電泳涂裝基礎(chǔ)知識2014

1,電泳涂裝工藝基礎(chǔ),2014年10月,2,目錄,第一章：電泳涂料的基礎(chǔ)知識第二章：電泳涂裝的基礎(chǔ)知識第三章：電泳涂裝工藝流程第四章：前處理第五章：電泳、后沖洗、烘干第六章：電泳涂裝設(shè)備第七章：異常情況分析和處理,3,第一章：電泳涂料的基礎(chǔ)知識,1、什么是電泳涂料？電泳涂料：是一種在水性底漆的基礎(chǔ)上開發(fā)的，僅適用于電泳涂裝法的專用水溶性（或水乳化）涂料；在水中能離解出帶電荷的成膜聚合物，并在直流電場的作用下向相反的電極（被涂物）移動，最終在其表面上沉積析出?？筛鶕?jù)被涂物所處極性位置的不同，分為陽極電泳漆（又稱陰離子電沉積涂料）、陰極電泳漆（又稱陽離子電沉積涂料）。所采用的電源為直流電源。,4,陽極電泳漆（AED）：所使用的成膜聚合物為陰離子型樹脂，常見的都是多羥基的聚合物，中和劑為有機胺，如一乙醇胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺等；常用的有聚丁二烯、酚醛、順酐化油、環(huán)氧酯、丙烯酸類等陽極電泳漆。陰極電泳漆（CED）：所使用的成膜聚合物為陽離子型樹脂，在樹脂骨架里含有氨基，中和劑為有機酸，如甲酸、乙酸、乳酸等；最常用的樹脂有環(huán)氧樹脂、丙烯酸、聚氨酯類等。主要使用的為環(huán)氧類銨鹽。,5,2、電泳涂料的發(fā)展過程電泳涂裝的原理發(fā)明于二十世紀(jì)三十年代1950年，美國福特汽車公司開始研究電泳涂料1960年，美國福特公司成功研制出適合于電泳施工的陰離子型，并于同年在該公司PPG涂料分公司的配合下建立了第一條汽車車輪電泳涂裝試生產(chǎn)線，1963年，該公司又建立了一條完整的汽車車身底漆電泳涂裝生產(chǎn)線。,6,電泳涂裝在實際應(yīng)用中顯示了高效、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟等優(yōu)點，受到世界各國涂裝界的重視。1973年成功開發(fā)了陽離子電泳涂料和陰極電泳涂裝技術(shù)，之后陰極電泳涂裝工藝在汽車工業(yè)中迅速普及、發(fā)展，目前90以上的汽車采用電泳涂裝。,7,3、電泳漆的組成（以雙組分陰極電泳涂料為例）乳液色漿中和劑乳酸、醋酸助劑助溶劑及其它助劑提示：涂料的組成：樹脂、顏填料、溶劑、助劑等組成。,8,4、電泳涂料的應(yīng)用廣度汽車、汽車零部件、重型拖拉機、巴士、鋼圈；重卡、卡車車架和底盤；農(nóng)業(yè)設(shè)備、家用電器；電開關(guān)齒輪、緊固零件；割草機、花園柵欄；金屬辦公設(shè)備以及鐵制工藝品；印刷電路板；結(jié)構(gòu)鋼、鋁型材；電腦配件等；,9,第二章：電泳涂裝的基礎(chǔ)知識,1、什么是電泳涂裝？電泳涂裝是一種特殊的涂膜形成方法，適用于電沉積涂料的涂裝。它是將具有導(dǎo)電性的被涂物浸漬在用純水稀釋的、固體份較低的電泳漆槽中作為陽（或陰）極，槽中另設(shè)置與其相應(yīng)的陰（或陽）極，兩電極間通直流電及一定時間，由于電場作用，在被涂物表面析出均一、水不溶的涂膜的一種涂裝方法。,10,2、電泳涂裝的原理（以陰極電泳為例）電泳涂裝過程中伴隨有電解、電泳、電沉積、電滲等四種理化反應(yīng)。,電解,電滲,電沉積,電泳,陽極：2H2O-4e4H+O2陰極：2H2O+2e-2OH-+H2R-NH+OHR-N+H2O,11,電解：導(dǎo)電液體在通電時，發(fā)生分解的現(xiàn)象。在電泳過程中水發(fā)生分解，在陰極上產(chǎn)生氫氣，陽極上放出氧氣，金屬陽極發(fā)生溶解，溶出金屬離子。陰極：2H+2eH2陽極:4RC00-+2H2O-4e4RCOOH+O2電泳：導(dǎo)電介質(zhì)中的帶電荷的膠體粒子（樹脂及樹脂包裹的顏料）在電勢的作用下向相反電荷的電極遷移的過程。,12,電沉積：涂料粒子在被涂物上沉析成膜的現(xiàn)象。在陰極涂料涂裝時，帶正電荷的粒子在陰極上凝聚，帶負電荷的粒子（離子）在陽極聚集，在電沉積過程中，由于水在陰極區(qū)電解生成氫氣和氫氧根離子，致使在陰極（被涂物）表面形成高堿區(qū)（PH=12-13），當(dāng)陽離子（涂料粒子）與氫氧根離子反應(yīng)變成不溶性時就產(chǎn)生涂膜的沉積。,電沉積反應(yīng)：R-NH+OHR-N+H2O,13,電滲：電泳涂裝過程中剛沉積到被涂物表面的涂膜是半滲透性膜，在電場的持續(xù)作用下大分子涂膜內(nèi)部所含的水分子從涂膜中滲析出來移向槽液，使涂膜脫水，這種現(xiàn)象稱為電滲。通常形成的涂膜中含水量為5%15%，這樣就可以直接進行高溫烘干。電滲使親水的涂膜轉(zhuǎn)化成為憎水涂膜，并使之致密化，所以工件泳涂成膜后，可用水來沖洗附浮在漆膜表面的槽液。,14,電泳原理圖,電滲：電泳涂裝過程中剛沉積到被涂物表面的涂膜是半,15,電泳反應(yīng)過程示意圖（以陰極電泳為例）,1.陽極生成O2,陰極生成H2,.2.陽極產(chǎn)生H+=生成酸的反應(yīng);陰極產(chǎn)生OH=生成堿的反應(yīng).3.樹脂中的酸根負離子移動至陽極并形成酸，由陽極系統(tǒng)排出。4.帶正電的樹脂粒子移動至陰極,與OH反應(yīng)，沉積在被涂物上.5.消耗掉的漆由新加的乳液和色漿來補充.,16,電泳漆的電沉積反應(yīng),17,陽極,陰極,18,電沉積過程中的膜厚,19,泳透力:電泳中電場線的變化,20,21,3、電泳涂裝的優(yōu)缺點1）優(yōu)點底涂工序可實現(xiàn)自動化，適用于流水作業(yè)。相對于噴涂工藝而言，電沉積工藝雖然一次性投資較大，但投槽后兩至三年內(nèi)就可收回，高于常規(guī)噴涂工藝的那部分成本。同時電沉積過程的能量消耗和正常的保養(yǎng)費用都大大低于常規(guī)噴涂工藝?？煽匦詮姽ぷ鞑垡喝萘枯^大，使涂料及工藝參數(shù)的變化減到最小。操作工藝參數(shù)已有明確的規(guī)定，且是以豐富經(jīng)驗為基礎(chǔ)。依靠調(diào)整電壓，容易得到均一的目標(biāo)膜厚，通過選擇不同品種的電泳漆和調(diào)整泳涂工藝參數(shù)，膜厚可控制在10-35m范圍內(nèi)。工件間和不同日期所沉積的涂膜（如膜厚及性能）重現(xiàn)性好。,22,泳透力好提高工件內(nèi)腔及夾縫的防腐蝕性，尤其陰極電泳涂膜的耐蝕性更好。對于噴涂、浸涂等涂裝法，夾縫和內(nèi)腔很難涂上漆膜；且縫隙間的涂膜在烘干時不會被蒸汽洗掉，從而使工件內(nèi)腔、焊縫、邊緣等處的耐蝕性顯著提高。高效性若槽液操作參數(shù)及設(shè)備維護得當(dāng)，與噴涂相比，涂料的有效利用率可高達95%以上。工作液是低固體份的水稀釋液，粘度與水相似，原漆帶出槽外的量很少。泳涂的濕漆膜是水不溶性的，泳后可采用超濾（UF）液封閉清洗，回收帶出槽外的漆液。,23,低污染性、高安全性與其它溶劑型涂料、水性涂料相比，因其有機溶劑含量少，且低濃度，故無火災(zāi)危險，對水源和大氣污染少。采用超濾(UF)和反滲透(RO)裝置，實現(xiàn)電泳后的全封閉水洗，可大大減少廢水處理量。電泳涂膜的外觀好，烘干時有較好的展平性，電泳涂裝所得涂膜的含水量少，溶劑含量也小，在烘干過程中不會象其它涂料那樣產(chǎn)生流掛、溶落、積漆等弊病。電泳水洗后的涂膜是較干的，晾干時間短(5-10min)，可直接進入高溫固化。磷化膜經(jīng)純水清洗后，不需要烘干，可直接進入電泳工序；而其他漆種必須將水份烘干，才能進行涂裝。,24,2）局限性一般電泳涂膜的耐候性較差，在戶外使用時需涂裝面漆。對掛具的管理要求較嚴(yán)，要確保工件良好導(dǎo)電性以及有良好的防腐性。僅適用于具有導(dǎo)電性被涂物的涂裝。能帶較多液體或污物進入電泳槽的不宜電泳；或經(jīng)多次水洗后仍積液多的不宜電泳。對不耐高溫以及對顏色有要求的工件不宜電泳。對小批生產(chǎn)場合不宜推薦采用電泳涂裝，原因是槽液的更新速度太慢，槽液中的樹脂和溶劑組份的變動大，而使槽液不穩(wěn)定。,前處理：預(yù)清洗、預(yù)脫脂、脫脂、一次水洗、二次水洗、表調(diào)、磷化、三次水洗、四次水洗、瀝水電泳超濾水洗、超濾水洗、超濾水洗、超濾水洗沖水、吹水烘干,25,第三章：電泳涂裝工藝流程,26,第四章：前處理,1、概述前處理的意義：清除被涂物表面的油脂、油污、腐蝕殘物、殘留雜質(zhì)物等，并賦予表面一定的化學(xué)、物理特性，以增加涂膜的附著力，增加被涂物的保護性和裝飾性。前處理主要包含除油、除銹、表調(diào)、磷化等工序。,27,前處理各道工序,28,2、除油（脫脂）在涂裝前洗凈被涂物表面上污油的工序即稱為脫脂（又稱為除油），一般分為預(yù)脫脂和脫脂兩道工序。原理：在機械力的作用下通過皂化、乳化、分散等化學(xué)反應(yīng)，溶解和洗去油污。,29,脫脂劑的組成主要有堿性物質(zhì)、表面活性劑以及能夠軟化硬水的絡(luò)合物等組成。脫脂的控制要點溫度、濃度、時間、機械作用（噴淋壓力、循環(huán)量等）、含油量等。脫脂劑的選擇有良好的滲透性、潤濕性、降低表面張力；有中和酸性物質(zhì)的堿性物質(zhì)；有利于固體油污的去除，以及防止再沉積在工件表面上；有防止Ca2+、Mg2+等對表面活性劑有害作用的，及具有水溶性的螯合物；對金屬有緩蝕作用的藥劑；具有良好消泡作用；有效的除油能力等。,30,3、除銹作用：除去工件表面的銹蝕以及氧化皮。除銹的方法1）噴砂、拋丸除銹，一般適用于車架等承重件；2）手工除銹：用砂布、鏟刀等，適合小面積除銹；3）酸洗除銹：如硫酸、鹽酸、磷酸等進行除銹，這種方式比較常見。,31,4、表調(diào)作用：改變金屬基體表面其微觀狀態(tài)，促使磷化過程中形成結(jié)晶小、均勻、致密的磷化膜，同時加快磷化速度。主要成分和原理主要成分是鈦鹽（膠體鈦）和磷酸鈉，由于其膠體微粒表面能很高，對金屬表面有極強的吸附作用，在被處理表面形成數(shù)量極多的晶核，磷化初期就在晶核周圍快速形成均勻的磷酸鹽結(jié)晶，限制了大晶體的生長，促使磷化膜細化和致密，且提高了成膜性，縮短了磷化時間，降低膜厚，同時也能消除金屬表面狀態(tài)的差異對磷化質(zhì)量的影響。控制要點PH值（PH8.510）和有效鈦濃度（10mg/kg以上），Ti濃度過低，磷化膜就增厚。PH值下降，表面調(diào)整效果下降，形成磷酸鐵膜（發(fā)藍），耐蝕性下降。,32,5、磷化作用：1）、為電泳提供清潔的表面2）、拋錨效應(yīng)，顯著提高涂膜與底材之間附著力3）、成倍提高工件的耐蝕性原理：金屬表面與磷酸二氫鹽酸性溶液反應(yīng)在清潔的金屬表面生成一層穩(wěn)定的不溶性多孔半導(dǎo)體磷酸鹽薄膜的化學(xué)過程稱為磷化。磷化液的種類鐵系磷化、鋅系磷化、錳系磷化、鋅鎳錳三元磷化等；,33,控制要點1）TA（總酸）：在使用時，呈下降趨勢，需及時補充。TA高時，磷化膜薄、細致；TA低時，膜厚、粗糙。2）FA（游離酸）：一般在生產(chǎn)時會小幅上升（指在總酸不變的前提下）。FA高時不能成膜、易出現(xiàn)黃銹、粗糙、多孔；FA低時，磷化不穩(wěn)定，且易出現(xiàn)不必要的沉渣。3）溫度：溫度高，成膜速度快，但會產(chǎn)生更多的磷化渣，造成額外消耗。溫度低，成膜離子濃度達不到溶度積，不能形成完整的磷化膜。4）時間：時間長，膜厚、疏松多孔；時間短，不易成膜。5）促進劑（AC）：加快磷化成膜速度，使磷化膜均勻、細致。過高，磷化膜太薄，出現(xiàn)彩膜；過低，磷化膜粗糙、多孔、發(fā)暗。6）含渣量的控制，不能高，否則容易出現(xiàn)掛灰現(xiàn)象。,6、電泳涂裝對前處理的要求工件表面無油、無銹；磷化膜均勻、細致，不發(fā)花、不掛灰、不發(fā)黃等；磷化膜沉積量2-3g/m2，膜厚1-4m；電泳失重：陽極電泳漆10%、陰極電泳漆8%；工件、掛具的滴水電導(dǎo)小于50s/cm，同時PH值為中性，一般控制在6-7.5。,35,第五章：電泳、后沖洗、烘干,1、概述將經(jīng)過前處理的工件浸入電沉積槽中，通電后工件表面首先被泳涂。當(dāng)外表面產(chǎn)生較大的電阻后，未被泳涂的內(nèi)表面電流增大，沉積便在這些表面發(fā)生，該過程將一直持續(xù)到所有的外表面及內(nèi)表面被涂覆完畢。電泳過程結(jié)束后，工件從電泳槽中取出，在被涂物表面吸附一層浮漆，這些浮漆必須通過后沖洗進行清洗，以保證涂膜外觀；同時回收的浮漆，重新回到電泳槽，以提高涂料的利用率。最終，通過烘烤，固化漆膜，使漆膜具有一定的理化性能。,典型的電泳工藝流程,37,2、電泳槽液的組成：一般講，電泳槽液中含80%以上的水，1-3%的溶劑和10-20%的固體份，施以一定的電壓，工件上可得到一層固體份為75-90%的漆膜。參數(shù)的控制根據(jù)所選擇的電泳涂料，來制定參數(shù)的控制范圍，主要包括：NV、PH、K、P/B以及溶劑含量等參數(shù)。同時也包含極液的PH、K的控制。施工條件的控制主要控制施工電壓、電泳時間以及槽液溫度。,電泳工作液的組成,38,39,3、后沖洗部分電泳后涂膜已具有水不溶性，可以用超濾液和純水沖洗，其主要目的有：回收槽液，提高涂料的利用率；提高和涂膜的表面質(zhì)量，避免產(chǎn)生二次流痕等弊??；減輕打磨工作量，從而提高涂膜的耐腐蝕性。一般采用噴、浸結(jié)合的方式，以便提高清洗的質(zhì)量對于要求不高的工件，可以適當(dāng)簡化一些工序。超濾器是完成該系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它可以將槽液中的水、溶劑和低分子物質(zhì)，提取出來成為超濾液（UF液），利用超濾液對工件進行連續(xù)性清洗，進行回收，同時可減少純水的用量及排放廢水的處理。,40,4、烘干每種電泳涂料都有特定的固化條件。無論漆漠未烘干，還是過烘烤，都會影響漆漠的理化性能，如附著力性、硬度、柔韌性、防腐性能、抗石擊性能等。大部份烘干爐設(shè)計為多個區(qū)域，每個區(qū)域的溫度可以單獨調(diào)節(jié)。這樣可以逐漸除去膜中的揮發(fā)份物質(zhì)，避免產(chǎn)生水跡、起泡、桔皮等漆膜弊病，同時可以改善成膜過程中的流動狀況，使涂膜有良好的流平，得到光潔的表面。熱源一般采用電、油、氣等能源。,電泳槽液主要參數(shù),41,42,第六章：電泳涂裝設(shè)備,1、概述電泳涂裝設(shè)備一般由電泳槽、循環(huán)系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、極液系統(tǒng)、涂料補加系統(tǒng)、后沖洗系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)等組成。不同的電泳漆品種對涂裝設(shè)備的要求有一定的差異，電泳涂裝工藝及設(shè)備設(shè)計或選用不當(dāng)，所導(dǎo)致產(chǎn)生質(zhì)量問題。所以涂裝工藝及設(shè)備的設(shè)計，作為涂料供應(yīng)方應(yīng)盡早介入，提供必要的技術(shù)支持，即所說的“售前服務(wù)”，才能確保涂裝的正常進行，即涂膜質(zhì)量的正常。,電泳涂裝設(shè)備示意圖,43,44,2、電泳槽主要作用盛放電泳槽液的地方、電泳涂裝的場所組成分為兩個基本部分組成：主槽、副槽形狀方型（間歇式生產(chǎn)）、船型（連續(xù)式生產(chǎn)）,主槽,副槽,主槽,副槽,工件入槽,45,46,設(shè)計要求1）電泳槽的容積、形狀，由工件最大尺寸、生產(chǎn)量、生產(chǎn)節(jié)拍來決定。2）被涂物距液面、底部、電極在300mm左右。3）槽底有2-3的傾斜度，有利于清洗和除渣。4）主、副槽之間有溢流堰，液位可調(diào)（液位差100mm）。5）槽底和轉(zhuǎn)角都應(yīng)設(shè)計呈弧型，盡量清除循環(huán)死角。6）采用冷軋鋼板，內(nèi)襯環(huán)氧玻璃鋼，耐電壓2萬伏，不允許有裸露金屬。,47,3、循環(huán)系統(tǒng)主要作用1）攪拌：保持涂料均勻混合，防止顏料沉淀、析出；2）過濾：進行過濾，除去槽液中的雜質(zhì)顆粒及油污；3）換熱：經(jīng)過熱交換器，控制槽液溫度；4）消泡：及時排除電泳過程中在工件表面產(chǎn)生的氣體，以及將漂浮在主槽中的泡沫趕往副槽。主要包含設(shè)備泵、管路、過濾器、換熱器、閥門、溫度計、壓力表等。,48,設(shè)計要求1）使槽液沿單一路線連續(xù)運轉(zhuǎn)，且成層流狀態(tài)，液面運動方向與輸送鏈運動方向相同，實踐證明：這樣可以得到最潔凈的車身。2）槽液循環(huán)過程中，確保液面流速不應(yīng)小于0.2m/s；靠近槽底部的槽液流速最低為0.4m/s。3）槽液的循環(huán)量要求為4-6個槽容量/小時，以此來選擇泵的流量。5）正常要求24小時不停的攪拌，如果出現(xiàn)問題，一般不超過4小時的停攪時間，因此最好設(shè)有備用電源。6）在電泳槽液循環(huán)系統(tǒng)中，一般采用臥式及立式端吸式離心泵；分體臥式泵要求采用雙機械封閉。因此需增加液封設(shè)備，采用潔凈的超濾液，液封在壓力3-5kgf/cm2左右。另外泵的轉(zhuǎn)速最好選用1450rpm，如果轉(zhuǎn)速太高，這樣離心力大、剪切力大，會使顏料和樹脂產(chǎn)生分離,從而形成小顆粒。7）采用增效噴嘴，如文丘里、鴨嘴等類型噴嘴。,49,4、過濾系統(tǒng)主要作用除去槽液中的雜質(zhì)顆粒、油污等設(shè)計要求1）過濾采用全過濾方式；2）過濾器安裝方式：并聯(lián)式安裝；3）過濾精度：25-50m；4）定期更換濾袋；5）倒槽時應(yīng)100通過過濾器。,50,5、換熱系統(tǒng)主要作用電泳涂裝過程中，由于電解反應(yīng)產(chǎn)生的熱量、泵機械攪拌轉(zhuǎn)化的熱量、被涂工件帶入的熱量及施工環(huán)境溫度的影響，槽液溫度變化較大，因此，對電泳槽的溫度必須有一個控制裝置。設(shè)計要求冷卻水=10加熱水=40-45（北方考慮）,51,6、極液系統(tǒng)主要作用提供電場；控制槽液PH值結(jié)構(gòu)板式、管式、L型三種結(jié)構(gòu)設(shè)計要求要求有單獨的循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)量6-10l/min.m2；極比：CED4-5/1；AED2-3/1；備注：極比為工件面積比上電極面積。,52,極液系統(tǒng)示意圖,53,7、超濾系統(tǒng)主要作用1）實現(xiàn)電泳后的閉合回路清洗方式，回收浮漆，提高涂料的利用率，降低生產(chǎn)成本。2）減少廢水的排放，減少污水處理量及費用，有利環(huán)境保護。3）凈化槽液，控制槽液電導(dǎo)率，提高、保證涂膜質(zhì)量。結(jié)構(gòu)卷式、管式、中空纖維，以前面兩種使用最多。,54,設(shè)計要求1）根據(jù)每小時最大涂裝面積來計算所需UF裝置的透過量，并最終確定UF膜面積的大小。2）一般要求工件電泳后，每平方米涂裝面積需1.2-1.5L左右的新鮮超濾液進行清洗回收，并適當(dāng)考慮30-40%的系數(shù)。清洗當(dāng)超濾液的出水量低于正常出水量的70后，就要對超濾膜進行清洗，正常情況下，采用1-5的中和劑，5的溶劑進行循環(huán)清洗，這兩種藥劑均為電泳涂料的輔助添加劑。,55,超濾系統(tǒng)回收示意圖,主槽,UF1,UF2,UF系統(tǒng),UF液儲槽,副槽,濃縮的槽液,輸送鏈,56,8、直流電源主要作用：提供電場輸出方式：分段電壓和軟啟動兩種方式設(shè)計要求1）波紋系數(shù)5%；2）電壓：0-400V任意可調(diào)；3）額定電流：正常情況下，電泳時的沖擊電流在10-20A/m2左右，可以根據(jù)涂裝面積來選擇直流電源的額定電流。,57,9、純水設(shè)備作用主要為泳前純水洗、泳后純水洗、電泳槽、超濾、極液等系統(tǒng)提供用水。純水裝置主要有離子交換和反滲透兩種設(shè)備。設(shè)計要求1）PH=6.0-7.0；2）K10s/cm；3）用水量3.0l/m2。,58,10、加料系統(tǒng)主要作用：槽液日常的生產(chǎn)時，固體份、顏基比、溶劑含量等參數(shù)會發(fā)生變化，因此通過加料系統(tǒng)來進行調(diào)整槽液參數(shù)，使之維持在正常的工藝范圍之內(nèi)。加料方式1）采用隔膜泵加料：可以直接將加料設(shè)在循環(huán)泵的吸口前端處，或直接設(shè)在電泳副槽。這種方式適合雙組分電泳涂料的加料。2）采用配漆罐加料：是由帶機械攪拌的配漆罐、輸漆泵、槽液及純水的供給輸入管道、輸送漆液至電泳副槽的泵和管道等構(gòu)成。這種方式適合單組分電泳涂料的加料。,59,11、后沖洗系統(tǒng)主要作用：清洗涂膜，回收涂料，提高漆膜的外觀及理化性能。設(shè)計要求1）采用2-3道超濾液和2道純水，清洗工件