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阴极电泳涂装设备系统中的阳极系统

日期: 2019-08-02
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阴极电泳涂装系统中的阳极系统



对阴极电泳涂装设备工艺而言,若要在生产过程中获得优质的电泳漆膜,必须确保槽液pH值和电导率的稳定。而在阴极电泳涂装工艺中,阳极系统正是扮演稳定槽液pH值和电导率的角色。


阴极电泳设备的阳极反应

通常电泳阳极系统的要素有:阳极单元、阳极液槽、阳极泵、电导仪、流量计、压力表、阳极液供应及返回管路、阳极液溢流及排放管路等等。

阴极电泳涂装的阳极系统如下图。


在阴极电泳涂装过程中,当带正电荷的树酯阳离子在工件上沉积时,在电泳槽液中会不断有有机酸根离子(醋酸根离子、甲酸根离子)和氯离子生成(有机酸根离子来源于电泳漆,氯离子来源于固化剂),并相应在槽液中积聚。当有机酸根离子在槽液中聚积过多时将直接导致pH 值降低和电导率的增高,从而影响电泳漆膜的质量和外观(例如在电泳漆表面产生条印,漆膜粗糙)。为了确保最佳的涂装效果和电泳漆液的稳定,必须在涂装过程中通过阳极系统将这些酸根离子持续不断地除去。


这些有机酸根离子会与在阳极上富集的带正电荷的氢离子发生反应,我们称其为“阳极反应”。


阳极单元

电泳阳极主要有管式、卷式、板式、中空纤维等四种,其中又以管式和板式用得最多。管式和板式阳极通常封闭在可冲洗的阳极罩中,极罩由不导电的材料制成。

阳极单元一般由阳极棒(电极)、阳极隔膜、绝缘的阳极罩、阳极液输入管、阳极液输出管等构成。阳极单元结构如图2。


1. 阴极电泳阳极棒 

阴极电泳的阳极棒正是和工件阴极一起形成电场的阳极,可见其在电泳工艺中的重要性。阴极电泳的阳极棒、螺栓及垫片通常使用不锈钢(例如316L不锈钢)或钛合金板,阳极棒的厚度最好不小于3.2mm。阳极单元的阳极棒直接参与了电泳涂装的电化学反应,所以会逐渐损耗。阳极棒都有一定的生命周期,其消耗速率取决于通过电泳槽的产品及生产率。如果操作正确,通常阳极单元有3-5年的生命周期,经过特殊处理的阳极棒的生命周期会相对长一些。在实际生产中每年都应该对10-20%的阳极单元进行拆开检查。通常每个极罩应配备一个便于观察的安培计,以便连续监测每个阳极的工作情况。


2. 阴极电泳阳极隔膜 

阳极膜是阳极单元的主要构件之一,其作用正是通过电渗析除去电泳过程中产生的酸积聚,这样就可以除去多余的酸,维持槽液的正常pH值。

阳极膜是一种半透膜,它能够在电场的作用下选择性地允许带有相应电荷(负电荷)的离子通过,这种半透膜只有水分子、小的酸根离子等小分子能够通过,树脂、颜料等大分子则不能透过。阳极液和电泳槽液就是借助于这种选择性透过的半透膜隔离开来的。酸根离子只有在电场的作用下才能从电泳槽液向阳极系统迁移。若没有电场的作用,酸根离子将在浓度极差的作用下在槽液及阳极液中均匀分散,其工作原理见图3。


3. 阳极膜的两点注意事项 

(1)若有渗漏情况

若有阳极单元渗漏或破损时应立即停止阳极泵,必要时需关闭整流器,并及时更换渗漏的阳极单元。在更换阳极之前,首先必须关掉电源。具体操作如下:

A.关闭阳极液系统的泵,必要的话将整流器也关闭;

B.查出渗漏的阳极棒;

C.将渗漏的阳极单元与电泳系统隔离开来;

D.更换渗漏的阳极单元。

(2)电泳倒槽时阳极膜应保湿

当电泳主槽倒空时,阳极液循环系统必须保持循环状态,并不断给阳极膜喷洒去离子水。否则会造成电泳漆干结在阳极膜上和阳极膜干透,干结的电泳漆将增大电阻,而且阳极膜一经干透将永久失去半透膜的渗透功能。


4. 其它 

在阳极液循环系统中必须使用立式泵,而不宜使用卧式泵。这样可以避免卧式泵在密封失效时带来的不良影响。阳极液的输送管路必须用耐酸的不锈钢或塑料制成,若阳极液返回管为塑料材质,须将阳极接地。

为了获得更加均匀的电泳涂层,电泳涂装可以使用顶盖阳极或底部阳极。顶盖阳极和底部阳极通常安装在第二段电压区,若安装在第一段电压区则可能会因为电压低而导致效果不佳。



阳极液

阳极液的电导率反映出酸的浓度。在电泳涂装过程中,阳极液的电导率将随酸的浓度的增加而逐渐增加。定期排放极罩内的阳极液并补充去离子水即可降低漆液的电导率。阳极液的电导率应该维持在一定的范围内,例如500-1000μS/cm。若电导率偏高,必须排放一定的阳极液,并补加新鲜去离子水。

阳极液必须是清洁且透明的。在新槽投槽的前几周,尤其要注意阳极液的颜色,很快变色则表明阳极系统有问题。若变色了,应给予特别的关注。若阳极液变得模糊不清,可能是阳极膜破损或细菌污染。若阳极液变得颜色和槽液接近,则也可能是阳极膜破损。若阳液颜色虽然变深了(棕色或黑色),但是仍然是透明的,则说明不锈钢阳极棒腐蚀过快,或流量低,或电导率过高等。


每个阳极单元都要保持适当的阳极液流量,而且每个阳极单元的流量都应该能够单独监控。流量阀精度不宜过大,以便将流量控制在合适的范围内。阳极液维持正常的流量是至关重要的,每天都应该进行检查。


阳极比

阴极与阳极比通常为4:1-6:1,阳极面积可通过下列公式计算:

SA=JPH/60×T×SC /R

SA——阳极面积;

JPH——生产节拍(hour-1);

T——单车电泳涂装时间(min);

SC——单车表面积(m2);

R——阴极面积/阳极面积(通常为4)。

单车涂装时间是指有效的浸涂时间。单车涂装时间长于2min时,按2min计算。若是柔性生产线,单车表面积要按最大设计车身尺寸来计算。

根据该公式计算出所需的总的阳极面积,然后再根据单个阳极单元的面积确定所需阳极单元的数量。阳极的排布要遵循一定的规则,对间歇式的电泳槽更要注意。




阳极管的安装与排布

阳极系统的安装包括机械设施安装、电路连接和槽液循环管路连接。阳极单元必须在电泳漆投槽之前安装好,并通过渗漏测试。但是,通常阳极单元的安装时间要离电泳漆投槽的时间越短越好,以将阳极受损的概率降到最低。在安装过程中也必须特别小心保护阳极膜。

阳极单元应沿各槽壁布置,深度不小于槽液深度的40%。通常在两个电极段之间至少留有一个极罩的间隙,以防止电泳漆沉积在电压较低区的阳极和极罩上。


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