電泳塗裝技術ED简介.ppt

1、電泳塗裝技術,Electro Deposition (ED),Contents,電泳塗裝的定義 電泳塗裝的分及發展概況 電泳塗裝的原及工藝 電泳塗裝製程要點 廠商資訊,電泳塗裝的發展概況,最初開發電泳漆塗裝的原因是早期汽車生產業使用噴塗工藝以致有機溶劑大量積聚於生產廠房內，引致火警，造成大量設備損失，故其積極研究以水為作業媒體的電泳漆。電泳漆工作液約90wt%均為水，有機溶劑含量少於5wt%，沒有噴塗工藝易燃著火的問題，對人體的危害及環境的污染減至最低。利用回收循環系統裝置令漆料使用率高達95%以上，又不含有毒及重金屬離子，排放廢水量可減到最少。 在60 年代，由 George Brewer

2、博士及福特汽車公司研製開發成功陽極電泳漆。其最早應用於福特汽車公司的塗裝線，隨著陽極電泳漆生產使用，日漸暴露其漆膜中包含有金屬離子造成抗蝕性差的缺陷，因而，高抗蝕性的陰極電泳漆於70年代被開發成功，並被人們等認可並大力推廣應用。之後，電泳技術發展日新月異，產品品種由環氧樹脂型發展到丙烯酸型及聚氨脂型。,何謂電泳塗裝,電著塗裝（Electro-Deposition coating, ED）是將水溶性帶有正或負離子的塗料，施以直流電使之電著於金屬表面，再經水洗、乾燥過程使之堅牢地附著於被塗物面的塗裝方式。電著塗裝在整個塗裝工程上很像電鍍，從前處理至成品，二者有極相似之處，故有人稱電著塗裝為電泳塗裝

3、、電著或電沉積，尤其是新的電著法之一是將電鍍與電著塗裝的複合化。 電著塗裝根據電泳漆中的樹脂子電後帶電況的同，可分為陽極電泳(AED，Anionic Electro-deposition) 以及陰極電泳(CED，Cathodic Electro-deposition)。 電泳漆塗裝是高分子樹脂電離的沉積，採用電化學方法和膠體化學過程，電鍍是金屬離子沉積的過程。 電泳漆本身是一個膠體和懸浮體的多組成體系，存在著彌散相(樹脂、顏料微粒)和連續相(水)(8890%)二種組成。 塗料組成主要為：帶電荷的有機樹脂(810%)、Pigment顏料(12%)、成膜助劑 電泳漆屬於水溶性塗料，電泳漆、蒸餾水與

4、成膜助劑必須按一定比例進行稀釋，才能使用。,電泳塗裝的基本分類,AED,CED,被塗物在陽極,由於pH值降低而形成塗膜,被塗物在陰極,由於pH值升高而形成塗膜,陽極電著,陰極電著,陰子電泳漆,陽子電泳漆,AED / CED電著塗裝流程與其機構,陽極電著 (AED) 一般陰離子電著塗料多帶有游離羧基（carboxyl group）的預聚物（prepolymer），以氫氧化鉀或有機胺等物中和，使其呈水溶性化並得以分散，且呈帶負電狀況。通電流後，聚碳酸酯塗料泳向陽極被塗物面，隨著陽極聚集H+作用，pH 值降至3.84.5 左右之表面瞬間臨值。此時，塗料之水溶性盡失，(RCOOH)nMe 凝固成膜析出

5、。 陰極電著 (CED) 以低級有機酸或無機酸中和胺基樹脂，使其呈現水溶性帶正電荷，而隨電流之導入起水之電解作用。被塗物產生H2 氣，同時OH-也產生，此時被酸中和之陽離子電著塗裝，開始定向集結向陰極泳動。由於陰極被塗物其OH-之濃度不斷提高，至瞬間臨界pH 值達7.5至8.2時起作用，使塗料沉積附著於工件表面，形成均勻非水溶性的緻密的塗膜。,CED電泳塗裝原理四步驟,1.電解 (分解) Electrolysis 在陰極反應最初為電解反應，生成氫氣及氫氧根子OH ，此反應造成陰極面形成一高鹼性邊界層，當陽子與氫氧根作用成為溶於水的物質，塗膜沉積，方程式為： H2OOH-+H+ 2.電泳動 (泳

6、動、遷移) Electrophoresis 陽子樹脂及H+電場子向陽極移動過程。 3.電沉積 (析出) Electro Deposition 在被塗工件表面，陽子樹脂與陰極表面鹼性作用，中和而析出沉積物，沉積于被塗工件上。 4.電滲 (脫水) Electro Osmosis 塗固體與工件表面上的塗膜為半透明性的，具有多毛細孔，水從陰極塗膜中被排滲出，在電場作用下，引起塗膜脫水，而塗膜則吸附於工件表面，而完成整個電泳過程。,電泳的電解反應機,1.塗的溶解 R-NRCOOH RNHRCOO (樹脂)(中和酸) (塗子) (酸根子) (1) 2.陰極反應 2H2O2e 2HOH2 (2) 2RNH2

7、OH 2RNH2H2O (3) (塗膜) 3.陽極反應 4OH O22H2O4e (4) 2H2O O24H4e (5) RCOOH RCOOH（排出) (6),電泳塗層的一般特色,電泳塗覆層的耐腐蝕性能優(一般能通過中性鹽霧試驗400 小時以上)，抗變色性能強。 塗膜均勻: 在內凹的部位，可形成均勻之保護膜，並可用調整同之操作電壓，即可控制鍍層的厚，達到極高的防腐性，改善電鍍過程中的厚薄均電極效應，同時也消除噴漆過程中的桔皮、痕之瑕疵。 與基體屬的結合好，可進各種機械加工。 多變色彩視覺效果: 可以配製成各種顏色，例如色、大紅色、翠色、寶色、咖啡色、槍色、黑色等。 可減少貴屬鍍層厚，仍可維持

8、及超越原鍍層壽命，低生產成本。 塗用高達95% ，與噴漆法相比，減少材的費。 生產性高，生產時間縮短。屬表面處、電鍍、皮膜等，完成後攜帶大水，傳統噴塗方法要先烘乾再生產，費時而且費能源，而電泳可續作業，於大及自動化生產。 以水作溶劑，免除火災危險，也大大低水處及空氣污染，安全性提高，減少環保設備費用。 鋁窗一般採用陰離子壓克力型電泳塗裝，較便宜。 陽離子電泳塗裝的抗UV性較佳。,電泳與電鍍的一般比較,電泳,電鍍,電泳漆層高低電位厚薄均勻,一般電鍍高低電位處鍍層厚薄差距,電泳漆層能完全覆蓋隱蔽處,一般電鍍能深入隱蔽外,電泳與電鍍的比較表,環氧樹脂型(Epoxy)的電泳漆用量約20%，高於壓克力型

9、,電泳與噴塗的比較表,陰極電泳漆之優點,電泳塗裝製程 前處理,電泳漆前處理與電鍍大致相同，視不同金屬及所帶油污(例如潤滑劑及衝壓拉延油)狀況而定 超音波及電解除油為基本之前處理設備 酸洗：除鏽及活化金屬表面,電泳塗裝製程 純水清洗,在進行電泳之前，一定要經過兩至三次的純水清洗，作用為清洗前處理後殘留的化學物質，確保電泳槽不受污染，影響漆膜,Stirring擾動,電泳塗裝製程 電泳塗裝與濾淨處理,電泳漆隨生產而累積大量金屬雜質污染，故必須定時以離子交換系統(包含於超過濾淨化回收系統內)處理排除，以免對電泳漆造成影響,電泳塗裝製程 回收處理,回收槽液添加適當溶劑，使本曹電泳漆溶劑穩定度更高 洗掉的

10、電泳漆會回流到電泳槽中，以大幅減少物料損失,電泳塗裝製程 純水清洗,工件表面上殘留的電泳必須徹底清洗乾淨，以免造成工件表面瑕疵,電泳塗裝製程 助洗,純水清洗後，水會停留在漆面上形成水珠造成水漬，故需利用助劑減低漆面水份的表面張力,電泳塗裝製程 預熱,工件表面漆層內的水份會先在80爐溫下慢慢揮發，溫度過於劇烈會對於漆層產生不良影響,電泳塗裝製程 烘烤,工件在遇熱後會加溫至150，工件溫度烘烤約30分鐘，在此溫度下電泳漆會產生聚合反應，熟化、固化造成平滑均勻的漆層,電泳塗裝流程 (補充參考),去脂,表調,皮膜處理,最後水洗,電泳塗裝,水洗,烘烤,去除油脂及防銹油,幫助皮膜化成穩定之結晶 以形成疏密

11、均勻之磷化膜,有噴洗式(皮膜重量0.8-1.8g/m2) 與浸洗式(皮膜重量2.0-3.0g/m2)兩種,去除殘留物，最後一道純水洗導電度必須小於50m/cm,在氧化槽進行表面氧化處理，以增加電泳的附著性,約150 需考慮漆膜烘烤後之收縮比 (在銳角處更明顯),丙烯酸型(亞克力系),主要針對裝飾性工件，要求外觀漂亮及較少防腐性的輕工業產品，例如：眼鏡、打火機、鎖具、燈具及飾品髮夾行業，此電泳漆膜為半透明色，與各種Pigment (Tint)搭配，可透出金屬本身質感。 分為PU(聚氨酯)型與UV型 雙液型 A劑 (助劑) 約佔25% 活性化 低熔點 (90) B劑 (安定劑) 約佔0.51.5%

12、 熔點約168 在Curing時揮發掉,Polyurethane (PU) 聚氨酯型: 多應用在絕緣機能要求 acrylic acid 丙烯酸型 代表廠商: 日本大成,Hairline,Matte,Mirror,環氧樹脂型 (Epoxy),環氧型電泳漆此類電泳漆主要用於大型工業企業，對防腐抗鏽要求較高，品種有黑、灰、紅、黃等各種顏色，主要用於汽車工業、自行車行業、摩托車行業、家電行業等，電泳漆膜為不透明色黑色為主，特別是防繡機能要求 可造出不同效果如啞面，光面及閃銀等,Keypad,Motorola RAZR2 V8,Applied primer coat for Back Cover Sta

13、inless/ soft touch,Motorola RAZR V3,產品可先塗上透明電泳漆然後再上普通顏料,電泳漆塗裝技術來生產現在流行的仿古銅色飾物比傳統電鍍技術省時和便宜,電泳漆可以造出像真度極高的仿金色,其它應用效果,常用之電泳工藝,不鏽鋼: 採陽極電泳 鋅/鉻/鎳/銅: 採陰極電泳 避免金屬析出，提高密著性 塑膠/鋁合金壓鑄件/鋅合金壓鑄件: 採UV型電泳(陰極電泳為主) AZ91D鎂鋁合金壓鑄件: (不可補土!) 鋅置換(鍍鋅) 鍍化學鎳 機械拋光 電泳 電拋/化拋 + 電泳 電拋/化拋是為了去毛邊或增加表面亮度 電解拋光需導通電流，時間可縮短，但成本較高於化學拋光 鈷+錫可表現

14、鉻色系質感 銅+錫可表現鎳色系質感，亮度可達160180度 錫較易氧化，經過ED電著改善 SNC: (S:錫 / N:鎳 / C: 銅) 銅+錫+鎳 電泳 Top coat: 槍色 酸銅+鎳+亮錫 電泳Top coat: 亮錫 裝飾件常用鐵件材質: SPCC 冷軋鋼、SPTE 馬口鐵 (較SPCC容易氧化)、SUS 不鏽鋼(不銹鋼與鋁板相較於鍍鋅板能符合對於鹽霧測試要求) 顔(Pigment)的耐化性優於染料(Dying)，儘管Dying具透明與鮮豔效果但不建議採用。,陰極電泳一般工藝流程,製程設備要點 1.塗料槽,一般電著塗料槽可分兩類，其一為分批浸入式、其二為連續輸送式，其主要考量是生產量

15、的問題，如果生產的輸送速度在 2m/min 以上時應用連續式，而其主槽的大小尺寸設計必須考慮到電著物大小、輸送帶速度、電著時間、電著物浸入、提出空間與預定電著物數量，一般電著塗料以三個月為一turn over期，如果塗料的使用量很少而 ED槽建得很大可能使 turn over 期間很長，而turn over期間越長則塗料越會老化，塗料之管理越須注意。檢驗計畫參考:,製程設備要點 2.過濾系統,E.D主槽的過濾系統主要在除去髒粒子或其他污染物，使電著塗膜品質在一定水準之上，而不至於太粗操或導致其他不良現象出現，此髒粒子或污染物有許多不同來源之處諸如： 前處理(脫脂、磷酸塩)完後沒清洗乾淨的雜物或

16、磷酸塩鬆動之顆粒 夾帶在被電著物夾縫中的污染物 輸送帶上附著之污物 空氣中的灰塵粒子 塗膜電著後再溶解出來較大的顆粒 補給塗料時沒有完全分散的塗料 沉澱在槽內的顆粒受循環衝擊而鬆動在浮於槽內 每年清槽後殘存於槽內的髒粒 過濾系統的入壓、出壓時要按時記錄，由記錄可了解塗料內髒粒的生成率多寡與何時應更換濾心。,製程設備要點 3.熱交換系統,穩定的塗料槽溫度對於ED塗料的品質及安定性是非常重要的，一般塗料溫度都控制在20-25之間，如果溫度太低則電著塗膜平滑度不夠，表面易呈橘皮現象，相反溫度太高則塗膜變厚，破壞電壓降低，表面粗糙等相關現象皆會出現，若ED塗料在長時間的高溫（33上下）情況下，則塗料容

17、易老化使電著塗膜品質不良，所以主槽、置換槽乃至於UF系統都要有管線經過熱交換器以保持塗料於一固定溫度。,製程設備要點 4.置換槽,置換槽的容積約與主槽相等，當主槽需要清洗或維護時，可將ED塗料抽到置換槽，所以槽內類似主槽般要絕緣，同時亦須循環系統以保持塗料循環避免沉澱，且循環管線要經過熱交換系統以保持塗料一定溫度。,製程設備要點 5. UF系統,UF系統乃是一種超精細過濾系統，由半透膜材質所做成的濾棒或濾網，當ED塗料經過預濾器厚加壓通過 UF 系統的濾棒或濾網，而將塗料內的水、溶劑、添家劑、酸及小分子的樹脂或雜質濾出，此濾出液可用來沖洗電著後的物體，同時亦可利用濾出液的排放量來控制塗料槽內的

18、水、溶劑、添家劑、酸及小分子的樹脂或雜質，以求得整個塗料系統的平衡。 UF 濾棒或濾網的半透膜對酸和溫度相當的敏感，太強的酸或太高的溫度皆會破壞半透膜需特別小心謹慎。,製程設備要點 6.洗滌系統,電著完成後的物品經過輸送帶傳送到洗滌區，將物品上附著的塗料沖洗下來(經化學反應電著到物品上的塗料並不會被沖洗下來，洗下來的是沒經電化學反應的多餘塗料)，由電著塗料槽到洗滌區的間隔時間最好不要超過一分鐘以上，以避免未沖洗前的塗膜乾掉，特別是溫度很高的時候。一般洗滌系統可分三階段： 第一階段：儲槽內的 UF 濾出液與塗料的混合液經幫浦抽取用來沖洗電著物品，沖洗下來的液體在流回儲槽，而過量的部分可溢流回電著

19、塗料的副槽，如果許可可設置兩套洗滌儲槽、幫浦、噴嘴等可加強洗滌效果。 第二階段：乃是利用UF的濾出液來沖洗電著物，使電著物上的附著塗料能儘可能沖下來。 第三階段：利用除離子水來沖洗電著物，使電著物上不含有酸、塩及雜質等，以確保烘乾的塗料純淨，使塗膜達到防蝕的最佳效果。 水洗槽和濾網要定期清理以免髒粒、沉積的塗料等阻塞濾網而減低過濾的效果。,製程設備要點 7.烘烤系統,一般烘烤溫度約150-200同時亦伴有熱空氣循環，以加速烘烤之速度及均勻性，每分鐘空氣的循環量約6-10次（與爐內空氣量計），還需加入7-12%的新鮮空氣，加熱的方式一般以直接或間接的電熱或瓦斯加熱。,製程設備要點 8.冷卻系統,

20、一般烘烤完的物品要冷卻到30以下才可做下一階段特殊加工作業(如磨光sanding)或塗裝。,製程設備要點 9.廢水處理,ED的廢水處理一般先加碱中和，在加凝集劑使塗料凝集沉澱而後過濾，最後將濾渣埋掉或燒掉；一般廢氣處理如果超過量時可用燃燒法燒除之。,電泳塗裝製程要點,漆液濃度 濃度亦是控制膜層厚度的製程條件，其濃度一般設定在9%-12%，濃度過高，漆膜流平性欠佳，易出現桔皮等缺陷。濃度過低，漆膜變薄，易出現針孔現象。固體分含量過低時，電解作用劇烈，漆膜薄，氣泡多，易產生針孔；過高時剛膜層。比較粗糙，易起桔皮。因此穩定固體分含量是保證電泳品質的一個關鍵。 pH值一般漆液pH值在7.9-8.2時均

21、能得到滿意的漆膜。調整槽液的pH值採用離子交換樹脂的方式來進行。 電導率電泳漆工作液的導電能力，通常用電導率表示。漆液的電導過低，漆膜不易形成；電導過高，造成漆膜外觀粗糙。對同一種塗料而言，對漆液電導影響最大的因素是漆液中雜質離子的存在。因此，一定要通過控制雜質含量，保持電導率的正常值。電導率是控制電泳漆膜層品質的關鍵指標之一。電導率過高，則膜厚易產生桔皮和表面粗糙等現象。電導率過低，則容易產生針孔和麻點。因此當電導率的高低不同時需要採用不同的電壓和槽液溫度，以便獲得良好的膜層。電導率較高時，可採用較低的電壓和溫度；反之則要相應提高電壓和溫度。,電泳塗裝製程要點,電壓電泳電壓一般應控制在60V左右。電壓升高，沉積量增加，漆膜變的粗糙，形成桔皮，電壓過低，漆膜甚簿，甚至泳不上漆。極間電壓升高，電場作用加強，漆液中帶電粒子泳動，沉積速度加快，使用泳透力提高，膜層增厚。電泳操作時，應根據零件形狀與大小，槽液