电泳设备及相关工艺

    电泳涂装(electro-coating)是利用外加电场使悬浮于电泳液中的颜料和树脂等微粒定向迁移并沉积于电极之一的基底表面的涂装方法。电泳涂装的原理发明于是20世纪30年代末，但开发这一技术并获得工业应用是在1963年以后，电泳涂装是近30年来发展起来的一种特殊涂膜形成方法，是对水性涂料最具有实际意义的施工工艺。具有水溶性、无毒、易于自动化控制等特点，迅速在汽车、建材、五金、家电等行业得到广泛的应用。
    电泳涂装是把工件和对应的电极放入水溶性涂料中，接上电源后，依靠电场所产生的物理化学作用，使涂料中的树脂、颜填料在以被涂物为电极的表面上均匀析出沉积形成不溶于水的漆膜的一种涂装方法。电泳涂装是一个极为复杂的电化学反应过程，其中至少包括电泳、电沉积、电渗、电解四个过程。电泳涂装按沉积性能可分为阳极电泳（工件是阳极，涂料是阴离子型）和阴极电泳（工件是阴极，涂料是阳离子型）；按电源可分为直流电泳和交流电泳；按工艺方法又有定电压和定电流法。目前在工业上较为广泛采用的是直流电源定电压法的阳极电泳。
    电泳涂装与其他涂装方法相比较，具有下述特点：
（1）采用水溶性涂料，以水为溶解介质，节省了大量有机溶剂，大大降低了大气污染和环境危害，安全卫生，同时避免了火灾的隐患；
（2）涂装效率高，涂料损失小，涂料的利用率可达90%～95%；
（3）涂膜厚度均匀，附着力强，涂装质量好，工件各个部位如内层、凹陷、焊缝等处都能获得均匀、平滑的漆膜，解决了其他涂装方法对复杂形状工件的涂装难题；
（4）生产效率高，施工可实现自动化连续生产，大大提高劳动效率；
（5）设备复杂，投资费用高，耗电量大，其烘干固化要求的温度较高，涂料、涂装的管理复杂，施工条件严格，并需进行废水处理；
（6）只能采用水溶性涂料，在涂装过程中不能改变颜色，涂料贮存过久稳定性不易控制。
一、电泳涂装的设备
    电泳涂装的设备是由电泳槽、搅拌装置、涂料过滤装置、温度调节装置、涂料管理装置、直流电源装置、电泳涂装后的水洗装置、超滤装置、烘烤装置、备用罐等组成。
  电泳槽槽体的大小及形状需根据工件大小、形状和施工工艺确定。在保证一定的极间距离条件下，应尽可能设计小些。槽内装有过滤装置及温度调节装置，以保证漆液一定的温度和除去循环漆液中的杂质和气泡。搅拌装置可使工作漆液保持均匀一致，多采用循环泵，漆液的循环一般每小时4～6次，当循环泵开动时，槽内漆液液面应均匀翻动。涂料管理装置的作用在于补充调整涂料成分，控制槽液的PH值，用隔膜电极除去中和剂和用超滤装置排除低分子量成分等。电泳电源的选择，一般采用直流电源。整流设备可采用硅整流器或可控硅。电流的大小与涂料的性质、温度、工作面积、通电方式等有关，一般为30～50A/m2。水洗装置用于电泳涂装前后工件的冲洗，一般用去离子水，但需加压设备，常用的是一种带螺旋体的淋洗喷嘴。烘烤装置用来促进电泳涂料的干燥成膜，可采用电阻炉、感应电热炉和红外线烘烤设备。烘房设计要有预热、加热和后热三段，应根据涂料的品种和工件的情况制订。
二、影响电泳涂装的主要工艺参数
1、电压
    电泳涂装采用的是定电压法，设备相对简单，易于控制。电压对漆膜的影响很大；电压越高，电泳漆膜越厚，对于难以涂装的部位可相应提高涂装能力，缩短施工时间。但电压过高，会引起漆膜表面粗糙，烘干后易产生“橘皮”现象。电压过低，电解反应慢，漆膜薄而均匀，泳透力差。电压的选择由涂料种类和施工要求等确定。一般情况下，电压与涂料的固体分及漆温成反比，与两极间距成正比。钢铁表面为40～70V，铝和铝合金表面可采用60～100V，镀锌件采用70～85V。
2、电泳时间
    漆膜厚度随着电泳时间的延长而增加，但当漆膜达到一定厚度时，继续延长时间，也不能增加厚度，反而会加剧副反应；反之，电泳时间过短，涂层过薄。电泳时间应根据所用的电压，在保证涂层质量的条件下，越短越好。一般工件电泳时间为1至3分钟，大型工件为3至4分钟。如果被涂物件表面几何形状复杂，可适当提高电压和延长时间。
3、涂料温度
    涂料温度高，成膜速率快，但漆膜外观粗糙，还会引起涂料变质；温度低，电沉积量少，成膜慢，涂膜薄而致密。施工过程中，由于电沉积时部分电能转化成热能，循环系统内机械摩擦产生热量，将导致涂料温度上升。一般漆液温度控制在某些方面15～30℃。
4、涂料的固体分和颜基比
    市售的电泳涂料的固体分一般为50%左右，施工时，需用蒸馏水将涂料固体分控制在10%～15%。固体含量太低，漆膜的遮盖力不好，颜料易沉淀，涂料的稳定性差。固体分过高，粘度提高，会造成漆膜粗糙疏松，附着力差。一般颜基比为1比2左右，高光泽电泳涂料的颜基比可控制在1比4。由于实际操作中，涂料的颜料量会逐渐下降，必须随时添加颜料分高的涂料来调节。
5、涂料的PH值
    电泳涂料的PH值直接影响槽液的稳定性。PH值过高，新沉积的涂膜会再溶解，漆膜变薄，电泳后冲洗会脱膜。PH值过低，工件表面光泽不一致，漆液的稳定性不好，已溶解的树脂会析出，漆膜表面粗糙，附着力降低。一般要求施工过程中，PH值控制在7.5～8.5之间。在施工工程中，由于连续进行电泳，阳离子的铵化合物在涂料中积蓄，导致PH值的上升。可采用补加低PH值的原液，更换阴极罩蒸馏水，用离子交换树脂除去铵离子，采用阳极罩等方法降低PH值。若PH值过低时，可加入乙醇铵来调节。
6、涂料电阻
    被涂物件从前一道工序带入电泳槽的杂质离子等引起涂料电阻值的下降，从而导致漆膜出现粗糙不均和针孔等弊病。在涂装施工中，需对涂料进行净化处理。为了得到高质量涂膜，可采用阴极罩设备，以除去铵及钙、镁等杂质正离子。
7、工件与阴极间距离
    距离近，沉积效率高。但距离过近，会使漆膜太厚而产生流挂、橘皮等弊病。一般距离不低于20cm。对大型而形状复杂的工件，当出现外部已沉积很厚涂膜，而内部涂膜仍较薄时，应在距离阴极较远的部位，增加辅助阴极。
三、电泳涂装的方法及技巧
（1）一般金属表面的电泳涂装，其工艺流程为：
    预清理→上线→除油→水洗→除锈→水洗→中和→水洗→磷化→水洗→钝化→电泳涂装→槽上清洗→超滤水洗→烘干→下线。
（2）被涂物的底材及前处理对电泳涂膜有极大影响。铸件一般采用喷砂或喷丸进行除锈，用棉纱清除工件表面的浮尘，用80#～120#砂纸清除表面残留的钢丸等杂物。钢铁表面采用除油和除锈处理，对表面要求过高时，进行磷化和钝化表面处理。黑色金属工件在阳极电泳前必须进行磷化处理，否则漆膜的耐腐蚀性能较差。磷化处理时，一般选用锌盐磷化膜，厚度约1～2μm，要求磷化膜结晶细而均匀。
（3）在过滤系统中，一般采用一级过滤，过滤器为网袋式结构，孔径为25～75μm。电泳涂料通过立式泵输送到过滤器进行过滤。从综合更换周期和漆膜质量等因素考虑，孔径50μm的过滤袋最佳，它不但能满足漆膜的质量要求，而且解决了过滤袋的堵塞问题。
（4）电泳涂装的循环系统循环量的大小，直接影响着槽液的稳定性和漆膜的质量。加大循环量，槽液的沉淀和气泡减少；但槽液老化加快，能源消耗增加，槽液的稳定性变差。将槽液的循环次数控制6～8次/h较为理想，不但保证漆膜质量，而且确保槽液的稳定运行。
（5）随着生产时间的延长，阳极隔膜的阻抗会增加，有效的工作电压下降。因此，生产中应根据电压的损失情况，逐步调高电源的工作电压，以补偿阳极隔膜的电压降。
（6）超滤系统控制工件带入的杂质离子的浓度，保证涂装质量。在此系统的运行中应注意，系统一经运行后应连续运行，严禁间断运行，以防超滤膜干枯。干枯后的树脂和颜料附着在超滤膜上，无法彻底清洗，将严重影响超滤膜的透水率和使用寿命。超滤膜的出水率随运行时间而呈下降趋势，连续工作30～40天应清洗一次，以保证超滤浸洗和冲洗所需的超滤水。
（7）电泳涂装法适用于大量流水线的生产工艺。电泳槽液的更新周期应在3个月以内。以一个年产30万份钢圈的电泳生产线为例，对槽液的科学管理极为重要，对槽液的各种参数定期进行检测，并根据检测结果对槽液进行调整和更换。一般按如下频率测量槽液的参数：
    电泳液、超滤液及超滤清洗液、阴（阳）极液、循环洗液、去离子清洗液的PH值、固体含量和电导率 每天一次；颜基比、有机溶剂含量、试验室小槽试验 每周2次。
（8）对漆膜质量的管理，应经常检查涂膜的均一性和膜厚，外观不应有针孔、流挂、橘皮、皱纹等现象，定期检查涂膜的附着力、耐腐蚀性能等物理化学指标。检验周期按生产厂家的检验标准，一般每个批次都需检测。
（9）漆膜常见问题及解决方法（以阳极电泳为例），见表《电泳涂装中漆膜常见问题及解决方法》

漆膜问题	可能造成的原因	解决方法
厚度过薄、外观差	漆液固体分太低 电泳电压太低 漆液溶剂含量太低 颜基比过高 槽液老化、使用周期太长 电泳时间过短 接触故障（如短路） PH值过高 工件与阴极间距太远	添加未稀释的涂料 在一定范围内，调高电压 添加相关溶剂 加入调整清漆 排放超滤液，加入调节剂 延长电泳时间 排除起因 加强电泳液系统的调整 调整距离或添加辅助电极
漆膜过厚	槽温过高 电泳电压太高 电泳时间过长 阴、阳极比例不对 漆液溶剂含量太高 工件与阴极间距过近	降低槽温 调节电压 减少电泳时间 调整阴、阳极比例 排放超滤液 拉远极间距离
表面粗糙	颜基比太高 漆液溶解性太差 漆槽中工件不带电 电泳时间过长 槽液中杂质的混入 漆槽中工件浸入和提出间隔长 工件冲洗区被污染	加入调整清漆 加入相应助剂 检查工艺流程 降低电泳时间 超滤或增加阴极罩设备 改进工艺流程 过滤、超滤设备