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罩光涂饰:电泳涂装

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-24  浏览次数:774

1.概述

   电泳涂装是一种优良的表面处理工艺。

   电泳涂装是在水溶性胶体电泳槽液中,在两极间加上一定电压,通以直流电进行电泳,经过一定时间;将带电荷的有机树脂的胶体微粒沉积在工件上,析出不溶于水的、均匀的绝缘湿膜,经清洗、烘于固化形成膜层。

   电泳涂料根据电泳液中有机树脂所带电荷不同而使涂料膜分别在阴极或阳极析出,因而分为阴极电泳涂料和阳极电泳涂料。

   在电泳时,由于槽液中水也被电解成氢气与氧气。氧气在阳极析出,若工件在阳极上其表面会氧化变色,所以阳极电泳涂料不适用于锌及锌合金、铜及铜合金和仿金等,对不易氧化的如镍、不锈钢等可以使用;而阴极电泳涂料析出氢气,无氧化弊病,所以适用于各种工件。作为罩光涂装工艺,以采用阴极电泳涂料为妥。

   现在阴极电泳已应用在金、钯、铂、铬、黑铬、镍、锌及锌合金、枪色、镍锡、锡钴、锡镍铜、铜锌锡、仿金、镍钨、钛、铁、不锈钢、锡钴钨、铝氧化、银、黑镍、黄铜、铜及铜合金等。

   电泳涂装是一种比较复杂的电化学反应过程,电泳涂料是具有胶体和悬浮体系特征的多组分体系,存在着弥散相(树脂、染料微粒)和连续相(水)两种组分。在工作时有电解、电泳、电沉积及电渗透四种作用同时发生。

   电泳涂装给表面处理工业带来了新的活力,它有以下三个优点。

   (1)优良的质量 因为电泳涂层是不导电的,工件那部分电流大就先析出,生成膜层后就不再继续析出了,而在电流小处(未析出膜层处)仍在电泳,膜层慢慢生成,故在工件不同电流密度位置会形成均匀的厚度,膜层均一、密着性好、抗蚀性也好,若采用有色电泳涂装,可取代部分电镀与喷涂。

   (2)简化生产流程若在白色工件表面直接电泳仿金、古铜等有色电泳涂料,则可简化或取消不少电镀工序。降低生产成本,缩短作业时间,并可实现自动化生产。

   (3)无环保问题由于电泳工序的电泳液循环使用,少量渗透液简单处理即可,可实现清洁生产。

   阴极电泳涂料中的有机树脂,经过不断研究改进,至今已发展到第三代。

   第一代是改性环氧树脂,其硬度、致密性、耐酸碱性及耐盐雾性都良好,且价格低,涂液稳定。其最大缺点是在日光下,极短时间内便会粉化、分解蒸发,用紫外线荧光灯照射试验只能维持数小时。因耐光性差,只适合作底层,用于室内家电用品等。

   第二代是丙烯酸树脂,其膜层色浅、光泽高,有良好的耐候性与装饰性,价格适中。但在日光长期照射下,涂膜会泛黄及老化,但仍广泛在五金工具、眼镜架、装饰品、箱包及服装配件及礼品等方面得到应用。虽然有泛黄的不足之处,但仍是市场上的主打品种。

   第三代是聚氨酯树脂,其具有最佳耐候性、保光性、耐腐蚀性及硬度高等优点,尤其涂膜在日光长期照射下,不会变色、发黄及老化。只是价格较高,故聚氨酯主要用于高档装饰品、工艺品及高档服饰等。

   2.电泳工艺

   (1)阴极电泳工艺流程具体如下:准备电泳工件一纯水洗一‘阴极电泳一回收一纯水洗一干燥及高温固化。

   (2)阴极电泳液的配制 阴极电泳涂料市售商品有多种,这里,以一个常用品种为例。

   聚氨酯阴极电泳涂料配方及操作条件如下:

固体含量

8%~l2%

电极间距

15~20cm

pH

4~4.5

电导率

400~600µS/cm

温度

l5~28℃

酸当量

30~50

电泳时间

0.5~2min

(MEQ)

(固体含量10%)

溶剂

2.5%~4.5%

电流密度

0.05~0.1A/dm2

涂层厚度

5~25µm

阳极

316不锈钢

预烘温度

80~100℃

阳极与阴极的比例

(1:1)~(2:1)

预烘时间

5~10min

电压

20~80V

固化温度

150~160℃

搅拌

需要

固化时间

l5~30min

 

 

配制步骤如下。

   ①阴极电泳原液固含量在45%~50%左右,按使用说明称取计算量的原液放在容器中。这里要注意,不能注入足量的纯水,否则难以均匀溶解,而是要分两步溶解,先加所需纯水量的一半,搅拌4h左右,作预溶处理。

   ②将容器中的半乳状液体移至电泳槽内,加入余量纯水,持续搅拌12~24h至电泳溶液溶解完毕。

   ③测量pH,要按使用说明调整pH在工艺范围内,槽液要持续搅拌,即可试操作。

   ④电泳沉积出的膜是不导电的,所以不需电解,也无法电解。

   (3)阴极电泳的操作 阴极电泳槽液配好后就可进行电泳,其操作要求如下。

   ①电泳前工件必须用水彻底清洗,再在纯水中清洗,取出后除尽表面水滴,以免将过多水分带入电泳槽中,然后将挂具挂入电泳槽阴极上。

   ②挂入前将挂具在槽液中先均匀浸一下,然后挂人。

   ③开启电压,一次性升高至所需电压,一般为40~60V开始电泳,电泳时切勿抖动工件。另一个方法是先开较低电压,再慢慢升至额定电压,称软启动。

   ④为控制电泳时间,电源用时间自动控制较好,控制在0.5~2min即成。

   ⑤电泳完毕后取出挂具时要抖一下,使工件表面多余槽液流回电泳槽内。

   ⑥挂具取出后,用水浸洗一下,再用纯水洗最后一道,可消除烘干后产生的水迹:斑点等疵病。

   ⑦烘干前要先吹干,再在80~100℃预烘5~10min,然后升温150~160℃烘l5~30min至固化不发黏为止,最长不超过90rain,时间过长易使漆膜老化、发暗。

   ⑧烘干后工件在室温下自然冷却,过几小时后漆膜成为光洁鲜艳有一定硬度及柔性的罩光膜。

   (4)阴极电泳各因素的影响

   ①电泳液浓度 阴极电泳槽液中固体含量一般在10%~l5%范围内。当固体含量高时,附在工件上的带出涂料也增多,膜层粗糙,易产生针孔橘皮;若固体含量偏低,电解作用剧烈,气泡多,膜层薄。

   所以必须控制固体含量,在电泳生产过程中要经常适量补充固体含量。

   ②pH对阴极电泳膜的质量有重大影响。当pH偏低时,树脂将失去水溶性而呈絮状析出,漆膜外观粗糙,附着力下降;若pH偏高,则造成溶解加剧,析出漆膜变薄,外观也变差。

   第一代改性环氧树脂电泳涂料其pH是6~6.4,第二代丙烯酸电泳涂料其pH是4.5~5.1,第三代聚氨酯电泳涂料其pH是4~4.5。

   ③直流电压在阴极电泳时,电压是一个重要因素。它牵扯到临界电压、击穿电压及电沉积电压,分述如下。

   a.临界电压在电泳时,电压从零开始上升,至刚使树脂在阴极上开始沉积时的电压值。

   b.击穿电压 电压增高到使沉积的树脂膜被击穿时的电压,又称为破坏电压。

   c.电沉积电压在临界电压与击穿电压之间,这样既能沉积又不至于树脂层被击穿时的电压。

   在电泳过程中,主要以电压来控制涂层厚度,时间如超过90s,厚度不会显著增加,这是因为电泳膜是不导电的,故在工件完全被涂层覆盖后成为绝缘体,延长时间也不再增加厚度。

   若需较厚涂膜,便要用较高的电压,尤其是电泳凹位较深的工件时,以使用较高电压及较短时间为宜,此点在电泳阴极有色涂料时尤为明显。

   ④电泳液温度 由于电泳时槽液电阻增大,槽液温度逐渐上升,若温度超过35℃,则槽液分解易发生氧化聚合反应、交联及水解反应、槽液絮状结块,性能变坏,所以在夏季要采取降温措施。若温度过低,槽液黏度增大,沉积速率显著减慢。最佳温度为20~25℃。

   ⑤电泳时间 电泳时间与电流有关,一开始电泳,电流较大,随着绝缘的树脂在阴极工件上沉积,电流逐渐变小,直至很小。时间过长,外观变坏,光亮度降低。在电泳结束后,要立即取出挂具,因不通电后,刚沉积的罩光膜会溶解,膜变薄并失去光泽。

   ⑥其他从操作条件来看,电导率、酸当量及溶剂三项在操作时往往是不考虑的。其实在电泳时,电导率显示电泳液的污染性,如电导率过高,即意味着溶液中含有太多的金属离子、酸量及其他污染物。酸当量并非酸碱度,如太高会造成针孔,太低则会造成橘皮。溶剂的主要作用是帮助涂层在烘干时流动,使涂膜平滑,如太少,则会得到粗糙的涂膜,太多则造成膜层脱落。

   (5)故障处理 阴极电泳常见故障及解决方法见表1。

表1 阴极电泳常见故障及解决方法

 故障现象

   可能原因

   解决方法

 

麻点、针孔

 

1.固体分含量过低

2.pH过低

3.溶液杂质金属离子过多

1.适量补充原液

2.调整pH至工艺范围

3.超滤处理

 

 

 

粗糙、橘皮

 

 

1.溶液温度过高

2.溶液过浓

3.杂质金属离子过多

4.电泳时电压过高

5.pH过高

6.烘烤太快

1.调整温度至30*(2以下

2.适当稀释s。搅拌均匀

3.超滤处理

4.纠正

5.用醋酸或乳酸调整

6.电泳后先吹干,再烘

膜呈彩虹色

膜层太薄

检查电泳溶液、电压、电流及时闻

 

 

无电泳胰

 

 

1.电压偏低

2.时间过短

3.固体分含量过低

4.电路接反

5.工件不导电

1.纠正t电压不得低于40V

 2.适当延长

3.适当补充原液

4.纠正

5.检查线路、挂具

   (6)超滤超滤机是电泳涂装工艺中重要的辅助设备之一。它与过滤不同,它不是滤去电泳液中的固体颗粒,而是将电泳液在一定压力下,经过特制多孔超滤膜,产生渗透作用,使电泳液中连续相(即水+溶剂+污染的无机离子及低质量分子)与分散相(有机树脂+颜料)分离的过程。分散相颗粒大,流回至电泳槽中,而渗透出的连续相进入另一个容器中,经处理回收,循环使用。可使电泳液使用率高达98%。

   除杂是超滤最主要的功能,因为大多污染物是以可溶性盐的形式被带入电泳液中的,它们危害工作液,大多数阴离子易与电泳固体物形成沉淀物,阴离子会降低沉积速率并使外观变差。超滤机能有效除去这些污染物,起净化工作液的作用。但不宜过量超滤,台则会损失主料。只有新配的电泳溶液,才过量超滤,以除去过量溶剂。超滤能稳定槽液,提高涂膜质量,延长电泳液寿命,回收电泳涂料,节约大量清洗水。

   (7)彩色阴极电泳的应用 阴极电泳能得到质量优良的无色透明罩光膜,在透明无色罩光膜中加人色浆则生成丰富多彩的彩色罩。光膜,使产品的装饰功能大为增加。

   使罩光膜带色彩有两个方法:一是单槽电泳、多槽染色,染色是在涂层烘干固化后,浸入染色槽中染色,经清洗再烘干。不同色彩染色槽有多少就能染多少色;另一种方法是有色电泳、一槽一色。在电泳液中加入色浆,经电泳、固化后,一种电泳液就得到一种色彩。前者方便简单,后者染色色差小,质量较好。两个方法都有一定应用。

   涂层厚度的控制,在彩色电泳中尤为重要,因为厚度会影响色彩的深浅。

   使用彩色电泳要注意以下事项:

   ①彩色电泳直接涂装在锌合金或铝合金等上面,底层必须抛光良好;

②其他金属如铁件等,必须镀光镍或光锌,再上彩色电泳膜;

③同一色彩的电泳涂装,用在不同金属或电镀层上,会呈现不同深浅之色;

   ④彩色电泳涂膜,不能遮盖底层工件的瑕疵。

   商品色浆色彩很多:有金色、茶色、古铜色、桃红色、蓝色、紫色及哑光黑色等,若以两种或两种以上复配则产生更多色彩,达到五光十色。

   3.不合格电泳膜的退除配方如下:

氢氧化铺

60~70g/L

温度

70~90℃

OP乳化剂量

0.1~0.3g/L

 

 

   还司在浓硫酸中浸溃退除。

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