生產方式采取浸入後通電故不會存在上述病癥，一般於前15～30s施加低工作電壓，然後升至高工作電壓提高泳透力。

（6）電泳時間  隨著電泳的進行，工作表麵濕膜逐漸增厚，絕緣性增強。一般在2min左右，濕膜已趨於飽和不再繼續增厚，此時在內腔和縫隙內表麵，隨電泳時間延長，泳透力提高，便於漆膜在內表麵沉積，因此電泳時間都在3min左右。

（7）極距和極比   工件與電療之間電泳漆液的電阻隨著極距增加而增大。由於工件具有一定形狀，在極距過近時產生局部大電流，造成塗膜厚薄不均；在極距過遠使電流強度太低，沉積效率差。

（8）其他的電泳漆特性參數及測定

①中和當量(MEQ)指單位質量樹脂中酸（堿）基團中和所需中和劑的等物質的量，以等物質的量/克乾樹脂表示。測定時取10.000g電泳漆，加50ml四氫呋喃，陽極電泳漆用。1mol/LnaOH標準溶液滴定到終點。

                       MEQ=MV*10

式中 M—滴定劑摩爾濃度；

      V—滴定劑消耗的體積，ml。

②顏基比  取樣置於坩堝內，先於110℃烘1h，在於200～250℃預熱10min，在於馬弗爐800℃烘30min，冷卻後稱重，殘留物（灰分）即為顏料質µ量。

         顏基比=灰分/（樣重*固體分-灰分）

在高溫下產生熱分解的顏料要采用多次的離心分離-樹脂溶解，洗滌後烘乾求得顏料分質量。

電泳時樹脂與顏料的沉積比例不會與顏基比一致。因為需要定期測定，以確定補加乳液還是色漿。

③庫侖效率  以1C電量能沉積的乾漆膜質量表示：C=△W/Q=△W/(It)

式中  △W—乾塗膜質量，mg；

      Q—電量，C

      I—電流，A

      t—電泳時間，s.

陰極電泳漆的泳透力一般在25～30mg/C，陽極電療漆的庫侖率隻有15～20mg/C。

④泳透力  指深入被屏蔽工件表麵沉積漆膜的能力。一般采用鋼管法，鋼管長220mm，內徑20mm，內插230mm *15mm*1mm鋼條，下端與鋼管齊平，浸入電泳漆液200mm，對電療為高100 mm的圓筒，在適宜的電泳條件下電沉積3min，提取後洗凈烘乾，測沉積高度。

     泳透力（%）=100*（A+B/2）/200

式中  A—沉積上完整塗膜的長度，mm

      B—不完整塗膜的長度，mm。

⑤ 再溶性  指濕電泳漆膜抵抗槽液和超濾再溶解的能力。測量方法是取電泳後的濕膜樣板，將1/2浸入槽液或超濾液中，10min後取出水洗，烘乾測乾膜厚度並檢查塗膜外觀。

     再溶性（%）=100*（µ0-µ）/µ0

式中  δ0—未溶解塗膜烘乾後的厚度，µm；

      δ—溶解後剩餘塗膜烘乾後的厚度，µm。

一般要求濕漆膜在槽液中浸3min的減薄程度在5%以下，在生產線中斷時。浸泡在槽中的濕膜會有大幅度減薄。

⑥ 加熱減量  指電泳漆膜在固化溫度需啊烘烤時，釋放出小分子物質使乾膜質量比塗料固體分量低。對陰極電泳漆主要是酚類封閉劑及某些高沸點的助溶劑，這些釋放物最高可達塗膜的6%～10%，它們在烘道中以油煙子狀態污染漆膜，因此電泳漆的加熱減量應該越低越好。

⑦ 有機溶劑含量  電泳漆的穩定性除瞭通過中和賦予離子化外，還需添加少量的助溶劑來改善其水溶性和分散穩定性，用量一般在2.5%～4%。

在助溶劑濃度太高時，電泳塗膜過厚，電滲作用變差，破壞電壓下降，導致泳透力下降。過量的助溶劑也也使濕膜在溶解性增強。因此助溶劑不能盲目添加，通常是用氣相色譜機分析確定如何添加

電泳原漆一般含有較多的助溶劑，以便於兌水稀釋操作時有效好的溶解分散性。因此，新配電滲槽液應該敞口循環攪拌48h（俗稱熟化期），一方麵使低沸點助溶劑揮發掉，以免造成塗膜過厚及烤流掛。

⑧ 電泳漆穩定性   電泳原漆的常溫貯存穩定性應不少於1年，或40～60℃存放在1個月以上。槽液在40～50℃存放穩定性應在1個月以上，其連續使用穩定性應在15～20周次。

槽液的穩定性跟槽液更新速度也有關系。一般來說，對大批量生產，槽液的更新期在1`～2個月以內的，隻要按槽液固體分及時補加便能保持槽液的良好穩定；更新期在2～3個月的，也很容易保持穩定生產；更新期在4～6個月的，需對電泳參數全麵進行分析測試和調整才能滿足生產的正常進行，管理要求高，難度較大；更新期在6個月以上時，槽液穩定性很差，工藝參數很難調整，對於成本的陰極電泳漆，一般就不再建議采用。

例：20t的陰極電泳槽，固體分為20%，生產量為118件/天，每件表麵積30m2，乾膜厚度30µm，每月生產23天；試問該生產方式下的陰極電泳漆能否保持產品質量穩定？

解：電泳原漆固體分按45%計，塗膜密度為1.3，塗料利用率為95%，則：

配槽耗原漆量=（20*20%）/45%=8.89（t）

每月耗原漆量=（118*23*30*30*1.3*10-6）/45%*95%）=7.43（t/月）

更新期=8.89/7.43=1.2個月

由於更新期小於2個月，在該生產方式下，槽液的工藝參數相當穩定，塗漆質量容易得到保證。

⑨電泳塗漆各參數的測定頻率  對於更正期在2個月以下的穩定生產作業，槽液的分析測試規范按如下進行。

槽液特性參數：槽液PH值，固體分（每班測一次），槽液電導（每周測一次），顏基比，MEQ，有機溶劑含量（每周測一次）。

電泳特性參數：塗膜外表與膜厚跟電壓關系（每天分析一次），庫侖效率，泳透力破壞電壓，L效果（2周一次），雜離子濃濃（兩個月分析一次）。

四 電泳塗裝設備

電泳塗裝設備由電泳槽，備用槽，循環過濾系統，超濾系統，極液循環系統，換熱系統，直流系統，塗料補加裝置，沖洗系統及控制櫃等組成

1 電泳槽

對於連續通過式都采用船形槽，且耐電壓達到1500V以上。

備用槽用於主槽清理，維修時存放槽液用，做一般的防腐蝕措施即可。

2 循環系統

循環系統的作用是保證槽液組成均與和良好的分散穩定性，另外用於過濾雜質，熱交換以及排除工件界麵因電解產生的氣泡。通常采取過率循環，過濾熱交換循環和超濾循環的配合，實現以上諸功能。

為瞭防止漆液沉降，槽底和循環管流速應在0.4m/s以上；液麵流速在0.2m/s以上。槽液循環次數到4次/h。

循環管路中設置的過濾袋精度50µm，在超濾之前也必須用過濾袋過濾。管路中閥的設置及旁通都要考慮避免死角，以防企業沉降產生顆粒。

3 電療裝置

電療裝置由極板，隔膜以及輔助電療組成。

陰極電泳：陽極4Ac-+2H2O→O2↑+4e+4Hac

在隔膜罩內，電解質不斷富集，通過排放極液便能控制電話、電解質的濃度。為瞭保持極液濃度恒定，極液應該按6～10L/min.m2(極板)進行循環。

4 電源電流

電泳塗漆時，從操作安全性，都采取工件接地。工件的通點方式，對於連續通過式采取電入槽且二段或三段升壓，直流電源的電流為平均電流*（1.5`～2）；步進式生產方式，采取入槽後通電，逐步升壓，例如先於10～15s升至低工作電壓，然後再升至正常電壓。直流電源的電源為平均電流*（2～3）。平均電流可按下式計算：I平均=16.7*Aδρ/C

式中  I平均—平均電流，A;

A—按麵積計生產率，m2/min；

δ—乾膜度，µm

ρ—乾膜密度，g/cm3;

C—庫侖效率，mg/C。

5 電泳漆補加

電泳漆補加是在混合罐中，攪拌下用槽液兌稀原漆，混合均與後送入電泳槽。也可以在循環管路中設置混合器，進行連續補加。

6 沖洗系統

電泳塗膜出槽後，立即用新鮮超濾液進行沖洗，經1～2次循環超濾沖洗或在用新鮮超濾液沖洗，最後由去離子水沖洗。

超濾器的超濾量按下使計算：Q=(1.03～1.04)*（1.2～1.5）L/ m2(工件)

超濾液貯槽應能裝至少3h沖洗的超濾量。一旦超濾器的流量降至70%以下時，應進行清洗，故超濾應另有一套備用。

7 電泳塗裝設備調試

（1）設備清洗  加水進行設備功能調試→加表麵活性劑和02.%助溶劑，循環清洗8～20h→排放循環2～8h，共兩次→檢查，無油污（特別是閥門內部）→加去離子水循環2～8h，測電導率＜25µm/cm，並經小樣配漆塗膜無縮孔後，可用它配槽。

（2）配槽  關閉超濾系統→加電泳漆，加純水，加調整劑→循環2～3h→檢查固體分，灰分，MEQ,PH及塗膜外觀→調槽液溫度→調極液→啟動超濾器→調整沖洗系統。

（3）試塗  新配槽也熟化48h後→加電壓→檢查電壓-電流-時間關系正常以後，液流適合→檢查沖洗系統→烘乾，檢查乾膜外觀，膜厚均與及內腔塗佈狀況。

四、陰極電泳塗裝線投槽執行書

一條新陰極電泳塗裝線竣工後，要對設備進行檢查，清洗，並對所選購的塗料產品質量和純水水質進行檢查，當這些工作都完全符合技術設計要求後，就可以進行最為關鍵的投槽工作，即配制電泳槽液。為瞭使電泳槽液的配制完全符合技術要求，在槽液配制前，工藝管理人員必須根據使用的電泳塗裝生產廠的共同發展對鞏固和擴展其市場關系重大。因此電泳槽液配制亦可以由塗料供應商（或生產廠）提供技術服務操作規程亦由他們派來技術人員制定操作。

操作規程應包括：

1 投槽步驟

2投槽工作內容及日程安排

3配漆工藝

2配漆工藝

3.1 材料，設備及配方

3.1.1 原漆（固含量70±1%）總量2.6T

3.1.2 配漆設備：1600L調漆罐

3.1.3配方

●FE11-1（70±1%）；440.00KG

●20%乙酸:34.00KG;

●純水：550.00KG.

3.2 配制工藝

3.2.1 在配漆罐內加FE11-1電泳漆440KG加入20%的乙酸34KG。啟動高速度攪拌

3.2.2 往配漆罐內緩慢過程稠時間約1.5～2.0h.經過濾後泵入由電泳漆並維持電泳槽液循環；

3.2.3 不斷重復上述工藝流程直至槽液符合下述規定；

固含量：19±1%；PH 6.1～6.4

3電泳施工參數：

●電泳電壓:220V;

●電泳槽液：29±1℃；

●電泳時間：3min；；

●固化條件：180±2℃/30min.

五、電泳塗裝工藝指標及其管理

1、定期檢查各工藝參數，做好記錄。

2、工藝參數的調整

（1） 固體份的調整 ，每日按生產量核加電泳漆，每周按檢測結果核整一次槽液固體份。固體份低於10%應補加原漆。

  補加原漆時最好不直接將原漆倒入漆槽，采用手工方法（或攪拌器）將原漆用純水調稀至固體份為25%攪均至完全溶解。

（2） PH值的調整   PH值控制在8.4~8.8范圍較好, PH值過低時可加入適量的乙醇氨；偏高時可加強陰極罩中水的循環，或添加同品種低PH值的電泳漆。PH值〉9.5時塗膜質量變差。

       （3）  電導率的調整    電導率接近或超出1600us/cm時可借助超濾裝置棄去濾液的辦法來降低,前者不能見效時可采用更換陰極罩中的水,更換水時會引起漆液PH值的下降,應加乙醇氨進行調整。

  （4） 槽液組份的調整    根據化驗結果可添加電泳原漆、助溶劑等保證槽液組份平衡。經常攪拌，避免顏料沉淀。

     （5）電泳溫度的調整    當工作液溫度接近30℃應啟動冷凍裝置的啟動開關和循環泵開關。註意冷卻塔水箱的水位應高於循環水管的液麵

      （6）生產完畢，關閉所有的開關閥門。

3、 電泳槽的清理

    電泳液使用一段時間後，如沉積物較多，嚴重影響塗膜質量時，應對槽液進行清理，將槽底沉積物清理乾凈。

4、 更新周期的控制

為瞭提高電泳漆液的管理，防止漆液的沉積，延長漆液的使用壽命，本循環攪拌系統設置瞭自動循環裝置，當或休息時，開啟自動循環開關，槽液將在設定的時間范圍內自動開、停槽液循環攪拌系統。在夏季會造成漆液中溶劑的損失，適當補入1~1.5%的丁醇.

六、註意事項、
（１）純水水質要求在5us以下；
（２）槽液液溫控制在25℃～26℃之間（用冷凍機組）；
（３）進槽要清洗乾凈，不要將酸、堿帶入槽中；

（4） 空心管狀產品不宜進電泳槽；
（5）午休或停電超過30分鐘，槽內不允許停留工件；

（6） 槽內的工件，要及時取出，以防造成短路或刮破陰極罩；

（7） 應經常檢查陰極罩內水麵，水麵不應高於漆液麵，以防止向槽內漏水，並應及時清理帆布袋，以防堵塞；

（8）應保持掛具導電良好，有絕緣現象時應及時清理；

（9）應經常檢查循環系統的密封性和溢流槽麵的高度，嚴防循環系統吸入空氣而產生泡沫；

（10）電泳槽停產時間最長不能超過一星期，以防漆液變質；

（11）電泳槽每隔半年或一年清理一次，如有沉淀嚴重的情況，應提前清理。

（12）（業通）磷化完後有二個水洗槽，需電泳的工件應特別註意水槽的水質要多加循環，在工件出水槽時將葫蘆吊掛懸在空中，再用乾凈的自來水沖洗一次工件。

（13）進槽前的純水噴淋要嚴格把關，純水水質根據電導率的升高及時更換新鮮的純水。

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