电 泳 涂 装

一 电泳涂装原理

电泳涂料的树脂经酸或碱中和剂中和以后，能溶解分散于水中，此聚合物电解质便离解形成带电胶粒。字直流电场中，离子化的树脂胶团同时发生电泳，电解，电沉积和电渗作用，使之在金属表面附着一层树脂膜。上述四个过程对电泳涂装都起着重要作用，彼此不鞥分割。

1电泳

带电胶粒在直流电场中，向电荷极性相反的电极移动，移动数度极大地受到分散介质粘滞阻力的影响，犹如泳动，故称之电泳。

由于胶团为双电层结构，它的泳动速度可按下方式表示：V=ζεE/kπη

式中V————泳动速度；

E————电场电位梯度，V/m；

ζ————双电层界面动电位；

ε————介质的介电常数；

η————体系粘度；

k————与胶粒形状有关的常数，球形K=6，棒形K=4.

电泳漆液的介电常数和粘度一般无多大变化，因此电场强度和胶粒的双层结构特性将对电泳产生较显著的影响。

2电解

电解质水溶解字直流电场中，水会发生电解。在阳极区域，发生如下阳极反应:：

2OH→2H++O2↑+4c

在阴极区域，发生如下反应：

2H2O+2e→2OH-↑+H2↑

电解使阳极界面溶解的PH值下降，阴极界面溶解的PH 值上升，并且在两个电极界面都产生气体。电解质水溶解的电导值越大，电解越强烈，PH值幅度越大，但生成的气泡大大增多，而气泡式造成电泳涂膜针孔和粗糙的根本原因。

3 电沉积

阴极电泳漆离子化并稳定的分散于水中的PH值5～6.7之间

阴极电泳漆的电沉积反应如下：

2H2O+2e→2 OH-+H2↑

Polym-N+HR’R”↓+ OH-→Polym - HR’R”H2O

4 电渗

电渗是分散介质向带电粒子泳动相反方向运动的现象。刚沉积的漆膜是含水量高的半渗透膜，在电场力作用下，涂膜中的水合离子向对电极移动，从而使涂膜中的水分时序渗析到槽烨中，湿膜的含水量减少到5%～15%，涂膜呈现一定憎水性。此时的是是湿膜结构致密，附着强，不粘手，抗水冲洗，经水洗后可直接烘烤成膜。

二 电泳涂装特点

电泳涂装作为一种先进的现代涂装作业方法，具有以下特点：

（1）有利于实现自动流水线生产，涂装节奏快（1～3min），自动化程度高，使生产效率度提高；

（2）涂膜厚度均与，对阴极电泳漆来说，很容易通过电压调整，在10～35µ m范围内控制膜厚在某一些值；

（3）较好的边缘，内腔及焊缝的涂膜覆盖性，使产品涂层的整体防锈性提高，其中阴极电泳漆的泳透力强，内腔防锈性更好，外表涂层完全适用于高档产品的要求，耐盐雾试验可达到800h以上；

（4）优越的环保，安全作业性，电泳漆液仅含不到3%的助溶剂，以水作为分散介质，没有发生火灾的危险性，也不会产生溶剂散发对大气的污染，电泳设备配置超滤液循环系统，使漕液得到有效的利用，仅偶尔排放少量超滤液，不存在漆液对环境的 污染；

（5）涂料利用率高达95%以上，由于漕液粘度很低，工作带出量少并经超滤装置回收，损耗极低；

（6）涂膜外观好，无流痕，烘干时有较好的展平性，由于湿膜仅含少量水分，烘烤时不会产生流挂现象，也不存在溶剂蒸气冷凝液对涂膜的再溶解作用，涂膜平整，光滑，对于厚膜型阴极电泳漆，展平率最高可达83%，可免去冲洗。

三 电泳涂装工艺参数控制

1 电泳涂装工艺过程

电泳涂装工艺过程基本如下：预脱脂→脱脂→水洗→水洗→表调→磷化→水洗→去离子水洗→滴干→电泳沉积→超滤液冲洗→超滤液冲洗→水洗→烘干→下件。

2电泳涂装工艺参数控制

（1）槽液固体分：阴极电泳漆为20%。槽液固体分对槽液稳定性，泳透力及涂膜厚度和外观质量等都有一定的影响。当槽液固体分较低时，槽液稳定性差，颜料沉降严重，泳透力亦下降。最终使得漆膜薄而粗糙，并产生针孔。防护性能差。漕液固体分过高时，漆膜厚度增加，电渗性能下降，漆膜粗燥，起橘皮；另外由于工件带出液浓度高，需要大量超滤液冲洗，使超滤系统的负荷增大，影响其正常运作。因此阴极电泳漆严格控制在20%±0.5%。

槽液固体分的测定是将样品于105℃烘3h至恒重，或者105℃除掉大部分水分后于160℃以下烘至恒重，求得烘干前后质量变化。

（2）PH值 槽液PH值代表漆液的中和及稳定性。漆液的中和度不够，树脂的水溶分散性差，漆液的水溶分散性差，漆液易凝集沉降。若中和度太高，槽液电解质浓度大幅度增加，电导值升高，使电解作用过于激烈，电解产生的大量气泡造成漆膜粗糙；另外，过量的中和剂使得槽液对湿漆膜的再溶解性增加。

一般来说，阴极电泳漆的PH5.8～6.7。阴极电泳漆PH的进一步降低使设备腐蚀变得极为严重。由于PH值得变化对槽液稳定性和电导率变化产生很大的作用，因此槽液PH值严格控制在±0.1PH变动范围内。

（3）电导 电导跟槽液PH值，固体分，杂离子含量有关。由于漆前处理时冲洗水中的杂质，电泳时磷化膜溶解，配槽用水纯度低等，都时槽液杂离子浓度增加。因此槽液电导终是处于不断增加的趋势。电导增加使电解加剧，电压和泳透力下降，漆膜粗糙多孔。阴极电泳漆液的电导率一般在1000～2000µ s/cm。为了减少杂离子进入电泳槽，冲洗水和配槽用水的电导率应小于25µs/cm；由PH引起的电导偏高通过排放阳极液来降低；由槽液杂离子引起的电导偏高排放超滤液来调整。通常情况下，100t的阴极电泳槽液，用7t去离子水替代超滤液，电导率可降低100µs/cm

（4）槽液温度 槽液温度升高，树脂胶粒的电泳作用增加，有利于电沉积和涂膜厚度提高。但过高的温度使电解作用加剧，涂膜变得粗糙。流挂；另外也使槽液变质加快，稳定性变劣。温度太低时，槽液粘度增加，工件表面气泡不易逸出，也会造成涂膜粗糙。

阴极电泳漆液的温度在28～30℃，而厚膜型电泳漆则在30～35℃之间。由于电泳涂装时，一部分电能转化热能，槽液温度总是不断升高，应设置换热系统，将槽液温度控制在±1℃的范围内，防止涂层质量的不稳定。

（5）电压 电泳涂装时，湿膜的沉积和溶解量相等时的电压称为临界电压。工件在临界电压以上才能沉积上漆膜，但电压升高到某一值时，湿膜被击穿，产生粗糙针孔，臃肿等缺陷，此为破坏电压之间。除了电泳参数会影响工作电压外，电泳漆树脂本身的特性对工作电压会产生显著差别。阴极电泳漆的工作电压高达250V左右。电压的提高，使电流得以增加，用于沉积的电量增加，沉积量按库仑效率增加，涂膜变厚；电压升高也使电场力增加，泳透力也大幅度提高（参见表5-6）。厚膜型阴极电泳漆工作电压对涂膜厚度的影响更为明显，在150V,200V,250V电压下，涂膜厚度分别可达25µm，30µm及35µm。虽然提高固体分或温度等电泳参数能增加涂膜厚度，但也带来一些其他不利的影响作用。因此在实际生产过程中，想适度地增加涂膜厚度，可在工作电压范围内调高电压

表5-6 工作电压与涂膜厚度和泳透力的关系

注：阴极电泳漆，28℃，电泳2min.

同一种电泳漆在不同金属材料表面上的破坏电压是不一样的，例如阴极电泳漆在冷轧钢板上的破坏电压最高可达350V，而镀锌钢板却只有270V左右，因此不同金属制品应在不同的工作电压下分别进行电泳。

电泳时为了避免起始电流过大，一般采取由低工作电压高工作电压过度的通电方式进行电泳涂装。对于连续通过式生产方式，采取带电入槽两段或三段加电压方式通电，第一段为工作电压范围的低限后段为工作电压的高限，使电泳过程中电流以强度均衡并均匀地全部覆盖上涂膜。带电入槽时工作表面不允许挂有水珠否则漆膜表面会产生水斑印迹；在线速度＜2m/min时，会在液面产生条纹，间歇式生产方式采取浸入后通电故不会存在上述病症，一般于前15～30s施加低工作电压，然后升至高工作电压提高泳透力。

（6）电泳时间 随着电泳的进行，工作表面湿膜逐渐增厚，绝缘性增强。一般在2min左右，湿膜已趋于饱和不再继续增厚，此时在内腔和缝隙内表面，随电泳时间延长，泳透力提高，便于漆膜在内表面沉积，因此电泳时间都在3min左右。

（7）极距和极比 工件与电极之间电泳漆液的电阻随着极距增加而增大。由于工件具有一定形状，在极距过近时产生局部大电流，造成涂膜厚薄不均；在极距过远使电流强度太低，沉积效率差。

（8）其他的电泳漆特性参数及测定

①中和当量(MEQ)指单位质量树脂中酸（碱）基团中和所需中和剂的等物质的量，以等物质的量/克干树脂表示。测定时取10.000g电泳漆，加50ml四氢呋喃，阳极电泳漆用。1mol/LnaOH标准溶液滴定到终点。

MEQ=MV*10

式中M—滴定剂摩尔浓度；

V—滴定剂消耗的体积，ml。

②颜基比 取样置于坩埚内，先于110℃烘1h，在于200～250℃预热10min，在于马弗炉800℃烘30min，冷却后称重，残留物（灰分）即为颜料质µ量。

颜基比=灰分/（样重*固体分-灰分）

在高温下产生热分解的颜料要采用多次的离心分离-树脂溶解，洗涤后烘干求得颜料分质量。

电泳时树脂与颜料的沉积比例不会与颜基比一致。因为需要定期测定，以确定补加乳液还是色浆。

③库仑效率 以1C电量能沉积的干漆膜质量表示：C=△W/Q=△W/(It)

式中△W—干涂膜质量，mg；

Q—电量，C

I—电流，A

t—电泳时间，s.

阴极电泳漆的泳透力一般在25～30mg/C，阳极电极漆的库仑率只有15～20mg/C。

④泳透力 指深入被屏蔽工件表面沉积漆膜的能力。一般采用钢管法，钢管长220mm，内径20mm，内插230mm *15mm*1mm钢条，下端与钢管齐平，浸入电泳漆液200mm，对电极为高100 mm的圆筒，在适宜的电泳条件下电沉积3min，提取后洗净烘干，测沉积高度。

泳透力（%）=100*（A+B/2）/200

式中 A—沉积上完整涂膜的长度，mm

B—不完整涂膜的长度，mm。

⑤ 再溶性 指湿电泳漆膜抵抗槽液和超滤再溶解的能力。测量方法是取电泳后的湿膜样板，将1/2浸入槽液或超滤液中，10min后取出水洗，烘干测干膜厚度并检查涂膜外观。

再溶性（%）=100*（µ0-µ）/µ0

式中 δ0—未溶解涂膜烘干后的厚度，µm；

δ—溶解后剩余涂膜烘干后的厚度，µm。

一般要求湿漆膜在槽液中浸3min的减薄程度在5%以下，在生产线中断时。浸泡在槽中的湿膜会有大幅度减薄。

⑥ 加热减量 指电泳漆膜在固化温度需啊烘烤时，释放出小分子物质使干膜质量比涂料固体分量低。对阴极电泳漆主要是酚类封闭剂及某些高沸点的助溶剂，这些释放物最高可达涂膜的6%～10%，它们在烘道中以油烟子状态污染漆膜，因此电泳漆的加热减量应该越低越好。

⑦ 有机溶剂含量 电泳漆的稳定性除了通过中和赋予离子化外，还需添加少量的助溶剂来改善其水溶性和分散稳定性，用量一般在2.5%～4%。

在助溶剂浓度太高时，电泳涂膜过厚，电渗作用变差，破坏电压下降，导致泳透力下降。过量的助溶剂也也使湿膜在溶解性增强。因此助溶剂不能盲目添加，通常是用气相色谱仪分析确定如何添加

电泳原漆一般含有较多的助溶剂，以便于兑水稀释操作时有效好的溶解分散性。因此，新配电渗槽液应该敞口循环搅拌48h（俗称熟化期），一方面使低沸点助溶剂挥发掉，以免造成涂膜过厚及烤流挂。

⑧ 电泳漆稳定性 电泳原漆的常温贮存稳定性应不少于1年，或40～60℃存放在1个月以上。槽液在40～50℃存放稳定性应在1个月以上，其连续使用稳定性应在15～20周次。

槽液的稳定性跟槽液更新速度也有关系。一般来说，对大批量生产，槽液的更新期在1`～2个月以内的，只要按槽液固体分及时补加便能保持槽液的良好稳定；更新期在2～3个月的，也很容易保持稳定生产；更新期在4～6个月的，需对电泳参数全面进行分析测试和调整才能满足生产的正常进行，管理要求高，难度较大；更新期在6个月以上时，槽液稳定性很差，工艺参数很难调整，对于成本的阴极电泳漆，一般就不再建议采用。

例：20t的阴极电泳槽，固体分为20%，生产量为118件/天，每件表面积30m2，干膜厚度30µm，每月生产23天；试问该生产方式下的阴极电泳漆能否保持产品质量稳定？

解：电泳原漆固体分按45%计，涂膜密度为1.3，涂料利用率为95%，则：

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个月

由于更新期小于2个月，在该生产方式下，槽液的工艺参数相当稳定，涂漆质量容易得到保证。

⑨电泳涂漆各参数的测定频率 对于更正期在2个月以下的稳定生产作业，槽液的分析测试规范按如下进行。

槽液特性参数：槽液PH值，固体分（每班测一次），槽液电导（每周测一次），颜基比，MEQ，有机溶剂含量（每周测一次）。

电泳特性参数：涂膜外表与膜厚跟电压关系（每天分析一次），库仑效率，泳透力破坏电压，L效果（2周一次），杂离子浓浓（两个月分析一次）。

四 电泳涂装设备

电泳涂装设备由电泳槽，备用槽，循环过滤系统，超滤系统，极液循环系统，换热系统，直流系统，涂料补加装置，冲洗系统及控制柜等组成

1 电泳槽

对于连续通过式都采用船形槽，且耐电压达到1500V以上。

备用槽用于主槽清理，维修时存放槽液用，做一般的防腐蚀措施即可。

2 循环系统

循环系统的作用是保证槽液组成均与和良好的分散稳定性，另外用于过滤杂质，热交换以及排除工件界面因电解产生的气泡。通常采取过率循环，过滤热交换循环和超滤循环的配合，实现以上诸功能。

为了防止漆液沉降，槽底和循环管流速应在0.4m/s以上；液面流速在0.2m/s以上。槽液循环次数到4次/h。

循环管路中设置的过滤袋精度50µm，在超滤之前也必须用过滤袋过滤。管路中阀的设置及旁通都要考虑避免死角，以防企业沉降产生颗粒。

3 电极装置

电极装置由极板，隔膜以及辅助电极组成。

阴极电泳：阳极4Ac-+2H2O→O2↑+4e+4Hac

在隔膜罩内，电解质不断富集，通过排放极液便能控制电话、电解质的浓度。为了保持极液浓度恒定，极液应该按6～10L/min.m2(极板)进行循环。

4 电源电流

电泳涂漆时，从操作安全性，都采取工件接地。工件的通点方式，对于连续通过式采取电入槽且二段或三段升压，直流电源的电流为平均电流*（1.5`～2）；步进式生产方式，采取入槽后通电，逐步升压，例如先于10～15s升至低工作电压，然后再升至正常电压。直流电源的电源为平均电流*（2～3）。平均电流可按下式计算：I平均=16.7*Aδρ/C

式中 I平均—平均电流，A;

A—按面积计生产率，m2/min；

δ—干膜度，µm

ρ—干膜密度，g/cm3;

C—库仑效率，mg/C。

5 电泳漆补加

电泳漆补加是在混合罐中，搅拌下用槽液兑稀原漆，混合均与后送入电泳槽。也可以在循环管路中设置混合器，进行连续补加。

6 冲洗系统

电泳涂膜出槽后，立即用新鲜超滤液进行冲洗，经1～2次循环超滤冲洗或在用新鲜超滤液冲洗，最后由去离子水冲洗。

超滤器的超滤量按下使计算：Q=(1.03～1.04)*（1.2～1.5）L/ m2(工件)

超滤液贮槽应能装至少3h冲洗的超滤量。一旦超滤器的流量降至70%以下时，应进行清洗，故超滤应另有一套备用。

7 电泳涂装设备调试

（1）设备清洗 加水进行设备功能调试→加表面活性剂和02.%助溶剂，循环清洗8～20h→排放循环2～8h，共两次→检查，无油污（特别是阀门内部）→加去离子水循环2～8h，测电导率＜25µm/cm，并经小样配漆涂膜无缩孔后，可用它配槽。

（2）配槽 关闭超滤系统→加电泳漆，加纯水，加调整剂→循环2～3h→检查固体分，灰分，MEQ,PH及涂膜外观→调槽液温度→调极液→启动超滤器→调整冲洗系统。

（3）试涂 新配槽也熟化48h后→加电压→检查电压-电流-时间关系正常以后，液流适合→检查冲洗系统→烘干，检查干膜外观，膜厚均与及内腔涂布状况。

四、阴极电泳涂装线投槽执行书

一条新阴极电泳涂装线竣工后，要对设备进行检查，清洗，并对所选购的涂料产品质量和纯水水质进行检查，当这些工作都完全符合技术设计要求后，就可以进行最为关键的投槽工作，即配制电泳槽液。为了使电泳槽液的配制完全符合技术要求，在槽液配制前，工艺管理人员必须根据使用的电泳涂装生产厂的共同发展对巩固和扩展其市场关系重大。因此电泳槽液配制亦可以由涂料供应商（或生产厂）提供技术服务操作规程亦由他们派来技术人员制定操作。

操作规程应包括：

1 投槽步骤

2投槽工作内容及日程安排

3配漆工艺

2配漆工艺

3.1 材料，设备及配方

3.1.1 原漆（固含量70±1%）总量2.6T

3.1.2 配漆设备：1600L调漆罐

3.1.3配方

●FE11-1（70±1%）；440.00KG

●20%乙酸:34.00KG;

●纯水：550.00KG.

3.2 配制工艺

3.2.1 在配漆罐内加FE11-1电泳漆440KG加入20%的乙酸34KG。启动高速度搅拌

3.2.2 往配漆罐内缓慢过程稠时间约1.5～2.0h.经过滤后泵入由电泳漆并维持电泳槽液循环；

3.2.3 不断重复上述工艺流程直至槽液符合下述规定；

固含量：19±1%；PH 6.1～6.4

3电泳施工参数：

●电泳电压:220V;

●电泳槽液：29±1℃；

●电泳时间：3min；；

●固化条件：180±2℃/30min.

五、电泳涂装工艺指标及其管理

1、定期检查各工艺参数，做好记录。

2、工艺参数的调整

（1） 固体份的调整 ，每日按生产量核加电泳漆，每周按检测结果核整一次槽液固体份。固体份低于10%应补加原漆。

补加原漆时最好不直接将原漆倒入漆槽，采用手工方法（或搅拌器）将原漆用纯水调稀至固体份为25%搅均至完全溶解。

（2）PH值的调整PH值控制在8.4~8.8范围较好, PH值过低时可加入适量的乙醇氨；偏高时可加强阴极罩中水的循环，或添加同品种低PH值的电泳漆。PH值〉9.5时涂膜质量变差。

（3） 电导率的调整 电导率接近或超出1600us/cm时可借助超滤装置弃去滤液的办法来降低,前者不能见效时可采用更换阴极罩中的水,更换水时会引起漆液PH值的下降,应加乙醇氨进行调整。

（4） 槽液组份的调整 根据化验结果可添加电泳原漆、助溶剂等保证槽液组份平衡。经常搅拌，避免颜料沉淀。

（5）电泳温度的调整 当工作液温度接近30℃应启动冷冻装置的启动开关和循环泵开关。注意冷却塔水箱的水位应高于循环水管的液面

（6）生产完毕，关闭所有的开关阀门。

3、 电泳槽的清理

电泳液使用一段时间后，如沉积物较多，严重影响涂膜质量时，应对槽液进行清理，将槽底沉积物清理干净。

4、 更新周期的控制

为了提高电泳漆液的管理，防止漆液的沉积，延长漆液的使用寿命，本循环搅拌系统设置了自动循环装置，当或休息时，开启自动循环开关，槽液将在设定的时间范围内自动开、停槽液循环搅拌系统。在夏季会造成漆液中溶剂的损失，适当补入1~1.5%的丁醇.

六、注意事项、（１）纯水水质要求在5us以下；（２）槽液液温控制在25℃～26℃之间（用冷冻机组）；（３）进槽要清洗干净，不要将酸、碱带入槽中；

（4） 空心管状产品不宜进电泳槽；（5）午休或停电超过30分钟，槽内不允许停留工件；

（6） 槽内的工件，要及时取出，以防造成短路或刮破阴极罩；

（7） 应经常检查阴极罩内水面，水面不应高于漆液面，以防止向槽内漏水，并应及时清理帆布袋，以防堵塞；

（8）应保持挂具导电良好，有绝缘现象时应及时清理；

（9）应经常检查循环系统的密封性和溢流槽面的高度，严防循环系统吸入空气而产生泡沫；

（10）电泳槽停产时间最长不能超过一星期，以防漆液变质；

（11）电泳槽每隔半年或一年清理一次，如有沉淀严重的情况，应提前清理。

（12）（业通）磷化完后有二个水洗槽，需电泳的工件应特别注意水槽的水质要多加循环，在工件出水槽时将葫芦吊挂悬在空中，再用干净的自来水冲洗一次工件。

（13）进槽前的纯水喷淋要严格把关，纯水水质根据电导率的升高及时更换新鲜的纯水。