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所謂陰極電泳涂裝，是一種特殊的涂膜形成方法，以被涂物為陰極，所采用的電泳涂料是陽離子型（帶正電荷）它是將具有導(dǎo)電性的被涂物浸漬在裝滿水稀釋的、濃度比較低的電泳涂料槽中作為陽極，在槽中另設(shè)置與其相對(duì)應(yīng)的陽極，在兩極間通直流電，在被涂物上析出均一、水不溶的涂膜的一種涂裝方法。
電泳涂料源于20世紀(jì)30年代，從20世紀(jì)60年代中期開始研究合成陽離子型樹脂，并于20世紀(jì)70年代初用于對(duì)耐腐蝕性能要求高的家用電器上作底漆，隨后逐漸開發(fā)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(yōu)良的防腐蝕性、高泳透率、高流平性、高裝飾性且涂裝自動(dòng)化程度高、涂裝污染少等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車工業(yè)中，并推廣應(yīng)用到建材、輕工、家用電器等工業(yè)領(lǐng)域以及五金和工藝品的表面防腐和裝飾。
1、陰極電泳原理
陰極電泳是帶正電荷的陽離子樹脂通電后向陰極移動(dòng)，由于陰極附近pH值上升，發(fā)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(xiàn)象。下面以環(huán)氧樹脂類陰極電泳漆為例，來分析陰極電泳過程。
環(huán)氧樹脂一般帶有堿性基團(tuán)，用有機(jī)酸(如醋酸)中和后生成鹽而溶于水。同時(shí)，由于水的離解，在直流電場(chǎng)作用下，陰極電泳過程如下：
(1)電解反應(yīng)：2H20+2e－=H2↑+20H－；
(2)電泳：RN+H(C2H4OH)2：和H+向陰極運(yùn)動(dòng)；
(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(dāng)OH-濃度增加到一定數(shù)值時(shí)(pH值最高可達(dá)12)，漆膜便在陰極(工件)表面產(chǎn)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(jié)構(gòu)是疏松的，含水量相當(dāng)高，離子能通過。因此，電滲的作用是：當(dāng)繼續(xù)通電時(shí)，陰極表面產(chǎn)生的陰離子通過漆膜向陽極方向移動(dòng)，并在漆膜表面與涂料粒子中和形成新的沉積漆膜。同時(shí)，陰離子滲出時(shí)夾帶著水分子移動(dòng)，使漆膜內(nèi)所含水分逐漸排到漆膜外，最后形成含水率很低，電阻相當(dāng)高的致密漆膜，這種漆膜就可直接進(jìn)入烘箱中固化，形成最終的電泳涂層。
2、陰極電泳的特點(diǎn)
電泳涂裝明顯優(yōu)于其它涂裝工藝。它與其他涂裝方法相比較，具有下述特點(diǎn)：
(1)陰極電泳漆具有優(yōu)異的抗腐蝕性能。
(2)陰極電泳底漆涂層均勻、平整、光滑，具有出色的附著力、耐沖擊性能、耐腐、防銹性，已經(jīng)能很好地滿足底漆所要求的各項(xiàng)機(jī)械性能，及與中涂、面漆的配套性。
(3)電泳漆是水溶性涂料，以水為溶解介質(zhì)，其有機(jī)溶劑含量低而具有突出的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。
(4)電泳涂裝效率高，涂料損失小，涂料的利用率可達(dá)90％～95％。
(5)用于大量流水線的生產(chǎn)工藝，施工可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，大大提高勞動(dòng)效率
3、陰極電泳涂裝的應(yīng)用
目前，世界汽車生產(chǎn)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(gè)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(chǎng)上獲得競(jìng)爭(zhēng)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(yè)于2O世紀(jì)8O年代中期應(yīng)用陰極電泳漆，如今第二汽車制造廠的東風(fēng)汽車車身，大眾的桑塔納，還有奧迪、標(biāo)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(yōu)良的防腐蝕、滲透性和裝飾性能，不但應(yīng)用在汽車行業(yè)中，還廣泛地應(yīng)用在其他行業(yè)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(huán)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(yè)中，電泳鎖具、金屬眼鏡架、自行車部件、文具、皮箱扣、打火機(jī)等用品，均取得了令人滿意的效果。
4、國內(nèi)外陰極電泳涂裝的發(fā)展概況
國外陰極電泳發(fā)展概況
據(jù)筆者了解，陰極電泳涂裝最先在美國應(yīng)用。早在20世紀(jì)60年代中期聯(lián)邦德國BASF公司和美國PPG公司首先進(jìn)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(yīng)用第一代陰極電泳漆。先在菲利普公司的電冰箱、洗衣機(jī)以及干燥機(jī)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一3002)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(chǎn)線改用新的陰極電泳涂裝生產(chǎn)線。1977年日本和英國由美國PPG公司引進(jìn)技術(shù)以后，他們的汽車涂裝從1978～1979年也向陰極電泳涂裝轉(zhuǎn)化。到1978年底初步統(tǒng)計(jì)，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。到20世紀(jì)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。
國內(nèi)陰極電泳發(fā)展概況
據(jù)筆者了解，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(dāng)時(shí)的兵器部五四研究所(現(xiàn)改為五九所)于1979年首先研制成功，并在軍工產(chǎn)品上得到了一定的應(yīng)用。隨后化工部涂料所(現(xiàn)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(fā)研制工作[8]。在“六五”期間我國涂料工業(yè)從日本、澳大利亞和英國引進(jìn)了陰極電泳涂料制造技術(shù)和涂料技術(shù)。
前幾年我國先后從美國、德國、意大利等國引進(jìn)先進(jìn)涂料技術(shù)和涂裝設(shè)備。第一條現(xiàn)代化流水生產(chǎn)的汽車車身陰極電泳涂裝生產(chǎn)線于1986年7月在第一汽車制造廠車身廠投產(chǎn)。
(5)用于大量流水線的生產(chǎn)工藝，施工可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)，大大提高勞動(dòng)效率
3、陰極電泳涂裝的應(yīng)用
目前，世界汽車生產(chǎn)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(gè)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(chǎng)上獲得競(jìng)爭(zhēng)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(yè)于2O世紀(jì)8O年代中期應(yīng)用陰極電泳漆，如今第二汽車制造廠的東風(fēng)汽車車身，大眾的桑塔納，還有奧迪、標(biāo)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(yōu)良的防腐蝕、滲透性和裝飾性能，不但應(yīng)用在汽車行業(yè)中，還廣泛地應(yīng)用在其他行業(yè)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(huán)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(yè)中，電泳鎖具、金屬眼鏡架、自行車部件、文具、皮箱扣、打火機(jī)等用品，均取得了令人滿意的效果。
4、國內(nèi)外陰極電泳涂裝的發(fā)展概況
國外陰極電泳發(fā)展概況
據(jù)筆者了解，陰極電泳涂裝最先在美國應(yīng)用。早在20世紀(jì)60年代中期聯(lián)邦德國BASF公司和美國PPG公司首先進(jìn)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(yīng)用第一代陰極電泳漆。先在菲利普公司的電冰箱、洗衣機(jī)以及干燥機(jī)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一3002)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(chǎn)線改用新的陰極電泳涂裝生產(chǎn)線。1977年日本和英國由美國PPG公司引進(jìn)技術(shù)以后，他們的汽車涂裝從1978～1979年也向陰極電泳涂裝轉(zhuǎn)化。到1978年底初步統(tǒng)計(jì)，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。到20世紀(jì)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。
國內(nèi)陰極電泳發(fā)展概況
據(jù)筆者了解，我國于1976年開始陰極電泳涂漆的研究。蘋果手機(jī)殼第一代陰極電泳涂料由當(dāng)時(shí)的兵器部五四研究所(現(xiàn)改為五九所)于1979年首先研制成功，并在軍工產(chǎn)品上得到了一定的應(yīng)用。隨后化工部涂料所(現(xiàn)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(fā)研制工作[8]。在“六五”期間我國涂料工業(yè)從日本、澳大利亞和英國引進(jìn)了陰極電泳涂料制造技術(shù)和涂料技術(shù)。
前幾年我國先后從美國、德國、意大利等國引進(jìn)先進(jìn)涂料技術(shù)和涂裝設(shè)備。第一條現(xiàn)代化流水生產(chǎn)的汽車車身陰極電泳涂裝生產(chǎn)線于1986年7月在第一汽車制造廠車身廠投產(chǎn)。
