首页 > 行业新闻 > 新闻详情
电泳漆在铝材涂装的应用及质量分析
发布:2018-11-5

近年来,我国的水性电泳漆技术得到了很大发展,电泳漆已在我国大中铝加工行业得到大面积的推广应用,对影响涂装性能的因素也作了较深入的研究。同时,高光电泳漆、哑电泳漆、彩色电泳都相继得到应用,这表明丙烯酸涂料工业的技术水平在我国得到迅速提高。

1

水性电泳漆


电泳漆以水性低溶剂合成,是新型的低污染、省能源、省资源、起作保护和防腐蚀性的涂料,具有涂膜平整,耐水性和耐化学性好等特点,容易实现涂装工业的机械化和自动化,适合形状复杂,有边缘棱角、孔穴工件涂装。


目前被大量应用于铝合金建筑铝型材、汽车、机电、家电等五金件的涂装。电泳涂料及涂装法在20世纪60年代后获得工业应用,采用电泳涂料可以进行全封闭循环系统运行,涂料几乎98%利用。电泳涂膜以水溶性或水分散性离子型聚合物为成膜物,被涂工件可以是阳极也可以作为阴极。


01这电泳涂漆结构

电泳涂漆主要成分包括丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂(作为丙烯酸树脂交联剂)、中和剂、溶剂A、溶剂B以及去离子水等。


02丙烯酸树脂

(1)提供水溶性和固联交化反应的功能团。


(2)提供金属表面防腐、耐候性強的漆膜。


(3)提供漆膜软硬度。(即柔软性和表面硬度)


能提供这些性能就要求丙烯酸树脂具有一定的分子量,微粒状的大小就是树脂的分子的大小,分子量一般在30000~40000。分子量太低,各单体聚合就小,功能团也小,会产生以上功能团不足的现象。


03中和剂

二甲基乙醇胺或三乙胺。因为丙烯酸本身不具有水溶性,所以必须和碱发生中和反应之后才产生水溶性。


04溶剂A和溶剂B

溶剂A:起漆液分散和消泡作用,溶剂B:起溶解树脂、湿润、流平的作用。


溶剂A具有很强的挥发性,需通过加漆或直接补加,补加量与生产量(450m/吨)关系和固体份高低的关系:


(1)生产产量≥800t/月,原漆含有20%溶剂,需补加挥发部分,按生产量添加(0.5kg/t)


生产产量≥500 t/月,需补加,按生产量添加(1.0kg/t)


生产产量≥300 t/月,需补加,按生产量添加(2.0kg/t)


(2)根据漆液的固体份溶剂的控制范围如下表。

注:用气相色谱仪测验。(各供应商剂量有所不同)


(3)溶剂A和溶剂B的相互作用与匹配,一般溶剂A要比溶剂B大0.15~0.2%,其相互作用为:


① 溶剂A通过溶剂B的湿润作用把电泳过程中所产生的气泡带出.如带出效果不好,就会产生气泡残留(针孔、凹坑);


② 溶剂B通过溶剂A的分散作用把树脂分子更加均匀地分散于水中,这样一来上膜均匀性大大提高;


③ 溶剂A与溶剂B共同构成一个理想的电泳工作状态。


(4)溶剂A与溶剂B不匹配所产生的问题:


① 如溶剂A少,溶剂B高会产生漆膜溶解,特征是漆膜表面产生麻面,没有光泽;


② 如果溶剂B少,溶剂A多,会产生流平性变差,沥干时漆膜不容易干燥,就会产生水渍痕与干燥痕,特别是气温低时会产生失光流痕带(特征:呈不规则的带状);


③ 如果溶剂A与溶剂B一样高时,易产生沥干时漆膜表层过于快速干燥,漆膜底层水分不易跑出来,会产生干燥痕;


05胺浓度

胺浓度反映的是漆膜里所含的中和剂的浓度,它与PH值有一定的关联,PH是指漆液里的游离中和剂。


(1)游离中和剂的概念就是在电泳过程中,把与丙烯酸树脂结合的中和剂通过树脂分子的沉析而分解出来,所以在生产过程中,PH会有所升高。胺浓度与固体份有很大的关系,如果胺浓度过低,需要提升时中和剂,其计算方法为:


1MEQ=[总槽液的重量×固体份(%)×101]/100000=()kg(TEA)


酸价即酸值是一个丙烯酸树脂未被中和的那部分酸性,和胺浓度共同构成中和度即中和率


中和率=(胺浓度×56.1)/(酸价×100)×100%


(2)中和率一般要求65%-70%。在此状态下,漆膜具有非常好的丰润度、饱满度和光泽。中和率≤65%时就没有以上三个优点,当中和率≥70%时,丰润度、饱满度很好,但漆膜耐碱性差,光泽又不好,甚至会造成漆膜脱落(原因:因为固联交化的功能团被破坏,漆膜的网状结构没有形成)。


(3)影响中和率的另一因素即酸价,当酸值大,中和率就下降,当酸价小时中和率就上升,对于中和率的控制,与生产过程中操作有密切关系,其要求为:


① 加漆搅拌时固体份不能太大,否则漆的溶解不好,同时加漆时加漆罐中固体份应小于20%。


② 搅拌时间不能太长或总固体份不能太低,否则会产生过分溶解,酸价就小了,过分溶解还会带来破坏树脂分子结构的后果,造成漆膜耐酸碱性差,搅拌时间以30min为宜,不宜超过1个小时。

2

电泳漆应用于铝合金型材电泳工艺分析

01电压

电泳涂装普遍采用的是定电压法,设备相对简单,易于控制。电压对漆膜的影响很大,与被涂的阳极工件面积大小、槽液温度、两极间距离有关。


电压越高,电泳漆膜越厚,对于难以涂装的部位可相应提高涂装能力,缩短施工时间。但电压过高,会引起漆膜表面粗糙,烘干后易产生“橘皮”现象。电压过低,电解反应慢,漆膜薄而均匀,泳透力差。


电压的选择由涂料种类和施工要求等确定。一般情况下,电压与涂料的固体分及漆温成反比,与两极间距成正比。铝和铝合金表面可采用80~130V,电压缓慢升高,升高到设定值时,或到设定时间时(一般是2 — 3min)断电。


02电流与时间

一般在电泳工艺中大都采用定电压控制,因此电流是随时间变化而变化的。典型的电流与时间曲线见下图。

由图可见,电泳初期电流很大,但很快迅速减弱。这是由于刚通电时,被涂物(工件)表面裸露,电流值取决于槽液电阻,而槽液电阻一般不大,所以电流较高。


但在电泳过程中,涂料开始在工件表面沉积析出并形成湿膜后,由于湿膜是一层含水较低(5-6%)的有机涂膜层,电阻比较大。随着湿膜的增厚,电阻迅速增大,而电压保持恒定时,电流则会迅速随之下降,当电流下降至一个很小的值时,表示涂膜已停止增长,此时膜厚为一定值。


一般来说,对于每一个给定电压值V,总有相对应的一个膜厚B,所以通过调整电压,就可以对涂膜的厚度进行控制。


若电压值低至一个很小值Va,出现了涂膜很薄,甚至泳不上的现象时,称Va为临界电压。电压低于Va时,B=0;若对已涂上涂膜的工件施加电压,并升至某一个值Vb时,若出现了电流骤然增大的现象,此时可以认为涂膜已经被破坏了,Vb称为破坏电压,也称为湿膜击穿电压,Va和Vb是涂料中的一个重要指标,当Va和Vb给定历涂装的工艺电压值就只能在Va-Vb范围内选择。


由电泳反应机理可知,在电泳过程中,阴极上的反应主要有两个,一是电沉积,另一个是电解。


电沉积是成膜反应,而电解主要是析氧反应,所以,电泳时的表现电流应该包括两部份:I=I1十I2。I1是电沉积电流,I2是电解析氧电流;当给定一个电压,电流I随时间变化很快下降到一个稳定值I0。


此时,膜厚不再增加.可以认为I1=0(注:实际上此时由于湿膜在溶液中可能发生局部溶解,而产生一个膜修补电流I1',一般说I1'很小,为讨论方便,暂可认为I1'=0)所以I0I2(见下图)可称之为稳定电流。

或剩余电流,该电流反应析氧反应的强弱。而电流由最高值下降到I0的时间T1,称为成膜时间,也称为最小电泳时间。T1表示电沉积成膜反应的速率,T1越小,电沉积速度越快,T1越大,电沉积速度越慢。


I0和T1都是电泳过程中的两个重要指标,它们是一个多元函数,受涂料本身性质、槽液温度、PH值、电导率、固体成份、甚至工件大小和形状的影响而变化。


一般涂料性能指标是无法给出这两个指标值,但在实际工艺控制中,通过对I0和T1的变化和观察,可判断电泳过程是否正常,并通过经验和数据的积累,作为调定电泳电压、时间以及其他参数的参考依据。


03电泳时间

漆膜厚度随着电泳时间的延长而增加,但当漆膜达到一定厚度时,继续延长时间,也不能增加厚度,反而会加剧副反应;


反之,电泳时间过短,涂层过薄。电泳时间应根据所用的电压,在保证涂层质量的条件下,越短越好。一般工件电泳时间为1至3分钟,大型工件为3至4分钟。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。


04槽液温度

温度高,则黏度降低,成膜速率快,但温度过高,漆液不稳定,漆膜粗糙,有流挂现象,还会引起涂料变质;温度低,漆的水溶性差,电沉积量减少,电泳漆电沉积量少,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,将导致槽液温度上升。一般漆液温度控制在20~26℃。


05涂料的固体分

电泳原漆的固体分一般为40~60%左右,施工时,需用高纯水将涂料固体分控制在5%~6%。


固体份含量过高,漆液黏度大,泳透力降低,电渗性不好,漆膜粗糙,附着力差;固体份含量低,漆液电阻大,漆膜过薄,漆膜的遮盖力不好,涂料的稳定性差,如果增高电压,电解反应加剧,电沉积效果差,漆膜容易产生针孔和桔皮等缺陷。


在电泳涂漆过程中,漆液的固体份含量不断被消耗,必须定时补充原漆。原漆的补充应根据原漆的品种、性质及工件形状和工艺条件等而定。配制漆液一般可按下面公式进行计算:


加漆量W=A×B/C


式中:


A:预计用水稀释后漆液总重(L);


B:预计用水稀释后漆液固体份(%);


C:原漆的固体份(%);


W:加漆量,即需加入原漆重(kg)。


06涂漆的PH值

在电泳过程中,由于带负电的树脂离子涂于工件被带走,同时,由于电解作用,阴极不断产生胺(氨),漆液的pH值就逐步上升,电泳涂漆的PH值直接影响槽液的稳定性。


pH值过高时,漆液的比电阻下降,泳透力降低,新沉积的漆膜会溶解,并易出现针孔、表面粗糙等缺陷;pH值偏低时,漆液稳定性差,漆液的水溶性下降,电泳漆膜层粗糙,严重时出现桔皮,严重地影响了表面的平整度及漆膜的防腐性能,严重时会产生凝结现象,而使漆液变质,甚至无法电泳。pH值通常控制在7.8~8.2之间。


07漆液电导率

被涂物件从前一道工序带入电泳槽的杂质离子等引起涂料电导率的下降,电导率控制在l 300~800μs/cm,每天检测1次。测量方法是取样加热到25 ℃,用电导率仪测量。


(1)电导率高,漆膜粗糙,出现桔皮.附着力差,耐腐蚀性降低 原因是杂质离子的混人或槽液更新、变质酸败引起电导率升高采取的措施是增加超率时间,滤出杂质离子,补充脱离子水(电导率不超过10μs/cm)。


在管理过程中使槽液温度控制在一定范围内,槽液更新期不超过3个月。


(2)电导率过低.导电性差,漆膜薄。原因是电泳涂料沉淀过多.循环搅拌不好采取的措施是检查搅。


(3)循环系统保持正常,如有故障应及时维修。每天检查循环系统.保证其正常运行,循环系统要保持24h全天运行,防止沉淀。


08工作与阴极间距离

距离近,沉积效率高。但距离过近,会使漆膜太厚而产生流挂、橘皮等弊病。一般距离不低于25cm。


阳极与阴极面积之比控制在l比0.7为好。若阴极面积过小,电流密度较大,析氢量增加,影响涂膜质量,对大型而形状复杂的工件,当出现外部已沉积很厚涂膜,而内部涂膜仍较薄时,应在距离阴极较远的部位,增加辅助阴极。


09溶剂

电泳漆中除用水作溶剂外,还加入适量的有机溶剂作助溶剂,它可以改进树脂的水溶性及改善漆膜的表面状态,常用的溶剂是API等醇类。溶剂必须适量。


过多,漆液变混浊,泳透力降低,漆膜发粘,易破裂;溶剂过少,漆液的水溶性降低,漆液不稳定,漆膜粗糙,不丰满,并可能产生气泡和桔皮等现象。


10热水烫洗

一般的看法其主要作用是氧化膜微孔处于半封闭状态,除此外其实际作用还有通过热水洗使氧化膜膨胀,把氧化膜孔中残留酸挤出。


11纯水洗

把附着在型材表面的残留酸洗干净。热水洗的要求:PH≥5.5,电导率≤50μs/cm


12电泳液精制处理(离子交换处理)

(1)进行涂装时,随着涂料中胺的游离,PH也上升,并且因带入了前处理工程的不净物(硫酸根等),涂料会随着劣化。须采用离子交换来除去阳离子成分(胺、金属离子)和阴离子SO42成分。


(2)离子交换树脂:


阴离子型树脂:强碱型(DIAION SA-10AP)ED液总量的1/80


阳离子型树脂:强酸型(WK-40)阴离子树脂的1/3


(3)离子交换处理


① 电泳过程中胺浓度超过管理范围时进行离子交换,通常原则上是阴,阳离子


② 但在下述场合进行阴离子单独通液。加热残分,胺浓度在管理范围内,电导度超过管理范围上限硫酸根在15PPM以上时外观发生异常时


13通液

(1)按规程操作


(2)通液量。阴离子通液应为电泳液量的1/2,通常需要2小时,阴离子交换后PH值,电导率没有变化时,说明离子交换树脂能力降低,应停止使用。


阳离子交换和阴离子是一样的,PH过低时通过拖延启动,缩短通液时间,或通过树脂再生,恢复功效。


(3)离了交换树脂再生


阴离子交换树脂再生:  NaOH   100g/1—R;

阳离子交换树脂再生:  HCL    50g/1—R;

再生剂:(NaOH   HCL )使用前应确认其浓度和体积。


14水洗漆液回收(RO)

(1)第一道水洗(RO1)


温度:室温


PH:<8.2~8.6


固体份:<1%


电导率:低于100us/cm


(2)第二道水洗(RO2)


温度:25±3℃


固体份:<0.3%


PH:8.4~8.8


电导率:低于50us/cm


综合整理自:铝加工


[打印]

主 办 单 位
中国表面工程协会电镀分会
中国表面工程协会涂装分会

广东省涂料行业协会

广东智展展览有限公司


协 办 单 位

中国汽车汽配用品联合会
香港金属表面处理学会
北京、上海、广州、深圳、温州、福建等各地表面工程/电镀协会

同期活动
参观登记
 
 
广东智展展览有限公司 粤ICP备05138619号    展会介绍  |  展会新闻  |  行业新闻  |  网站地图  |  免责声明  |  联系我们  |  智展官网