关键词：阴极、电泳、涂装
摘要：本文从电泳涂装现状出发，介绍了电泳涂装的原理、特点、工艺流程、工艺规范、具体应用等，并给了详细的解释；并对阴极电泳涂装今后的发展提出了一些意见。
一、电泳涂装工艺及现状
1977年开发成功能成倍提高涂层耐腐蚀性的高渗透力阴极电泳涂料和阴极电泳涂装工艺后，现代电泳涂装以高泳透率的阴极电泳涂装逐步替代阳极电泳涂装，**今采用阴极电泳涂装法涂底漆的汽车车身达90%以上。阴极电泳涂装工艺经近些年的不断完善，现已成为汽车涂装中**成熟的涂底漆（或底面合一涂层）的先进技术之一，阴极电泳涂料也正处于成熟的一代。 二、电泳涂装原理
电泳涂料的树脂经过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，在直流电场中，离子化的树脂胶团将同时发生电泳、电解、电沉积和电渗作用，使之在金属表面附着一层树脂膜。这四个过程对电泳起着重要作用，彼此不能分割。
1、电泳：在直流电场作用下，分散在极性介质中的带电胶体粒子，发生定向移动,这种胶体粒子移动现象称电泳。水溶性电泳涂料是一个组成复杂的胶体，其高分子负离子可视为胶体粒子，在直流电场作用下，夹带和吸附着颜料和填料一起泳向阳极，这就使电泳过程变得非常复杂。与此同时，正离子向阴极移动。所以说电泳过程实际上就是正，负离子分别向两极移动的过程。
2、电解：在电解质溶液中通入直流电，电极上便分别进行氧化、还原反应，从而在电极上形成氧化还原产物的现象叫做电解。电流通过电泳漆时，水发生电解，阴，阳极上分别有氢和氧气放出，以可溶性金属作被涂物时阳极附近有金属离子溶出。电解反应在电泳涂装中是不可避免的，但应适当控制否则将导致不良结果。
3、电沉积：在直流电场作用下，高分子羧酸负离子或粒子，受阳极电场力作用夹带着颜料，填料等移向阳极后，在阳极上失去电子，沉积在它的表面上，生成不溶于水，但带有水份（约5－15％）的漆膜，该过程称电沉积。在电泳涂装过程中，从测定漆液值分布情况来看，在阳极附近值**低2～3。这表明，在阳极附近有过剩的离子包围圈；同时在电泳过程中，阴，阳两极都有气泡产生，显然是水发生电解反应所致。以可溶金属作阳极时，则电泳漆膜中含有金属离子，说明阳极发生了电极电解反应。树脂析出的量和通电量有关，但是树脂的酸值在电泳前后差不多是一样的，可以说羧基在电泳过程中没有什么变化；然而沉积析出的漆膜在
电泳槽中，一旦停止通电，漆膜有再溶现象。
4、电渗：电渗是电泳的逆过程，就是在直流电场的作用下，沉积在被涂件上湿膜中的水份借助于电场作用，从漆膜内渗出移向漆液中的现象，电渗也称为电内渗。电渗的作用是将沉积下来的漆膜进行脱水，通常使新形成的漆膜中含水量为5～15％，这样就可以直接进行高温炉烘干。若电渗不好，漆膜中含水量太高，烘烤时就会出现气泡和发生流挂等现象，影响漆膜质量。 三、电泳涂装的特点
1、采用水溶性涂料，以水为溶解介质，节省了大量的有机溶剂，大大降低了大气污染和环境危害，安全卫生，同时消除了火灾的隐患。
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，解决了其它涂装方法对复杂形状工件涂装困难的问题。
4、生产效率高，施工可实现自动化连续生产，大大提高了劳动效率。 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。
四、电泳涂装工艺流程及工艺条件
目前，对钢铁工件进行电泳涂装时，其一般工艺流程为：除油－水洗－除锈－水洗－中和－水洗－磷化－水洗－电泳涂装－水洗－烘干。
电压
通常电泳时间是固定的，膜厚是通过提高或降低电压来调节的。提高电压可增加工件内表面及半封闭面的漆膜厚度，但由于工件入槽瞬间冲击电流太大，漆膜沉积速率过快，易造成漆膜外观和性能变劣。电压过低，电沉积速率太低，效率低、漆膜薄、泳透力差。一般在保证漆膜外观质量的前提下，尽可能采用较高的电压进行电泳，电压控制在150-220V。
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15-30℃。
pH
电泳漆的pH是决定漆液稳定性的**重要因素，电泳过程中必须保持pH为5.90-6.15。电泳漆是酸溶物质，依靠保持适当的酸度使漆溶解，pH升高，酸量减少，漆开始不稳定。pH高于6.15，开始生成难溶性物质，漆膜质量变差。当pH降低时，电泳电流增大，电沉积量增加，有利于漆膜形成，但随pH的降低，漆膜再溶解增加，当电沉积和溶解达到平衡时，酸度再增加反而会使漆膜变薄。在施工过程中，由于连续进行电泳，阳离子的铵化合物在涂料中积聚，导致pH的上升。可采用补加低pH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来解决，若pH过低时，可加入乙醇胺来调节。 #p#分页标题#e#
电导率
操作时，漆的电导率一般在1200-1600μS/cm，保持电流的适当流动，从而保证涂层的质量。当电导率过高，电解反应加剧、颜料分散性差、光泽降低，而且漆膜也易含有杂质，降低了漆膜的防腐蚀性能。
涂料的固体含量和颜基比
市售的电泳涂料固体含量一般为50%左右，施工时，需用蒸馏水将涂料固体含量控制在10%-15%。固体含量太低，漆膜的遮盖力不好，颜料易沉淀，涂料稳定性差；固体含量过高，黏度提高，会造成漆膜粗糙疏松，附着力差。一般颜基比为1:2左右，高光泽电泳涂料的颜基比可控制在1:4。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。
溶剂
电泳漆中的溶剂含量对电泳质量影响较大。溶剂含量太低，降低了树脂在水中的溶解性。溶剂含量过高，漆膜厚，使电泳漆的破坏电压降低，槽液不易控制，故溶剂含量一般在1%左右。
电泳时间
工件在
电泳槽内的时间越长，膜厚及泳透力增加。不过电泳时间过长，涂膜的厚度不会再增加。因此，在保证涂层质量的前提下，应尽量缩短时间，提高生产效率。通常大型工件3-4min一般工件只需2min。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。
烘烤的温度和时间
电泳漆烘烤的温度和时间对漆膜的耐腐蚀性、抗石击性均有很大的影响。高温长时间烘烤，可能导致漆膜变脆，故一般烘烤温度在180℃左右，时间约为0.5h。 五、电泳涂装工艺的应用
目前，在世界汽车生产中有92%使用电泳涂料（ED），其中有90%采用阴极电泳涂料（CED）。以福特和通用汽车公司为例，从1977年1月开始投建汽车车身阴极电泳涂装线**今，这两个公司的阴极电泳涂装线占汽车车身涂装线的99%；而日本各汽车公司为在国际市场上获得竞争能力，继美国之后，于1977年10月投建了**条汽车车身阴极电泳涂装线**今，也有95%以上的汽车车身采用了阴极电泳涂装线。我国汽车工业于20世纪80年代中期应用阴极电泳漆，如今第二汽车制造厂的东风汽车车身，大众的桑塔纳，还有奥迪、标志等轿车车身**采用了阴极电泳漆，其它如汽车零部件、车箱、车架等，为提高这些薄板件的使用寿命，也纷纷采用了耐蚀性高的阴极电泳漆。例如新研制的高流平性阴极电泳涂料，已经在美国汽车制造厂中使用。其代表产品有PPG公司的Ed11厚膜阴极电泳涂料、Ed12中厚膜阴极电泳涂料、杜邦的Cormax TM厚膜或中厚膜阴极电泳涂料，其主要的性能改进是使漆膜表面粗糙度下降。
由于阴极电泳涂料有着优良的防腐蚀性、渗透性和装饰性，不但应用在汽车行业中，还广泛地应用在其它行业中。如在建筑材料中，防火门、钢窗等涂装耐候性好的双涂层的环氧树脂阴极电泳涂料，钢制家具和间壁材料使用丙烯酸树脂系阴极电泳涂料。在五金行业中，电泳锁具、金属眼镜架、自行车部件、文具、皮箱扣、打火机等用品，均取得了令人满意的效果。
除此之外，阴极电泳还应用于金属氧化物的沉积和金属膜的制备从而获得某种特殊性能的材料。例如，将ZnCO2O4电泳沉积在以镍为基体的电极上作氧化反应的催化剂，能获得催化性好、机械稳定性高的电极。将固态热解反应制备的高纯氧化锌粉末通过电泳沉积的方法生成高质量的氧化锌薄膜，这种薄膜能够在室温下发射出波长为390nm的紫外线。
六、新一代的阴极电泳涂料应具有以下特点
1、新一代阴极电泳涂料的泳透率应进一步提高。泳透率越高，车身内部膜厚就越均匀，从而提高车身整体的防腐蚀性，降低施工电压，减少涂料用量。
2、提高边缘防腐性。电泳过程中，一些边缘部分由于涂料电化学作用，造成边角涂层特别薄，从而腐蚀易在此处发生，通过改善涂料的性能以提高防腐能力。
3、降低颜基比。颜基比就是涂料中颜料与树脂的比例，降低它可以增加树脂的含量，提高涂料的流动性，降低胶体的沉降速率，减少颜料絮凝以保护泵，降低材料消耗。
4、降低溶剂含量。溶剂含量越高对环境污染越大，不利于工作。降低它有利于保护环境，节约投资。
5、无铅无锡，更趋环保。铅在电泳涂料的防腐蚀催化、钝化和加速交联等方面起着重要作用，但含铅的颜料对裸钢板的防腐蚀影响很大，且铅本身是毒性很强的元素，环保上对其限制甚严。锡的性能与铅比较接近，通常二者混用。新一代电泳涂料通过改进树脂去除铅等重金属，更有利于环保。6、双层电泳的开发成功是涂装过程的一次革新。因为通过二次电泳，目前使用的中涂完全被省略了，从而简化了工艺，减少了人员，提高了涂料利用率，**高可达98%，并且进一步提高了车身的抗腐蚀能力，降低了成本。此外，降低电泳漆的烘干温度，可以节省能源和降低加热减量。加热减量从15%左右降到4%以下。溶剂的含量从2%-3%降到了0.4%-0.8%，大大降低了VOC的排放，用无机酸代替有机酸可以有效地防止细菌的生长。
电泳涂装采用超滤技术后，实现了半封闭循环清洗，提高了电泳漆的利用率。反渗透技术已在水处理应用方面取得了显著效果，为了进一步减少电泳涂装的废水排放量，提高电泳漆的回收率，一些大公司已尝试将RO技术应用于电泳涂装。只要在原有工艺中加装RO设备就可以实现。 七、结语 #p#分页标题#e#
电泳漆是**早开发的水性涂料，涂装效率高、经济安全、污染少，可完全实现自动化管理。目前第五代阴极电泳漆已在世界各地汽车厂的生产线上获得广泛应用。阴极电泳涂装技术，由于其涂层具有优良的外观、耐蚀性及低污染性等优点，应用领域日益扩大，已成为涂装领域不可缺少的方法之一。今后，在阴极电泳涂装新技术开发的过程中，涂装工艺应向着节省能源、降低劳动强度和生产成本、减少环境污染等方向发展。
