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在東莞電泳涂裝必須了解的知識


                                                                                             陰極電泳涂裝技術的發展
    摘要:在扼要分析陰極電泳涂裝原理的基礎上,概述了陰極電泳的特點、在涂裝行業中的應用以及國內外陰極電泳涂裝的發展狀況,探討了前處理及電泳工藝參數對陰極電泳質量的影響,并展望了陰極電泳涂裝技術的發展方向。
    關鍵詞:陰極電泳;涂裝技術;陰極電泳涂料
    0引言
     電泳涂料源于20世紀30年代,從20世紀60年代中期開始研究合成陽離子型樹脂,并于20世紀70年代初用于對耐腐蝕性能要求高的家用電器上作底漆,隨后逐漸開發出了耐蝕性能更高且具有裝飾性效果的陰極電泳涂料,由于其具有優良的防腐蝕性、高泳透率、高流平性、高裝飾性且涂裝自動化程度高、涂裝污染少等特點,廣泛應用于機動車工業中,并推廣應用到建材、輕工、家用電器等工業領域以及五金和工藝品的表面防腐和裝飾[1-2]。
     1陰極電泳原理[3]
     陰極電泳是帶正電荷的陽離子樹脂通電后向陰極移動,由于陰極附近pH值上升,發生粒子交換,陰極涂料就析出覆到試件上。概括起來,它包括電解、電泳、陰極電沉積、電滲四種現象。下面以環氧樹脂類陰極電泳漆為例,來分析陰極電泳過程。
     環氧樹脂一般帶有堿性基團,用有機酸(如醋酸)中和后生成鹽而溶于水。同時,由于水的離解,在直流電場作用下,陰極電泳過程如下:
     (1)電解反應:2H2O+2e-=H2↑+2OH-;
     (2)電泳:RN+H(C2H4OH)2:和H+向陰極運動;
     (3)陰極電沉積:由H+在陰極放電,陰極和漆液界面處,OH-濃度升高,當OH-濃度增加到一定數值時(pH值最高可達12),漆膜便在陰極(工件)表面產生沉積;
     (4)電滲:電泳涂裝過程中,漆膜沉積的初始階段,
     粒子(或離子)電荷不一定全部被中和、放電。沉積所得的漆膜結構是疏松的,含水量相當高,離子能通過。因此,電滲的作用是:當繼續通電時,陰極表面產生的陰離子通過漆膜向陽極方向移動,并在漆膜表面與涂料粒子中和形成新的沉積漆膜。同時,陰離子滲出時夾帶著水分子移動,使漆膜內所含水分逐漸排到漆膜外,最后形成含水率很低,電阻相當高的致密漆膜,這種漆膜就可直接進入烘箱中固化,形成最終的電泳涂層。
     2陰極電泳的特點
     與陽極電泳涂裝法相比,它具有如下優點:被涂物不發生陽極溶解,使涂膜與底材的附著力和防腐蝕性能均有所提高;漆基中含有防止底材腐蝕的基團(如含氮基團),耐腐蝕性和泳透力均高于陽極電泳涂料,因而使被涂物的內腔和焊縫泳涂得更好[4]。
     4陰極電泳涂裝的應用
     目前,世界汽車生產中有92%使用電泳涂料(ED),其中有90%采用陰極電泳涂料(CED)。以福特和通用汽車公司為例,從1977年1月開始投建汽車車身陰極電泳涂裝線至今,這兩個公司的陰極電泳涂裝線占汽車車身涂裝線的99%;而日本各汽車公司為在各國際市場上獲得競爭能力,繼美國之后,于1977年10月投建了第一條汽車車身陰極電泳線至今,也有95%以上的汽車車身采用了陰極電泳涂裝線。我國汽車工業于2O世紀8O年代中期應用陰極電泳漆,如今第二汽車制造廠的東風汽車車身,大眾的桑塔納,還有奧迪、標致等轎車車身百分之百采用了陰極電泳漆,其他如汽車零部件、車箱、車架等,為提高這些薄板件的使用壽命,也紛紛采用了耐蝕性高的陰極電泳漆。
     由于陰極電泳涂料有著優良的防腐蝕、滲透性和裝飾性能,不但應用在汽車行業中,還廣泛地應用在其他行業中。如在建筑材料中,防火門、鋼窗等涂裝耐候性好的雙涂層的環氧樹脂陰極電泳涂料,鋼制家具和間壁材料使用丙烯酸樹脂系陰極電泳涂料。在五金行業中,電泳鎖具、金屬眼鏡架、自行車部件、文具、皮箱扣、打火機等用品,均取得了令人滿意的效果[5-6]。
     4國內外陰極電泳涂裝的發展概況
     4.1國外陰極電泳發展概況
     陰極電泳涂裝最先在美國應用。早在20世紀60年代中期聯邦德國BASF公司和美國PPG公司首先進行了陽離子型樹脂的合成(即陰極電泳的研究)。1971年美國的PPG公司開始應用第一代陰極電泳漆。先在菲利普公司的電冰箱、洗衣機以及干燥機等耐腐蝕性能要求高的家用電器上作底漆。1976年6月美國通用汽車公司將汽車部件采用PPG公司第二代陰極電泳漆(CED-3002)獲得成功。1977年開始正式用陰極電泳漆為底漆來涂裝汽車車身。1978年美國通用汽車公司和福特汽車公司基本上把原來使用的65條陽極電泳涂裝生產線改用新的陰極電泳涂裝生產線。1977年日本和英國由美國PPG公司引進技術以后,他們的汽車涂裝從1978~1979年也向陰極電泳涂裝轉化。到1978年底初步統計,世界上約有120條陰極電泳涂裝線,其中美國有70條以上,日本有20條,歐洲有10條[7]。到20世紀80年代初期幾乎所有的汽車電泳線都由陰極電泳取代了陽極電泳涂裝。
     4.2國內陰極電泳發展概況
     我國于1976年開始陰極電泳涂漆的研究。第一代陰極電泳涂料由當時的兵器部五四研究所(現改為五九所)于1979年首先研制成功,并在軍工產品上得到了一定的應用。隨后化工部涂料所(現常州涂料化工研究院)、上海涂料所以及沈陽、北京、天津等大中型造漆廠也做了大量陰極電泳涂料的開發研制工作[8]。在“六五”期間我國涂料工業從日本、澳大利亞和英國引進了陰極電泳涂料制造技術和涂料技術。前幾年我國先后從美國、德國、意大利等國引進先進涂料技術和涂裝設備。第一條現代化流水生產的汽車車身陰極電泳涂裝生產線于1986年7月在第一汽車制造廠車身廠投產。隨后第二汽車制造廠和濟南車身陰極電泳線相繼投產,在我國汽車工業中形成了陰極電泳涂裝替代陽極電泳涂裝趨勢。到1990年底共建成投產的陰極電泳涂裝線有21條(其中車身涂裝線16條),至1994年底投產的已接近40條,還有幾條生產能力為10萬輛以上陰極電泳涂裝線(一汽-大眾、上海-大眾、天津夏利等大槽電泳線)。到1999年我國已有幾十條生產線投產,僅10萬輛以上的陰極電泳涂裝線就有5條以上(如:第一汽車制造廠大眾有限公司、上海別克汽車有限公司等上百噸的電泳槽生產線)已于2000年之前建成投產。今天陰極電泳漆已占汽車涂裝市場的大部分[9]。
     5陰極電泳涂裝工藝
     在陰極電泳涂裝過程中,除了電泳設備與電泳涂料等客觀因素影響涂膜質量外,電泳前處理及電泳工藝參數,對涂膜的性能起著關鍵性作用。
     5.1電泳前處理
     5.1.1脫脂
     工件表面的油污必須首先徹底清除,脫脂普遍采用水基型脫脂劑。脫脂工藝要點是控制脫脂溫度、濃度和脫脂時間。脫脂溫度過高,水解速度加快,工件表面易泛黃;溫度過低,不利于脫脂液中表面活性劑的潤濕、乳化、增溶等作用,脫脂不干凈。脫脂溫度一般控制在50~60℃為佳。同時,脫脂液pH值高,脫脂能力強,反之脫脂能力差,一般脫脂液總堿度控制在10~20點。
     脫脂的方式以噴浸聯用為好,因為噴淋時的沖擊力有利于油污除去(壓力為0.06~0.12MPa,時間3min),浸漬能除去工件內部不易沖洗的油污(時間3min)。
     脫脂后應清洗干凈,否則金屬表面覆蓋一層堿性物質,使金屬表面活潑晶核被覆蓋,導致晶核數減少,使后續磷化膜粗糙、發花,最終影響抗腐蝕性能。
     4.1.2磷化
     磷化膜質量的優劣,主要表現在所生成晶體粗細和致密程度、表面有無沉淀物以及膜厚等方面,它們的差異對漆膜結合力產生不同的影響。
     適用陰極電泳的磷化膜應薄(2~6μm),吸漆量小。常用低溫、低渣快速磷化工藝,但是中溫磷化工藝穩定,磷化膜質量比低溫磷化好。
     磷化工藝的關鍵是控制磷化溫度、時間、促進劑含量及磷化液的游離酸和總酸度。一般控制磷化液溫度38~45℃,浸入時間3min,總酸度20~27點,游離酸0.7~1.3點,含鋅量0.9~1.2g/L,磷化出槽噴淋1min,噴淋壓力0.04~0.06MPa。
     另外,磷化后的清洗工序不能忽視,必須徹底洗凈磷化膜上殘留的可溶性鹽,因為這種可溶性鹽在濕熱條件下,易引起涂層的早期起泡和脫落;另外,這種可溶性鹽帶入電泳槽會嚴重污染電泳漆。一般磷化后,先用自來水噴淋清洗,然后用去離子水噴淋。
     5.2陰極電泳涂裝工藝[10]
     5.2.1電壓
     通常電泳時間是固定的,膜厚是通過提高或降低電壓
     來調節。提高電壓可增加工件內表面及半封閉面的漆膜厚度,但由于工件入槽瞬間沖擊電流太大,漆膜沉積速度過
快。易造成漆膜外觀和性能變劣。電壓過低,電沉積速度
太低、效率低、漆膜薄、泳透力差。一般在保證漆膜外觀
質量的前提下,盡可能采用較高的電壓進行電泳,電壓控制在150~220V。
     5.2.2溫度
     一般電泳溫度范圍25~28℃,對于厚膜電泳涂裝,通常升高溫度,漆液黏度降低,電極反應加快,膜厚增加,同時電泳膜表面粗糙度降低。溫度過高,沉積速度加快,漆膜粗糙甚至產生裂紋;另外泳透力降低,并使槽液穩定性變差,漆液不易控制。對厚膜電泳,槽溫一般推薦28~30℃,在此范圍內能獲得均勻、光滑的涂層。
     5.2.3pH值
     電泳漆的pH值是控制漆穩定性的最重要因素,電泳過程中必須保持pH=5.90~6.15。電泳漆是酸溶物質,依靠保持適當的酸度使漆溶解,pH值升高,酸量減少,漆開始不穩定。pH值高于6.15,開始生成難溶物質,漆膜質量變差。當pH值降低時,電泳電流增大,電沉積量增加,有利于漆膜形成,但隨pH值的降低,漆膜再溶解增加,當電沉積和溶解達到平衡時,酸度再增加會使漆膜反而變薄。
     5.2.4電導率
     操作時,漆的電導率一般在1200~1600μΩ/cm,保持電流的適當流動,從而保證涂層的質量。當電導率過高,電解反應加劇、顏料分散性差、光澤降低,而且漆膜也易含有雜質,降低了漆膜的防腐蝕性能。
     5.2.5固體分
     在正常范圍內,固體分對電沉積量的影響不大,因為濃度增加,黏度也相應增加,運動速度與黏度成反比。但固體分過高時,電泳速度過快,漆膜變得粗糙,甚至呈桔皮狀。固體分過低時,泳透力低,漆膜的遮蓋力不好,漆膜薄,易產生針孔,槽液穩定性變差。故厚膜電泳的固體分應控制在18%~25%。
     5.2.6顏基比
     顏基比失調,會導致漆膜的外觀質量和抗腐蝕能力變差。顏基比過高,漆膜粗糙無光澤,甚至顏料發生沉積;顏基比過低,漆膜雖有光澤,但易產生針孔,漆膜抗腐蝕能力降低。因此對厚膜電泳,抗腐蝕要求較高的涂層,顏基比為0.24~0.30。
     5.2.7溶劑
     電泳漆中的溶劑含量對電泳質量影響較大。溶劑含量太低,降低了樹脂在水中的溶解性。溶劑含量過高,漆膜厚,使電泳漆的破壞電壓降低,槽液不易控制,故溶劑含
    量一般在1%左右。
    5.2.8電泳時間
    工件在電泳槽內的時間越長,膜厚及泳透力增加。不過電泳時間過長,涂膜的厚度不會再增加。因此,在保證涂層質量的前提下,應盡量縮短時間,提高生產效率。通常大型工件用3~4min,一般工件只需2min。
    5.2.9烘烤的溫度和時間
    電泳漆烘烤的溫度和時間,對漆膜的耐腐蝕性和抗石擊性均有很大的影響。高溫長時間烘烤,可能導致漆膜變脆,故一般烘烤溫度在180℃左右,時間約為0.5h。陰極電泳涂裝技術,由于其涂層的均勻性和優良的耐蝕性,生產性以及低污染性等優點,應用領域日益擴大,已成為涂裝領域不可缺少的方法之一。今后,在陰極電泳涂裝新技術開發過程中,涂裝工藝應向著節省能源、降低勞動強度和生產成本,減少環境污染等方向發展。
 
 
 
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