專利名稱：增強電沉積的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電沉積涂料系統(tǒng)的膜組件及構(gòu)造此膜組件的方法。
在Lee系統(tǒng)的實施方案中，管式電極被裝入管式膜組件中。該管式膜組件可由外框架和內(nèi)導(dǎo)向體(inner guide)組成，其間包含可透過膜。其內(nèi)壁和外壁可由非可透過性剛性材料制成并且可包括可通過涂料的孔。涂料可經(jīng)由框架外壁內(nèi)的窗口通過，滲透入膜并隨后經(jīng)由框架內(nèi)壁的窗口通過。涂料通過管式膜組件后可溶解入浸漬電解質(zhì)的溶液里。
在所述接縫處連接所述第一側(cè)邊和所述第二側(cè)邊以形成連接膜，以及將所述連接膜置于內(nèi)導(dǎo)向體和外框架之間。
本發(fā)明還涉及一種形成膜組件的方法，該方法包括使具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的膜片材成形，以便該第一側(cè)邊和該第二側(cè)邊在螺旋形接縫處重疊。
在所述接縫處連接所述第一側(cè)邊和所述第二側(cè)邊以形成連接膜，以及將所述連接膜置于內(nèi)導(dǎo)向體和外框架之間。
本發(fā)明還涉及一種具有型材的膜組件，該膜組件包括具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在沿著接縫的至少一個超聲波焊接部位將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架本發(fā)明還涉及一種具有型材的膜組件，該膜組件包括具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在螺旋形狀的接縫處將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架本發(fā)明還涉及一種電沉積系統(tǒng)，其包括具有型材的膜組件，該膜組件包括具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在沿著接縫的至少一個超聲波焊接部位將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架；電極；以及包括涂料、溶劑和增溶劑的水溶液。
本發(fā)明還涉及一種電沉積系統(tǒng)，其包括具有型材的膜組件，該膜組件包括
具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在螺旋型材接縫處將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架；電極；以及包括涂料、溶劑和增溶劑的水溶液。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的管式膜組件。
圖2A所示為圖2的管式膜組件的壁沿線A-A的截面圖。
圖3A所示為形成根據(jù)本發(fā)明實施方案的期望的膜組件型材之前的膜試片。
圖3B所示為形成根據(jù)本發(fā)明實施方案的期望的膜組件型材的膜片材。


圖1說明了本發(fā)明的膜組件的典型應(yīng)用。膜組件1包圍陽極2。該陽極2可由不銹鋼制成且可為圓柱形。電沉積有材料如涂料的物體用作陰極3。在該系統(tǒng)的可選實施方案中，可顛倒陰極3和陽極2，即電沉積有材料的物體用作陽極2，而膜組件1可包圍陰極3。當要涂覆陰極時，涂料通常為陰離子。相反，當要涂覆陽極時，涂料通常為陽離子。在余下的討論中，將假定該系統(tǒng)使用陰離子涂料且所沉積的元件是陰極。然而，本發(fā)明既涉及陽極系統(tǒng)也涉及陰極系統(tǒng)。
陽極2電連接至直流電源4如電池整流器的正極端。陰極3電連接至直流電源4的負極端。膜組件1、陽極2和陰極3至少部分沉浸于含已溶解的沉積材料6的水溶液5內(nèi)。水溶液5可容納于電沉積槽10中。水溶液5通常含沉積材料7、溶劑(如水)和增溶劑8。增溶劑8增加了已溶解的沉積材料6的電離作用。在陰極3為待涂覆元件的系統(tǒng)中，增溶劑8可為酸如乙酸。在陽極待涂覆的可選系統(tǒng)中，增溶劑可為堿如三乙胺。在從陰極3處的水溶液5中取出沉積材料7的同時，可持續(xù)地在溶液中加入補充沉積材料。
隨著電沉積過程的持續(xù)，已溶解的沉積材料6由溶液中出來(如沉積材料7所示，其為未溶解的)。增溶劑8留在溶液中。增溶劑8在水溶液5中的濃度變化可影響陰極3上的電沉積涂料量，在陰極涂料的表面上產(chǎn)生“針孔”型缺陷。因此，希望控制水溶液5中的增溶劑8的濃度。
膜組件9可為系統(tǒng)的一部分，用于控制水溶液5中的增溶劑8的濃度。該膜組件可包括陽極電解液供給管11和陽極電解液溢流管12。陽極電解液供給管11向膜組件9的內(nèi)區(qū)供給新的增溶劑溶液。由陽極電解液供給管11供給的增溶劑溶液的增溶劑8的濃度可等于水溶液5中所期望的濃度。此外，膜組件9的壁可透過增溶劑8。在此實施方案中，如果在水溶液5中增溶劑8的濃度超過期望的濃度，增溶劑可經(jīng)由膜組件9的壁流入膜組件內(nèi)部的增溶劑溶液中。用過的增溶劑溶液由膜組件99的內(nèi)部經(jīng)陽極電解液溢流管12除去?？商幚碛眠^的增溶劑溶液并將其經(jīng)陽極電解液供給管11返回使用。
在此系統(tǒng)中，膜組件9也可具有螺紋底蓋(見圖2)且陽極電解液供給管11可供給新的增溶劑至該底蓋的貯存槽。以此方式向膜組件9引入增溶劑溶液的作用是該增溶劑溶液可在渦流中經(jīng)由膜組件9的內(nèi)部向上移動。此渦流可產(chǎn)生由陽極2的表面除去氧和其他雜質(zhì)的洗滌作用，以防止或降低腐蝕作用。
圖2說明了本發(fā)明的膜組件的實施方案。在此圖示的實施方案中，膜組件的形狀為管狀。該組件由膜組件壁101、陽極電解液溢流管102、陽極電解液供給管103、頂蓋104和底蓋105組成。頂蓋可具有孔，經(jīng)此孔可插入電極(陽極或陰極)。底蓋105、頂蓋104或此二者均可開槽以接受膜組件壁101。膜組件壁101可由圖2A所示的三個層-外框架106、膜107和內(nèi)導(dǎo)向體108組成?？蚣?06和導(dǎo)向體108可包括多個孔109a、109b，經(jīng)由這些孔可通過增溶劑8。膜107可選擇性透過以容許增溶劑由膜組件外進入膜組件內(nèi)，以便降低水溶液5中增溶劑的濃度，或者增溶劑由膜組件內(nèi)進入膜組件外的水溶液5中，以便提高水溶液5中增溶劑的濃度。
膜107優(yōu)選由不與涂料、溶劑或增溶劑反應(yīng)的材料制成。適合的膜材料的例子是由Membranes International，Inc.(Glen Rock，NewJersey)制造的ULTREX AMI-7001陰離子膜。所選材料當置于涂料、溶劑和中和劑的溶液中時會膨脹。如果當膜107置于溶液中后顯著膨脹，在膜組件構(gòu)建并隨后置于溶液中時產(chǎn)生問題。當膜107膨脹時，部分膜107可經(jīng)由導(dǎo)向體108或框架106內(nèi)的孔109a與109b擠出。這可減低膜表面與涂料間的接觸面積，使涂料經(jīng)由膜107的透過放慢。此外，涂料固體或雜質(zhì)可累積在膜107和導(dǎo)向體108或框架106擠出部位之間的小區(qū)域內(nèi)，進一步降低了電沉積效率。
在本發(fā)明的一個實施方案中，這個問題可通過使膜107預(yù)膨脹而解決。膜107可通過在30-50重量％的甘油溶液或多羥基化合物的水溶液中潤濕膜材料的平片材而預(yù)膨脹。該潤濕過程包括在溶液中浸濕膜材料的平片材至少約10分鐘。然后預(yù)膨脹的膜107軋制或形成為膜組件的期望的型材。例如，預(yù)膨脹的膜107可軋制成特定內(nèi)徑或外徑的管狀型材?？蛇x地，預(yù)膨脹膜107可在其形成為期望的膜組件型材之后膨脹。
圖3A和3B更詳細地說明了具有期望的膜組件形狀的膜構(gòu)造。在優(yōu)選的實施方案中，膜組件型材為管狀并且膜是通過沿螺旋形接縫連接它的側(cè)邊而形成此型材。圖3A所示為尚未形成所期望的管狀膜組件型材的膜201。圖3B所示為已經(jīng)形成所期望的具有螺旋形接縫的管狀膜組件型材的膜。為使膜201形成所期望的膜組件型材，將膜201的側(cè)邊202a和202b放在一起，以使膜201接近每個側(cè)邊202a和202b的部分重疊。
膜201的形狀至少部分取決于所期望的接縫形狀。在圖3A中膜201為長斜方形，以產(chǎn)生螺旋形接縫203。在期望垂直接縫的實施方案中，膜201可為矩形。當使用連續(xù)片材時，可以一角度切割矩形片材的前沿以產(chǎn)生新的前沿204并在相應(yīng)角度向連續(xù)片材的進給方向送入連續(xù)片材，由此可由標準矩形連續(xù)片材產(chǎn)生長斜方型材。
膜的尺寸由所期望的膜組件型材的尺寸決定。例如，前沿204和后沿205之間的垂直距離可等于形成所期望的膜組件型材時的膜的所期望的高度。雖然圖3A所示既有前沿204，又有后沿205，但應(yīng)理解在形成為所期望的膜組件型材之前膜201可以是無前沿204、后沿205或二者的連續(xù)片材。膜201可切割，以在膜201形成所期望的膜組件型材之后具有前沿204和/或后沿205。側(cè)邊202a和202b上相應(yīng)點之間的水平距離可基本上等于形成所期望的膜組件型材時所期望的膜圓周與重疊區(qū)域206的水平寬度之和。在膜組件具有管式形狀的實施方案中，在膜形成為管狀型材后其內(nèi)徑優(yōu)選介于2英寸和3.5英寸之間。
可選擇重疊區(qū)域206的面積，以便膜組件型材的內(nèi)徑為一特定值且可視用于將重疊膜材料連接在一起的方法的類型而定。連接膜組件側(cè)邊的方法可包括熱焊接、超聲波焊接、定位焊接和粘接。在使用粘接的實施方案中，將粘合劑置于重疊側(cè)邊202a和202b之間并且在外側(cè)邊202b頂部之上。在使用熱焊接處，可放置焊接材料以產(chǎn)生角焊。選擇特殊連接方法所考慮的事項包括制造膜201所用材料的熱特性和化學特性、使用膜組件9的化學環(huán)境、最后應(yīng)用中膜組件9可承受的機械應(yīng)力和/或應(yīng)變、成本、加工的容易程度等。例如超聲波焊接可特別適合于熱敏材料和/或膜組件將被浸入與粘合劑不相容的水溶液5中的應(yīng)用場合。
在使用超聲波焊接的實施方案中，將側(cè)邊202a和202b置于一起以產(chǎn)生重疊區(qū)域206。該重疊區(qū)域可具有約1/2英寸的寬度。重疊區(qū)域206的一部分可置于夾具(fixture)和電極臂(horn)之間，以便該電極臂和該夾具都可與膜201最接近側(cè)邊202a或202b的表面接觸?？捎脤⒔涣麟娔苻D(zhuǎn)換為高頻動能的轉(zhuǎn)換器使該電極臂高頻振動。在轉(zhuǎn)換器和電極臂之間可放置增強器以增大振動的振幅。轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的振動頻率的等級可為15-40kHZ。高頻振動可在介于側(cè)邊202a和202b之間的界面處產(chǎn)生摩擦，該摩擦可使在側(cè)邊202a和202b之間形成連接部位(在圖3B中以“x”表示)。通過基本垂直于電極臂的長度的方向(即接縫移動的方向)經(jīng)由電極臂和夾具間的區(qū)域加入重疊區(qū)域206而形成連續(xù)接縫203。
在本發(fā)明的實施方案中，膜201的側(cè)邊202a和202b可重疊以形成螺旋接縫203(如圖3所示)。在此實施方案中，可選擇螺旋形狀的尺寸，以便連續(xù)環(huán)207a和207b之間的垂直距離約為6英寸?？蛇x地，膜201的側(cè)邊202a和202b可重疊以形成連續(xù)垂直接縫或其他形狀的接縫。膜可通過將預(yù)澆注的膜材料的連續(xù)片材置于圓筒形心軸周圍而形成為管狀型材。該心軸的外徑基本等于最終管狀的膜所期望的內(nèi)徑?？蛇x地，預(yù)澆筑的連續(xù)片材成形的內(nèi)部形狀為其內(nèi)徑約等于所期望的膜組件型材的外徑。然后，焊接的膜201可置于外框架106之內(nèi)以及內(nèi)導(dǎo)向體108之外。外框架106和內(nèi)導(dǎo)向體108都可由聚丙烯擠出網(wǎng)狀管材制取?？蛇x擇內(nèi)導(dǎo)向體108的外徑和外框架106的內(nèi)徑以使干擾輕微，以便零件壓配合在一起。可選地，可選擇內(nèi)導(dǎo)向體108和外框架106的直徑以致于無干擾，并且膜201、內(nèi)導(dǎo)向體108和外框架106可通過頂端蓋104及底端蓋105保持在彼此相關(guān)的位置。
以上描述為本發(fā)明的具體實施方案，很明顯，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可對其進行許多改進而不偏離本發(fā)明的精神。所附權(quán)利要求試圖涵蓋落入本發(fā)明的精神和范圍的此類改變。因此，在此公開的實施方案應(yīng)在各方面都被認為是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而非說明書來闡明。與權(quán)利要求相當?shù)暮x和范圍內(nèi)的所有變化都包含于其中。
權(quán)利要求
1.一種形成膜組件的方法，該方法包括使具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的膜片材成形，以便該第一側(cè)邊和該第二側(cè)邊在螺旋形接縫處重疊。在所述接縫處連接所述第一側(cè)邊和所述第二側(cè)邊以形成連接膜，以及將所述連接膜置于內(nèi)導(dǎo)向體和外框架之間。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中所述連接膜為管型材。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中所述內(nèi)導(dǎo)向體和外框架均為管型材。
4.如權(quán)利要求2的方法，其中所述管型材的內(nèi)徑為約2-3.5英寸。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述第一側(cè)邊與第二側(cè)邊重疊約1/2英寸。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中所述成形包括將所述膜片材包在心軸周圍。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中所述連接包括超聲波焊接。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中，所述接縫具有移動方向，以及，所述超聲波焊接進一步包括基本垂直于所述接縫移動方向放置超聲波焊接電極臂并且沿著所述超聲波焊接電極臂和夾具之間的所述移動方向送入所述接縫。
9.如權(quán)利要求1的方法，其進一步包括從連續(xù)膜片材切割所述膜片材。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中所述切割是在所述成形之后進行。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述膜片材由熱塑性材料制得。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所述膜片材為預(yù)膨脹的。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中所述成形包括從膜材料的連續(xù)片材切割所述膜片材。
14.如權(quán)利要求13的方法，其中所述膜片材被切割成斜長方型材。
15.如權(quán)利要求1的方法，其進一步包括預(yù)膨脹所述膜。
16.一種形成膜組件的方法，該方法包括使具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的膜片材成形，以便該第一側(cè)邊和該第二側(cè)邊在螺旋形接縫處重疊。在所述接縫處連接所述第一側(cè)邊和所述第二側(cè)邊以形成連接膜，以及將所述連接膜置于內(nèi)導(dǎo)向體和外框架之間。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中所述接縫為螺旋形。
18.如權(quán)利要求16的方法，其中所述接縫為垂直形。
19.如權(quán)利要求16的方法，其進一步包括預(yù)膨脹的所述膜。
20.一種具有型材的膜組件，該膜組件包括具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在沿著接縫的至少一個超聲波焊接部位將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架
21.如權(quán)利要求20的膜組件，其進一步包括頂部端蓋。
22.如權(quán)利要求20的膜組件，其進一步包括底部端蓋。
23.如權(quán)利要求20的膜組件，其進一步包括陽極電解液供給管。
24.如權(quán)利要求20的膜組件，其進一步包括陽極電解液溢流管。
25.如權(quán)利要求20的膜組件，其進一步包括電極。
26.如權(quán)利要求25的膜組件，其進一步包括具有孔的頂部端蓋，所述電極經(jīng)由該孔通過。
27.如權(quán)利要求20的膜組件，其中所述內(nèi)導(dǎo)向體的本體具有至少一個孔。
28.如權(quán)利要求20的膜組件，其中所述內(nèi)導(dǎo)向體由擠出網(wǎng)狀管材制得。
29.如權(quán)利要求20的膜組件，其中所述外框架的本體具有至少一個孔。
30.如權(quán)利要求20的膜組件，其中所述外框架由擠出網(wǎng)狀管材制得。
31.如權(quán)利要求20的膜組件，其中所述接縫為螺旋形。
32.如權(quán)利要求20的膜組件，其中所述膜為預(yù)膨脹的。
33.一種具有型材的膜組件，該膜組件包括具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在螺旋形狀的接縫處將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架
34.如權(quán)利要求33的膜組件，其進一步包括頂部端蓋。
35.如權(quán)利要求33的膜組件，其進一步包括底部端蓋。
36.如權(quán)利要求33的膜組件，其進一步包括陽極電解液供給管。
37.如權(quán)利要求33的膜組件，其進一步包括陽極電解液溢流管。
38.如權(quán)利要求33的膜組件，其進一步包括電極。
39.如權(quán)利要求38的膜組件，其進一步包括具有孔的頂部端蓋，所述電極經(jīng)由該孔通過。
40.如權(quán)利要求33的膜組件，其中所述內(nèi)導(dǎo)向體的本體具有至少一個孔。
41.如權(quán)利要求33的膜組件，其中所述內(nèi)導(dǎo)向體由擠出網(wǎng)狀管材制得。
42.如權(quán)利要求33的膜組件，其中所述外框架的本體具有至少一個孔。
43.如權(quán)利要求33的膜組件，其中所述外框架由擠出網(wǎng)狀管材制得。
44.如權(quán)利要求33的膜組件，其中所述接縫為螺旋形。
45.一種電沉積系統(tǒng)，其包括具有型材的膜組件，該膜組件包括具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在沿著接縫的至少一個超聲波焊接部位將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架；電極；以及包括涂料、溶劑和增溶劑的水溶液。
46.一種電沉積系統(tǒng)，其包括具有型材的膜組件，該膜組件包括具有第一側(cè)邊和第二側(cè)邊的所述型材膜，在螺旋型材接縫處將該第一側(cè)邊與第二側(cè)邊連接在一起；內(nèi)導(dǎo)向體；以及外框架；電極；以及包括涂料、溶劑和增溶劑的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明的實施方案涉及用于電沉積涂料系統(tǒng)的膜組件及用于構(gòu)造此膜組件的方法。膜組件可包括膜片材、導(dǎo)向體以及框架。在本發(fā)明的實施方案中，膜組件可通過沿螺旋形接縫處超聲波焊接膜并將該膜片材置于由擠出網(wǎng)狀管形成的導(dǎo)向體和框架之間而形成管型材。本發(fā)明的可選實施方案可包括不同的接縫形狀以及制造和連接方法。
文檔編號C25D13/22GK1473210SQ01813077
公開日2004年2月4日 申請日期2001年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月24日
發(fā)明者戴維·H·霍普金斯, 戴維 H 霍普金斯 申請人:Pti先進過濾公司