阴极电泳涂装技术（环境与化学工程学院马亚飞）摘要：本文简要介绍了阴极电泳涂装的原理、工艺流程及设备、涂装工艺参数、工艺特点、应用及电泳涂装在国内外发展趋势关键词：阴极电泳，工艺参数，工艺流程，发展趋势引言电泳涂料源于2O世纪3O年代，从2O世纪6O年代中期开始研究合成阳离子型树脂，并于20世纪7O年代初用于对耐腐蚀性能要求高的家用电器上作底漆，随后逐渐开发出了耐蚀性能更高且具有装饰性效果的阴极电泳涂料，由于其具有优良的防腐蚀性、高泳透率、高流平性、高装饰性且涂装自动化程度高、涂装污染少等特点，广泛应用于机动车工业中，并推广应用到建材、轻工、家用电器等工业领域以及五金和工艺品的表面防腐和装饰。

1 阴极电泳涂装原理电泳漆是一种水溶性高分子树脂漆，经脱离子水稀释后，以分子和离子的平衡状态存在。

被涂物作为一个电极，与另一电极同时浸入电泳漆中，在直流电场作用下，两极之间产生电位差，水溶性高分子树脂离子在电场中定向移动到被涂物表面，形成一种均匀漆膜。

从而达到涂装目的整个过程伴随有物理、化学反应。

阴极电泳涂装是以被涂物为阴极，电泳漆采用阳离子型树脂材料，用有机酸中和，经水解后电泳漆离子带正电荷。

在直流电场作用下，阴极附近引起离子0H 积累一表面pH值上升，带正电荷的高分子树脂电泳漆离子向阴极移动，在阴极表面发生电沉积。

2 电泳涂装工艺流程及设备2．1 工艺流程电泳涂装的工艺包括电泳前的前处理、电泳两部分：即整车经过脱脂、磷化等前处理，再进行阴极电泳处理，其主要工艺流程为：车体预处理——上线——预脱脂——脱脂——水洗表调——磷化——水洗——水洗——纯水洗——新鲜纯水冲洗——电泳——超滤液洗——纯水洗——烘干——电泳完成转出。

2．2 电泳系统设备及作用涂装电泳设备除车身全浸入的电泳主槽外，还需要有一整套的设备系统来保障，主要有循环过滤系统、阳极液系统、超滤系统、纯水制造系统、温度调节系统、直流电源系统以及电泳涂装后的水洗装置、烘干装置等组成：(1)电泳槽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。

(2)循环过滤系统循环过滤系统直接影响着槽液的稳定性和漆膜的质量。

电泳槽外装有循环泵及过滤罐等装置，与电泳槽内底部的循环搅拌喷嘴相通，当循环泵开动时，漆液均匀循环，并过滤除去循环漆液中的杂质。

(3)阳极系统阳极系统主要由循环泵、阳极液槽、管道、阳极盒、阳极板、流量计和阳极膜等组成。

(4)超滤系统超滤是通过一种半透膜，将槽液中悬浮的颜料，高分子树脂截留返回电泳槽，同时槽液中通过半透膜的去离子水、有机溶剂、无机杂子、低分子树脂等收集汇流在一起成为超滤渗透液(UF液)，作为电泳后道工序的清洗液。

应当注意的是：超滤系统一旦运行后，需24h不停顿的连续运行，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过率和使用寿命。

(5)纯水(去离子水)制造系统电泳对水质的要求较高，好的纯水是保证电泳涂装性能的基础，一般纯水站内的纯水须控制在电导率10µs／cm以下。

(6)温度调节系统温度调节系统是通过热交换，保证电泳槽内漆液在一定的温度范围内。

由于在电泳过程中，电沉积作用时，部分电能转化成热能，同时循环系统的摩擦也产生热量，将导致电泳槽内涂料温度上升。

而涂料温度高，成膜速率快，但漆膜外观粗糙，还易引起涂料变质；温度低，电沉积量少，成膜慢，涂膜薄而致密。

一般漆液温度控制在28—3O℃，以达到较好的涂膜质量。

(7)直流电源系统电泳电源一般采用直流电源，其电压对漆膜的影响很大。

电压越高，漆膜越厚，对于难以涂装的部位可相应提高泳透力，缩短施工时间。

但电压过高，会引起漆膜表面粗糙，电压过低，电解反应慢，漆膜薄，泳透力差。

(8)水洗系统包括超滤液洗及纯水洗两道工序。

(9)烘烤装置电泳漆需要较高的烘烤温度(175±5) ，烘干30min才能完全固化。

一般电泳后的烘房设计采用温度较为均匀的热风循环烘烤方式。

3 电泳涂装的主要工艺参数3．1 电压电泳涂装采用直流定电压法。

电压对漆膜的厚度、外观等质量影响很大。

电压的选择由涂料种类和施工要求等确定。

在电泳投槽时进行调试，正式生产后，泳槽的电压控制在280 V左右，需定期进行检查及记录。

3．2 电泳时间电泳时间的长短直接影响电泳漆膜的厚度及外观。

电泳时间在电泳投槽进行调试确定后，编进自行葫芦程序内，是固定的。

电泳线采用自行葫芦按节拍自动进行。

3．3 槽液温度槽液温度低时，漆膜较薄；温度高，漆膜外观粗糙且槽液稳定性差。

一般漆液温度控制在28～3O℃，以达到较好的涂膜质量及漆液稳定性。

3．4 固体份和颜基比电泳漆的固体份和颜基比直接影响膜厚、外观等漆膜质量。

它是电泳涂装的重要控制参数。

3．5 涂料的pH值电泳涂料的pH值直接影响槽液的稳定性。

pH值过低，新沉积的涂膜会再溶解，漆膜变薄，电泳后冲洗会脱膜。

pH值过高，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5.9—6.3。

3．6 槽液的电导率槽液的电导率直接影响电泳漆的泳透力，泳透力是电泳漆膜是否均匀的最重要影响因素。

泳透力高，车身工件的内腔、缝隙等处漆膜厚度与外表面的漆膜厚度差异越小，工件所有部位的涂膜厚度也越均匀(整体质量好)。

因而在涂装施工中控制槽液电导率非常重要的。

为了得到高质量涂膜，可通过控制超滤设备及阳极液系统。

除去杂质正离子，将电导率控制在工艺要求的范围内。

3．7 工件与阳极间距离工件与阳极间距离过近或过远，都影响漆膜的厚度及质量。

为了使膜厚均匀一致，建议采用350～500mm较为适宜。

对于工件距离阳极较远的部位，其涂膜仍较薄时，应增加辅助阳极，以达到整个工件膜厚均匀。

4 电泳涂装工艺特点4．1 耐蚀性高，泳透力高阴极电泳是以被涂装物作阴极，在电泳时金属底材不溶解；阴极电泳涂料则以改性的环氧树脂与聚氨酯化合物交联为主流，集环氧树酯的优异性能与聚氨酯交联之优点于一身，这种涂料与涂装方式令其具有高耐蚀性到9O年代，阴极电泳涂料又比前几代电泳涂料有很大改进。

新一代的阴极电泳漆耐盐雾性可高达1000h，泳透率>80％。

它的这一高耐蚀性和高泳透力使得产品的防腐性能更上一个档次，也使得形状复杂的工件得以均匀上漆。

4．2 可以全自动化生产，提高阴极电泳漆的利用率电泳涂辩实际上是一种带电荷的水溶性成膜聚合物，在直流电场的作用下，泳向相反电极，并在其表面上沉积析出而得，可通过控制电泳的电压、时间、阴阳极距，固体分等因素来控制漆膜厚度。

在生产中很容易使其自动化。

在自动化生产中，采用超过滤系统于生产线，可使阴极电泳漆的利用率高达98％以上，节省了原料，同时也维护了槽液的稳定性。

4．3 安全，可靠电泳涂料是一种水溶性涂料，在生产过程中，有机溶剂大幅度减少，无防爆、易燃之虞。

在使用了超过滤设备后，提高了阴极电泳漆的利用率，同时也使困扰涂装行业的污水问题得到解决。

4. 4 涂膜厚度均一，流平性好，无流挂现象，具良好的覆盖力。

4．5 成本低电泳涂装虽然一次性投资较大，但从正常生产后的综合成本来看，仍属较为经济的一种。

5 阴极电泳涂装的应用目前，世界汽车生产中有92％使用涂料(SD)，其中有90％采用阴极电泳涂料(CED)。

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(匹茨堡平板玻璃公司)的Edl1厚膜阴极电泳涂料、Edl2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、渗透性和装饰性能，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冰涂料，钢制家具和间壁材料使用丙烯酸树脂系阴极电冰涂料。

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。

6 国外阴极电泳发展概况阴极电泳涂装最先在美国应用。

早在2O世纪6O年代中期联邦德国BASF公司和美国PPG公司首先进行了阳离子型树脂的合成(即阴极电泳的研究)。

1971年美国的PPG公司开始应用第一代阴极电泳漆。

先在菲利普公司的电冰箱、洗衣机以及干燥机等耐腐蚀性能要求高的家用电器上作底漆。

1976年6月美国通用汽车公司将汽车部件采用PPG 公司第二代阴极电泳漆(CED一3002 )获得成功。

1977年开始正式用阴极电泳漆为底漆来涂装汽车车身。

l978年美国通用汽车公司和福特汽车公司基本上把原来使用的65条阳极电泳涂装生产线改用新的阴极电泳涂装生产线。

1977年日本和英国由美国PPG公司引进技术以后，他们的汽车涂装从1978～1979年也向阴极电泳涂装转化。

到1978年底初步统计，世界上约有120条阴极电泳涂装线，其中美国有7O条以上，日本有2O条，欧洲有10条。

由于美国、日本、德国等许多涂料公司的不懈开发，2O世纪8O年代阴极电泳涂料又取得了许多新的成就。

其中最有代表性的是厚膜型阴极电泳涂料、低温固化型阴极电泳涂料及彩色阴极电泳涂料。

2O世纪8O年代末期，国际上形成了三大体系：以美国PPG公司为开端的防锈蚀阳离子型电泳涂料；以德国Hoechst公司为先驱的轿车、卡车用阳离子型电泳底漆；以日本神东、关西涂料公司为代表的改进型阳离子电泳涂料。

20世纪90年代后相继开发和发展了多种性能优异的阴极电泳涂料，如紫外光固化电泳涂料，自分层阴极电泳涂料，边角防锈型阴极电泳涂料等7 国内阴极电泳发展概况我国于1976年开始阴极电泳涂漆的研究。

第一代阴极电泳涂料由当时的兵器部五四研究所(现改为五九所)于1979年首先研制成功，并在军工产品上得到了一定的应用。

随后上海涂料所、兰州涂料所、沈阳、北京、天津等大中型造漆厂也做了大量阴极电泳涂料的开发研制工作。

在“六五”期间我国涂料工业从日本、澳大利亚和英国引进了阴极电泳涂料制造技术和涂料技术。

前几年我国先后从美国、德国、意大利等国引进先进涂料技术和涂装设备。

第一条现代化流水生产的汽车车身阴极电泳涂装生产线于1986年7月在第一汽车制造厂车身厂投产。

随后第二汽车制造厂和济南车身阴极电泳线相继投产，在我国汽车工业中形成了阴极电泳涂装替代阳极电泳涂装趋势。

到1990年底共建成投产的阴极电泳涂装线有21条(其中车身涂装线16条)。

至1994年底投产的已接近40条，还有几条生产能力为10万辆以上阴极电泳涂装线(一汽一大众、上海一大众、天津夏利等大槽电泳线)。

到1999年我国已有几十条生产线投产，仅十万辆以上的阴极电泳涂装线就有5条以上(如：第一汽车制造厂大众有限公司、上海别克汽车有限公司等上百吨的电泳槽生产线)已于2000年之前建成投产。