自然界有種現(xiàn)象叫“同性相斥異性相吸”，電泳涂料的涂覆成膜就是利用了這一原理。電泳涂料加入去離子水?dāng)嚢杈鶆虻倪^程是熟化，熟化后的電泳涂料稱為槽液。將具有導(dǎo)電性的被涂物作為陽極（或陰極）浸入槽液中，在槽中另設(shè)置與其對應(yīng)的陰極（或陽極），通過直流電場的作用，帶電荷的涂料開始完美演繹這一現(xiàn)象，向相反的電極（被涂物）方向移動(dòng)，在被涂物的表面沉積析出形成涂膜，因此電泳涂料又稱為電沉積涂料。
電泳涂料是一種僅適用于電泳涂裝的專業(yè)水性涂料，其具有環(huán)保、低污染；泳透率高；利用率高以及涂膜的防腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世就在表面處理行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)被涂物在電泳涂裝過程中所處極性不同，電泳涂料可分為陽極電泳涂料和陰極電泳涂料。由于陰極電泳涂料具有更好的涂裝穩(wěn)定性和涂膜性能，逐步代替了陽極電泳涂料。陰極電泳涂料產(chǎn)品類型又可分為單組分和雙組分電泳涂料，還可按膜厚度分為薄膜型、中厚膜和厚膜型陰極電泳涂料。隨著陰極電泳涂料不斷發(fā)展，又開發(fā)和研制出許多功能性陰極電泳涂料，如低溫固化型、耐候性、多彩型丙烯酸陰極電泳涂料等等。
泳透力是電泳涂料在涂裝過程中深入被涂物背離電極部位泳上涂膜的能力，簡單點(diǎn)說就是使結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的工件（內(nèi)面、凹面、縫隙等處）全部表面均勻涂上漆膜的能力。泳透力的高低直接影響涂裝生產(chǎn)效率和其漆膜防腐性，是衡量一種電泳漆好壞的重要指標(biāo)。同等電泳條件下，電泳涂料在產(chǎn)品上的沉積效率，也稱泳透率，泳透力是涂料本身的性質(zhì)，泳透率是一種效率性質(zhì)，一般情況下兩者成正比。
2、 泳透力的測定方法
行業(yè)中最常用的泳透力測定方法是福特盒法和4枚盒法，目前這兩種方法與原行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3336《電泳漆泳透力測定法》中的玻璃管法、HG/T 3339《電泳漆泳透力測定法(鋼管法)》一起，被收錄在2012年首次修訂的行標(biāo)HG/T 3334《電泳涂料通用試驗(yàn)方法》中。
福特盒法又稱拋射盒法，是用PVC塑料為隔條與2塊磷化鋼板固定粘貼，制成上下空，兩邊用膠帶封閉的福特盒。福特盒放入電泳槽中，電泳槽一側(cè)的不銹鋼板接正極，福特盒接負(fù)極，電泳后，將福特盒拆卸，試板處理干燥后測量內(nèi)表面涂膜厚度，找出膜厚5µm的位置，測量其至底邊的高度，其數(shù)值即是電泳涂料直觀泳透力值。試驗(yàn)裝置如圖1所示。
圖1 福特盒法泳透力測定裝置
4枚盒法以試板各部位的膜厚作為評價(jià)對象，與其他方法相比，更接近于模擬生產(chǎn)實(shí)際，直觀反映出材料的消耗量，因此被廣泛采用。用4塊磷化鋼板作為試板固定制成4枚盒，其中3塊距底端50mm中心處鉆孔，試板從左到右順序記為A~H，見圖2。將4枚盒放入電泳槽中，試板之間用導(dǎo)線連接，極板接正極，4枚盒接負(fù)極，見圖3。電泳后將盒解體，測出烘干后試板每面“X”4點(diǎn)（試板邊緣到中心距離的中點(diǎn)）的涂膜厚度，取平均值。當(dāng)A面膜厚達(dá)到(20±2)µm時(shí)，G面膜厚越高，也就是內(nèi)外表面膜厚差越小,表明該涂料的泳透力越好，以 G/A 膜厚比值表示，見圖4所示。
圖2 4枚盒
圖 3 4枚盒泳透力測試方法示意
圖 4 膜厚測定
行業(yè)最早使用的測試方法是鋼管滲入法，用于測定泳透力較高的涂料。將鋼管浸入槽液進(jìn)行電泳，烘干后據(jù)開鋼管，管內(nèi)壁電泳的涂膜呈現(xiàn)A（完全涂有漆層）、B（A與C的過渡部分）、C（完全未涂上漆）三種狀況，量出A、B之高，以HA+HB/2作為漆膜的滲入高度，即為直觀泳透力值，見圖5。其泳透機(jī)理為電泳進(jìn)行時(shí)，首先涂覆在被涂物電場分布的最強(qiáng)部位，即幾秒鐘內(nèi)管外壁和管口完全被涂覆，隨著管子外表面涂層電阻增加，電場進(jìn)入被浸入槽液一端的管子內(nèi)，一直涂覆到管子更上端沒有足夠電場來沉積的部位。該方法美中不足的是，每測一個(gè)數(shù)據(jù)，必須將管子鋸開，否則管內(nèi)壁的電泳狀態(tài)無法直接觀察；也無法保存留樣；且精確劃分 A、B、C部分也較因難，因此長春第一汽車制造廠以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了改進(jìn)，研制出“一汽鋼管法”，目前該方法收錄在行標(biāo)中稱為鋼管法B，即將試板插入不銹鋼管內(nèi)，浸入槽液200mm，極板為緊貼絕緣容器內(nèi)壁的薄紫銅片圍成的圓筒，引出導(dǎo)線進(jìn)行電泳，測量試板上虛膜長度(A)和實(shí)膜長度(B)，用公式涂膜泳入高度（A+1/2B）/鋼板條浸入槽液深度（200mm）×100%計(jì)算出泳透率，見圖6所示。
圖5 鋼管電泳后的漆膜狀態(tài)
圖6 鋼管法B泳透力裝置及試板電泳分布狀況
玻璃管法用于陽極電泳涂料，以玻璃圓筒作為電泳槽，上配橡皮塞，橡皮塞中心裝一玻璃管，同時(shí)開有溫度計(jì)及導(dǎo)線出孔。極板為貼壁于電泳槽內(nèi)上下無底的馬口鐵圓筒，試板插入玻璃管中央，泳畢量取試板兩面泳漆高度，取平均值，見圖7。以三塊試板泳漆高度的平均值為被測試樣的泳透力。行標(biāo)中的鋼管法A與玻璃管法裝置、測定方法、結(jié)果表示一致，不同點(diǎn)在于陰陽極對調(diào)，用于陰極電泳涂料的測定。
圖7 玻璃管法測定裝置圖
此外，泳透力測定方法還有金屬絲試驗(yàn)法、楔形板法、泳透池法等。金屬絲試驗(yàn)法采用很便宜的金屬絲進(jìn)行試驗(yàn)，較為實(shí)用并易實(shí)現(xiàn)。把金屬絲插入半徑為rt非導(dǎo)體管子中，管子和金屬絲固定于電泳槽中，電泳后，測金屬絲被涂長度，即為直觀泳透力值，如果把金屬絲插入兩根 (或更多根)不同半徑的管子內(nèi)時(shí)，如圖8所示，可同時(shí)進(jìn)行同一電泳涂料條件下不同a/L(a為管子的橫截面積πr2，L為管子的圓周長2πr)金屬絲試驗(yàn)。楔形板法是將兩塊試板組成V字型試件，因此也稱V形板法，將試件浸入電泳槽，角頂與極板間距為10mm，泳畢檢查其內(nèi)表面上涂膜面積，比較A、B、C三處厚度差別，以確定涂料的泳透力大小，無涂料區(qū)域越小，則泳透力越好，見圖9,該方法只能定性而不能定量地說明問題。泳透池法是在與另一個(gè)面積比較的情況下，測定一個(gè)被涂件上厚度的比值，采用有機(jī)玻璃泳透池來測定，將極板置于被隔開的電泳槽一端，主被涂物在同一槽中，與極板間隔10cm，次被涂物放于被隔開絲網(wǎng)另一半槽中，距極板30cm，見圖10，在主被涂物上施以一恒定的電流，測定次被涂物上電流隨時(shí)間的變化和電泳終了時(shí)，主、次被涂物上的漆膜厚度。按照次被涂物上的漆膜厚度/主被涂物上的漆膜厚度×100%計(jì)算出泳透力。
圖 8“金屬絲”試驗(yàn)裝置
圖 9 楔形板法測泳透力示意圖（單位為 mm）
圖10 泳透池圖解
以上方法均需要在實(shí)驗(yàn)室的電泳槽中模擬現(xiàn)場施工環(huán)境才能完成，為便于現(xiàn)場測試，有汽車廠家開發(fā)出一種便攜式泳透力儀器。該儀器由PVC泳透力管、橡膠塞組成,將試板放入泳透力管內(nèi),保持相對固定，從管塞中引出連接線與車身實(shí)現(xiàn)電連接，見圖11，將泳透力管固定于待電泳的車身上，且保持豎直方向。泳畢測量試板上膜的范圍,與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照，從而判定泳透力是否在合格的范圍內(nèi)。便攜式泳透力儀器制作簡單，成本低、體積小、輕便易攜，用于現(xiàn)場測試，可避免因人為因素對測量結(jié)果的影響，具有很好的實(shí)用性。
圖11 現(xiàn)場檢測電泳涂料泳透力儀器示意圖
泳透力是電泳涂料的重要特性之一，泳透力的大小與電泳涂料槽液的電導(dǎo)、濕涂膜的比電阻和涂裝工藝參數(shù)有關(guān)，雖然測定電泳涂料泳透力的方法很多，但同一種電泳涂料，用不同的方法測定，其結(jié)果是不同的。所以，在測定泳透力時(shí)，必須明確試驗(yàn)方法和電泳條件，而不能隨意根據(jù)某種電泳涂料的泳透力數(shù)值來判斷其優(yōu)劣。
作者：虞瑩瑩
單位：中海油常州涂料化工研究院有限公司
來源：第21屆水性技術(shù)年會(huì)暨水性技術(shù)展論文集
