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電泳塗裝設備及其塗裝方法技巧


電泳塗裝(electro-coating)是利用外加電場使懸浮於電泳液中的顏料和樹脂等微粒定向遷移並沉積於電極之一的基底表麵的塗裝方法。電泳塗裝的原理發明於是20世紀30年代末,但開發這一技術並獲得工業應用是在1963年以後,電泳塗裝是近30年來發展起來的一種特殊塗膜形成方法,是對水性塗料最具有實際意義的施工工藝。具有水溶性、無毒、易於自動化控製等特點,迅速在汽車、建材、五金、家電等行業得到廣泛的應用。

電泳塗裝是把工件和對應的電極(工件)放入水溶性塗料中,接上電源後,依靠電場所產生的物理化學作用,使塗料中的樹脂、顏填料在以被塗物為電極的表麵上均勻析出沉積形成不溶於水的漆膜的一種塗裝方法。電泳塗裝是一個極為複雜的電化學反應過程,其中至少包括電泳、電沉積、電滲、電解四個過程。電泳塗裝按沉積性能可分為陽極電泳(工件是陽極,塗料是陰離子型)和陰極電泳(工件是陰極,塗料是陽離子型);按電源可分為直流電泳和交流電泳;按工藝方法又有定電壓和定電流法。目前在工業上較為廣泛采用的是直流電源定電壓法的陽極電泳。

電泳塗裝與其塗裝方法相比較,具有下述特點:

1)采用水溶性塗料,以水為溶解介質,節省了大量有機溶劑,大大降低了大氣汙染和環境危害,安全衛生,同時避免了火災的隱患;

2)塗裝效率高,塗料損失小,塗料的利用率可達90%95%

3)塗膜厚度均勻,附著力強,塗裝質量好,工件各個部位如內層、凹陷、焊縫等處都能獲得均勻、平滑的漆膜,解決了其他塗裝方法對複雜形狀工件的塗裝難題;

4)生產效率高,施工可實現自動化連續生產,大大提高勞動效率;

5)設備複雜,投資費用高,耗電量大,其烘幹固化要求的溫度較高,塗料、塗裝的管理複雜,施工條件嚴格,並需進行廢水處理

6)隻能采用水溶性塗料,在塗裝過程中不能改變顏色,塗料貯存過久穩定性不易控製。

一、電泳塗裝的設備

電泳塗裝的設備是由電泳槽、攪拌裝置、塗料過濾裝置、溫度調節裝置、塗料管理裝置、直流電源裝置、電泳塗裝後的水洗裝置、超濾裝置、烘烤裝置、備用罐等組成。

    電泳槽槽體的大小及形狀需根據工件大小、形狀和施工工藝確定。在保證一定的極間距離條件下,應盡可能設計小些。槽內裝有過濾裝置及溫度調節裝置,以保證漆液一定的溫度和除去循環漆液中的雜質和氣泡。攪拌裝置可使工作漆液保持均勻一致,多采用循環泵,漆液的循環一般每小時46次,當循環泵開動時,槽內漆液液麵應均勻翻動。塗料管理裝置的作用在於補充調整塗料成分,控製槽液的pH值,用隔膜電極除去中和劑和用超濾裝置排除低分子量成分等。電泳電源的選擇,一般采用直流電源。整流設備可采用矽整流器或可控矽。電流的大小與塗料的性質、溫度、工作麵積、通電方式等有關,一般為3050A/m2。水洗裝置用於電泳塗裝前後工件的衝洗,一般用去離子水,但需加壓設備,常用的是一種帶螺旋體的淋洗噴嘴。烘烤裝置用來促進電泳塗料的幹燥成膜,可采用電阻爐、感應電熱爐和紅外線烘烤設備。烘房設計要有預熱、加熱和後熱三段,應根據塗料的品種和工件的情況製訂。

二、影響電泳塗裝的主要工藝參數

1、電壓

電泳塗裝采用的是定電壓法,設備相對簡單,易於控製。電壓對漆膜的影響很大;電壓越高,電泳漆膜越厚,對於難以塗裝的部位可相應提高塗裝能力,縮短施工時間。但電壓過高,會引起漆膜表麵粗糙,烘幹後易產生橘皮現象。電壓過低,電解反應慢,漆膜薄而均勻,泳透力差。電壓的選擇由塗料種類和施工要求等確定。一般情況下,電壓與塗料的固體分及漆溫成反比,與兩極間距成正比。鋼鐵表麵為4070V,鋁和鋁合金表麵可采用60100V,鍍鋅件采用7085V

2、電泳時間

    漆膜厚度隨著電泳時間的延長而增加,但當漆膜達到一定厚度時,繼續延長時間,也不能增加厚度,反而會加劇副反應;反之,電泳時間過短,塗層過薄。電泳時間應根據所用的電壓,在保證塗層質量的條件下,越短越好。一般工件電泳時間為13分鍾,大型工件為34分鍾。如果被塗物件表麵幾何形狀複雜,可適當提高電壓和延長時間。

3、塗料溫度

塗料溫度高,成膜速率快,但漆膜外觀粗糙,還會引起塗料變質;溫度低,電沉積量少,成膜慢,塗膜薄而致密。施工過程中,由於電沉積時部分電能轉化成熱能,循環係統內機械摩擦產生熱量,將導致塗料溫度上升。一般漆液溫度控製在某些方麵1530

4、塗料的固體分和顏基比

    市售的電泳塗料的固體分一般為50%左右,施工時,需用蒸餾水將塗料固體分控製在10%15%。固體含量太低,漆膜的遮蓋力不好,顏料易沉澱,塗料的穩定性差。固體分過高,粘度提高,會造成漆膜粗糙疏鬆,附著力差。一般顏基比為12左右,高光澤電泳塗料的顏基比可控製在14。由於實際操作中,塗料的顏料量會逐漸下降,必須隨時添加顏料分高的塗料來調節。

5、塗料的pH

電泳塗料的pH值直接影響槽液的穩定性。pH值過高,新沉積的塗膜會再溶解,漆膜變薄,電泳後衝洗會脫膜。PH值過低,工件表麵光澤不一致,漆液的穩定性不好,已溶解的樹脂會析出,漆膜表麵粗糙,附著力降低。一般要求施工過程中,PH值控製在7.58.5之間。在施工工程中,由於連續進行電泳,陽離子的銨化合物在塗料中積蓄,導致PH值的上升。可采用補加低PH值的原液,更換陰極罩蒸餾水,用離子交換樹脂除去銨離子,采用陽極罩等方法降低PH值。若PH值過低時,可加入乙醇銨來調節。

6、塗料電阻

    被塗物件從前一道工序帶入電泳槽的雜質離子等引起塗料電阻值的下降,從而導致漆膜出現粗糙不均和針孔等弊病。在塗裝施工中,需對塗料進行淨化處理。為了得到高質量塗膜,可采用陰極罩設備,以除去銨及鈣、鎂等雜質正離子。

7、工件與陰極間距離

    距離近,沉積效率高。但距離過近,會使漆膜太厚而產生流掛、橘皮等弊病。一般距離不低於20cm。對大型而形狀複雜的工件,當出現外部已沉積很厚塗膜,而內部塗膜仍較薄時,應在距離陰極較遠的部位,增加輔助陰極。

三、電泳塗裝的方法及技巧

1)一般金屬表麵的電泳塗裝,其工藝流程為:

    預清理上線除油水洗除鏽水洗中和水洗磷化水洗鈍化電泳塗裝槽上清洗超濾水洗烘幹下線。

2)被塗物的底材及前處理對電泳塗膜有極大影響。鑄件一般采用噴砂或噴丸進行除鏽,用棉紗清除工件表麵的浮塵,用80#120#砂紙清除表麵殘留的鋼丸等雜物。鋼鐵表麵采用除油和除鏽處理,對表麵要求過高時,進行磷化和鈍化表麵處理。黑色金屬工件在陽極電泳前必須進行磷化處理,否則漆膜的耐腐蝕性能較差。磷化處理時,一般選用鋅鹽磷化膜,厚度約12μm,要求磷化膜結晶細而均勻。

3)在過濾係統中,一般采用一級過濾,過濾器為網袋式結構,孔徑為2575μm。電泳塗料通過立式泵輸送到過濾器進行過濾。從綜合更換周期和漆膜質量等因素考慮,孔徑50μm的過濾袋最佳,它不但能滿足漆膜的質量要求,而且解決了過濾袋的堵塞問題。

4)電泳塗裝的循環係統循環量的大小,直接影響著槽液的穩定性和漆膜的質量。加大循環量,槽液的沉澱和氣泡減少;但槽液老化加快,能源消耗增加,槽液的穩定性變差。將槽液的循環次數控製68/h較為理想,不但保證漆膜質量,而且確保槽液的穩定運行。

5)隨著生產時間的延長,陽極隔膜的阻抗會增加,有效的工作電壓下降。因此,生產中應根據電壓的損失情況,逐步調高電源的工作電壓,以補償陽極隔膜的電壓降。

6)超濾係統控製工件帶入的雜質離子的濃度,保證塗裝質量。在此係統的運行中應注意,係統一經運行後應連續運行,嚴禁間斷運行,以防超濾膜幹枯。幹枯後的樹脂和顏料附著在超濾膜上,無法徹底清洗,將嚴重影響超濾膜的透水率和使用壽命。超濾膜的出水率隨運行時間而呈下降趨勢,連續工作3040天應清洗一次,以保證超濾浸洗和衝洗所需的超濾水。

7)電泳塗裝法適用於大量流水線的生產工藝。電泳槽液的更新周期應在3個月以內。以一個年產30萬份鋼圈的電泳生產線為例,對槽液的科學管理極為重要,對槽液的各種參數定期進行檢測,並根據檢測結果對槽液進行調整和更換。一般按如下頻率測量槽液的參數:

    電泳液、超濾液及超濾清洗液、陰(陽)極液、循環洗液、去離子清洗液的PH值、固體含量和電導率  每天一次;顏基比、有機溶劑含量、試驗室小槽試驗  每周2次。

8)對漆膜質量的管理,應經常檢查塗膜的均一性和膜厚,外觀不應有針孔、流掛、橘皮、皺紋等現象,定期檢查塗膜的附著力、耐腐蝕性能等物理化學指標。檢驗周期按生產廠家的檢驗標準,一般每個批次都需檢測。 

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