陽極系統在陰極電泳中的作用

陽極系統在陰極電泳中的作用
電泳是轎車車身制造普遍采用的涂裝工藝，它是提高車身使用壽命(耐腐蝕性)的主要手段。在陰極電泳中，所采用的電泳涂料是陽離子型(帶正電荷)的樹脂和顏料漿，被涂物(車身)作為陰極。在陰極上的最初反應是水電解形成氫氣和氫氧根離子(OH-)，這一反應致使陰極表面產生高堿性界面層，使帶正電荷的粒子在陰極上凝集，陽離子(樹脂和顏料)與氫氧根離子(OH-)反應產生涂膜沉積。 在陽極區不斷產生有機酸： 這些酸如不及時除去，就會進入槽液使pH值下降，影響工藝參數的穩定，影響泳透力及涂膜性能，再溶解性增大。除去槽液中游離酸的辦法有兩種：添加未中和或部分中和的陰極電泳涂料和采用陽極隔膜系統。一般常用陽極隔膜系統法，尤其是在大型陰極電泳涂裝線上。 1 陽極系統的組成 陽極系統包含陽極液系統和陽極電源兩部分，陽極液系統是陽極系統的主要組成部分，它由陽極隔膜系統、極液往返循環管路、泵、極液槽、電導率和混濁度控制儀、去離子水供給管路等組成。 1.1 陽極液系統 陽極隔膜系統是將陽極封閉在可沖洗的陽極罩上，極罩由不導電材料制成，敞開面(板式電極罩朝向被涂物的一面。管式電極四周都可算作敞開面)裝有離子選擇性隔膜。陽極有板式、管式、弧形陽極等形式，其中管式陽極目前應用最為普遍，下面著重介紹： 管式陽極單元由陽極罩(含離子交換膜)和陽極兩部分構成，是過去板式陽極的替代產品。其結構緊湊，膜電阻小，耗電量低，泳透力高，單位膜面積大，使用壽命長，方便檢修和管理。由于其體積小，重量輕，可安裝于電泳槽的側面、底部或上部，以滿足不同涂裝工藝的要求。陽極電極材料一般采用316L不銹鋼，厚度最好不小于3．2mm，在正常情況下，陽極緩慢溶解，其壽命取決于通過電泳槽的生產率。 不銹鋼陽極依靠鈍化狀態工作，但是不銹鋼的活化溶解和鈍化膜的形成受脈沖電流影響很大，實際生產中很難控制。陽極的概率壽命可達到若干年，為延長陽極的使用壽命，可選用氧化釕或鈦基氧化物的電極。 試驗表明：涂覆有氧化釘成分的陽極其壽命是不銹鋼陽極的數倍，但初期投資也比不銹鋼要多。由于氯含量對不銹鋼陽極腐蝕非常明顯，而氯含量多少對Ti基氧化物陽極毫無影響，因此也可選用鈦基氧化物電極，Ti基氧化物陽極對電泳涂裝現場的電流脈沖是完全允許的，是該陽極的工作電流范圍。Ti基氧化物涂層陽極為尺寸穩定陽極，工作過程中只有少量活性涂層損失，Ti基體在生產中始終處于無損耗狀態。陽極失活后，只需要重新涂活性層，Ti基體可以反復使用，可節省一定的資金。Ti基氧化物涂層陽極使用壽命長，用該陽極代替不銹鋼陽極，可以避免陽極的頻繁更換，有利于穩定正常生產，簡化管理。 陽極面積：在陰極電泳涂裝場合，陰極和陽極的面積之比為4：1，以汽車車身涂裝線為例，陽極表面是指與通過工件相鄰的被浸入陰極部分，陽極面積計算公式如下：陽極面積=(車身數／min×2min×表面積／車身)／4，全浸沒時間超過2min的場合不要求加大陽極面積。 陽極罩的支撐體材料是塑料，最常用的如未增塑的聚氯乙烯(UPVC)，陽極隔膜是陰離子交換膜，陽極隔膜性能技術參數見表1。 另外，陽極液循環系統設計時要為每個極罩配一個安培計，以便連續觀察各極罩的運行情況，極罩狀況及操作數據隨時可得，在各個極罩上連接的分流器或直流變壓器可很好地監視每個極罩。陽極液循環管路必須用能耐pH值為2～5有機酸的不銹鋼管或塑料管制成。陽極液的循環量為每平方米有效極面積(6～10)L／min，不斷沖洗陽極，帶走有機酸等陰離子。每個陽極罩的進液管上要裝一個流量計，以監視陽極液流量。如果陽極液返回管為塑料管，應考慮陽極液接地措施(防止接觸陽極液時有電擊)。 陽極液系統要能夠控制陽極液電導率在設定點的70～100μS／cm內?？刂破骷皟x器量程應為0～2000μS／cm，高泳透力產品要求量程為0～10000μS／cm，陽極液槽的電導率傳感器要裝在遠離陽極液返回管的位置，陽極液槽用“無極”(electrodless)電導率傳感器(如：Foxboro871BCbodycodeBV)時工作性能較好。 去離子水：去離子水的質量對電泳槽槽液的穩定性至關重要，除電導率、雜質離子等理化指標外，細菌數也是一個非常重要的指標，一般在進入系統的去離子水管路上裝有紫外燈殺滅細菌，盡管如此，仍然要在電泳實驗室中檢測去離子水系統的菌落數，當菌落數超過電泳漆供應商的產品要求時，要向電泳漆供應商或殺菌劑生產廠家(如Betz或Nalco)咨洵，處理去離子水系統，使其能與電泳漆的穩定性相適應。 1．2 陽極電源 陽極電源是將交流電源轉換為直流電，直流整流器應能使電壓在0～500V之間可調，實踐經驗表明：厚膜電泳漆(uni—prime)電流消耗大約為0．22A·h／m2系統設計要考慮50％的電流余量以供將來發展，可用下式計算泳涂一臺車所需的總電流： 所需總電流(A)-0.22A·h／m2×S×60min／h 式中：s為每分鐘能涂的面積。 考慮安全系數，這個安培數乘以1．5來求出放大的規格，把總流量分成兩部分，每一部分單獨配整流器，設計要考慮配有專用及獨立啟動的備用整流器，以確保整流器發生故障時生產也能連續進行且質量不降低。建議采用限流整流器以保護設備。整流器“供電平穩”度或輸出脈動率很重要，直流電要經濾波，電壓脈動波動幅度不能超過平均直流電壓的5％，滿負荷情況下，電壓脈動率要小于5％。 2 陽極系統的安裝維護 在電泳槽投槽之前，必須安裝好陽極系統，除設備(整流電源、循環管路、陽極槽及控制儀表)完好外，安裝陽極是一件非常重要的工作，在安裝前，所有陽極罩都要作滲漏試驗，在投槽時，極罩中必須裝有去離子水，以防隔膜破裂，極罩滲漏或損壞時應立即更換。 陽極應沿槽壁布置，浸入槽液中的深度不得小于槽垂直壁槽液深度的40％。在全浸泳涂時間超過或等于3min場合，陽極的排布要從出槽口向前排，一般在人槽端靠近入槽車身部位不布置陽極。在泳涂汽車車身面積較大的被涂物場合，可在底部和頂部也布設陽極，這樣可使電泳涂層厚度更加均勻。建議2個電極段之間至少有1個極罩的間隙，以防止漆在電壓較低區的陽極和極罩上沉積，如果兩個極罩之間的電壓差超過75伏，要留出2個極罩的間隙，電壓差超過100伏，要留出3個極罩的間隙，如果用二極管防止回流，1個極罩的間隙就已足夠。 陽極液循環系統要安設陽極液電導率的自動控制裝置，預先設置陽極液電導率為一定值，當偏差為100μS／cm時，系統會自動排放陽極液，加入新鮮去離子水，電導率傳感器要裝在陽極液槽中遠離陽極液返回管的位置，一般裝在進液管路上。