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阴极电泳涂装性能特点及工艺发展前景

  所谓阴极电泳涂装,是一种特殊的涂膜形成方法,以被涂物为阴极,所采用的电泳涂料是阳离子型(带正电荷)它是将具有导电性的被涂物浸渍在装满水稀释的、浓度比较低的电泳涂料槽中作为阳极,在槽中另设置与其相对应的阳极,在两极间通直流电,在被涂物上析出均一、水不溶的涂膜的一种涂装方法。
 
  电泳涂料源于20世纪30年代,从20世纪60年代中期开始研究合成阳离子型树脂,并于20世纪70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、阴极电泳原理
 
  阴极电泳是带正电荷的阳离子树脂通电后向阴极移动,由于阴极附近pH值上升,发生粒子交换,阴极涂料就析出覆到试件上。概括起来,它包括电解、电泳、阴极电沉积、
 
  电渗四种现象。下面以环氧树脂类阴极电泳漆为例,来分析阴极电泳过程。
 
  环氧树脂一般带有碱性基团,用有机酸(如醋酸)中和后生成盐而溶于水。同时,由于水的离解,在直流电场作用下,阴极电泳过程如下:
 
  (1)电解反应:2H20+2e-=H2↑+20H-;
 
  (2)电泳:RN+H(C2H4OH)2:和H+向阴极运动;
 
  (3)阴极电沉积:由H+在阴极放电,阴极和漆液界面处,OH-浓度升高,当OH-浓度增加到一定数值时(pH值最高可达12),漆膜便在阴极(工件)表面产生沉积;
 
  (4)电渗:电泳涂装过程中,漆膜沉积的初始阶段,
 
  粒子(或离子)电荷不一定全部被中和、放电。沉积所得的漆膜结构是疏松的,含水量相当高,离子能通过。因此,电渗的作用是:当继续通电时,阴极表面产生的阴离子通过漆膜向阳极方向移动,并在漆膜表面与涂料粒子中和形成新的沉积漆膜。同时,阴离子渗出时夹带着水分子移动,使漆膜内所含水分逐渐排到漆膜外,最后形成含水率很低,电阻相当高的致密漆膜,这种漆膜就可直接进入烘箱中固化,形成最终的电泳涂层。
 
  2、阴极电泳的特点
 
  电泳涂装明显优于其它涂装工艺。它与其他涂装方法相比较,具有下述特点:
 
  (1)阴极电泳漆具有优异的抗腐蚀性能。
 
  (2)阴极电泳底漆涂层均匀、平整、光滑,具有出色的附着力、耐冲击性能、耐腐、防锈性,已经能很好地满足底漆所要求的各项机械性能,及与中涂、面漆的配套性。
 
  (3)电泳漆是水溶性涂料,以水为溶解介质,其有机溶剂含量低而具有突出的环保优势。
 
  (4)电泳涂装效率高,涂料损失小,涂料的利用率可达90%~95%。
 
  (5)用于大量流水线的生产工艺,施工可实现自动化连续生产,大大提高劳动效率
 
  3、阴极电泳涂装的应用
 
  目前,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至今,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各国际市场上获得竞争能力,继美国之后,于1977年10月投建了第一条汽车车身阴极电泳线至今,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2O世纪8O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、标致等轿车车身百分之百采用了阴极电泳漆,其他如汽车零部件、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。
 
  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,还广泛地应用在其他行业中。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。
 
  4、国内外阴极电泳涂装的发展概况
 
  国外阴极电泳发展概况
 
  据了解,阴极电泳涂装最先在美国应用。早在20世纪60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。1978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70条以上,日本有20条,欧洲有10条。到20世纪80年代初期几乎所有的汽车电泳线都由阴极电泳取代了阳极电泳涂装。
 
  国内阴极电泳发展概况
 
  据了解,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。随后化工部涂料所(现常州涂料化工研究院)、上海涂料所以及沈阳、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。
 
  (5)用于大量流水线的生产工艺,施工可实现自动化连续生产,大大提高劳动效率
 
  3、阴极电泳涂装的应用
 
  目前,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至今,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各国际市场上获得竞争能力,继美国之后,于1977年10月投建了第一条汽车车身阴极电泳线至今,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2O世纪8O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、标致等轿车车身百分之百采用了阴极电泳漆,其他如汽车零部件、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。
 
  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,还广泛地应用在其他行业中。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。
 
  4、国内外阴极电泳涂装的发展概况
 
  国外阴极电泳发展概况
 
  据了解,阴极电泳涂装最先在美国应用。早在20世纪60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。1978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70条以上,日本有20条,欧洲有10条。到20世纪80年代初期几乎所有的汽车电泳线都由阴极电泳取代了阳极电泳涂装。
 
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  据了解,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。随后化工部涂料所(现常州涂料化工研究院)、上海涂料所以及沈阳、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。

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