鋁型材電泳涂裝技術(shù)及發(fā)展

    電泳涂裝具有高耐候性、高耐蝕性、高透明度,裝飾性好,環(huán)保安全的特點,已成為我國鋁型材加工的一個重要手段.本文介紹了我國鋁型材電泳涂裝的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,討論了電泳涂料的制備和電泳涂裝工藝及管理.

    1、鋁型材電泳涂裝的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

    1.1我國鋁型材電泳涂裝現(xiàn)狀

    經(jīng)過近20年的發(fā)展,我國鋁產(chǎn)業(yè)已形成一個完整的工業(yè)體系,成為國民經(jīng)濟的技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一.原鋁產(chǎn)量已達到250萬噸以上,占世界第三位,擁有鋁加工企業(yè)1000多家,生產(chǎn)能力已達到350萬噸/年.可生產(chǎn)帶、型、棒、線、鍛、粉等18大類,200余種合金,2400多個品種,特別是鋁型材產(chǎn)量已增加100倍、達100萬噸/年.

    我國鋁型材電泳涂裝始于80年代中期,在隨后的10年間,只有少數(shù)廠家擁有生產(chǎn)線,如西飛鋁型材廠、秦皇島鋁業(yè)公司.電泳涂裝發(fā)展緩慢的原因是:①價格太高,當時電泳涂料靠進口,銷售價比普通型材高8000——10000元/噸.②工業(yè)水平低,鋁型材的制造是一門綜合技術(shù),其質(zhì)量與熔鑄、擠壓、模具及工藝表面處理,環(huán)境條件等因素直接相關(guān),工藝過程中的任何疵病均會在電泳涂料的透明特性下暴露無遺.

    目前鋁型材業(yè)經(jīng)過技術(shù)改造,已走向中高檔型材發(fā)展時期,生產(chǎn)和管理技術(shù)都有長足的進步.隨著人民生活水平提高,市場需求多樣化,促進了鋁型材表面處理技術(shù)的發(fā)展,由單一的古銅料發(fā)展到擁有粉末涂裝、氟碳涂裝、有機和無機染色、電泳涂裝、機械和化學拋光等工藝手段,新一代的木紋化處理技術(shù),三段電解多色著色以及微弧氧化著色技術(shù)也在試產(chǎn)中.鋁型材的外觀有欽金、金黃、香檳、仿不銹鋼及各種色彩,還有顯示鏡面、沙石、亞光、珠光等特殊效果的,是花色品種繁多,色彩紛呈.在眾多的表面處理技術(shù)中,電泳涂裝是最具發(fā)展?jié)摿Φ倪m用技術(shù).因此近兩年來鋁型材電泳技術(shù)取得突飛猛進的發(fā)展.生產(chǎn)線由1997年的30條猛增到100條以上,生產(chǎn)能力由4萬多噸發(fā)展到30萬噸,但實際產(chǎn)量仍在10——15萬噸/年之間,僅占我國鋁型材總產(chǎn)量的10%——15%.

    1.2電泳涂裝鋁型材的特點

    其一,在鋁型材經(jīng)陽極化和電解著色后再進行電泳涂裝,有雙層保護.具有高透明、高金屬質(zhì)感、高耐蝕及高耐候性,比噴漆、粉末噴涂更具裝飾性,深受用戶喜愛,已廣泛進入家庭裝修,潛在市場極大.其二,工藝容易實施,只要在的生產(chǎn)線上增加幾個槽與鋁氧化,著色工藝形成流水線生產(chǎn).水溶性電泳涂裝安全,可以實現(xiàn)閉路循環(huán),有利于環(huán)保.

    1.3鋁型材行業(yè)電泳涂裝發(fā)展的幾個應(yīng)注意的方面

    ①開發(fā)新斷面,促進鋁型材的新發(fā)展.近5年來我國鋁型材產(chǎn)量總是在100萬噸/年左右,徘徊不前.這是與型材只限于建筑用和少量工業(yè)型材,斷面少,應(yīng)用面不廣有關(guān).國際上鋁制品種類已達70萬種以上,我國有多少種沒有統(tǒng)計,但鋁型材種類遠遠少于國外現(xiàn)有種類,這是不容忽視的.我國應(yīng)該努力開發(fā)工業(yè)用型材,由目前少量的采暖、散熱輪轂,向機械、汽車結(jié)構(gòu)件發(fā)展.這是一個很有發(fā)展前途的領(lǐng)域;開發(fā)家用電器、日用鋁型材、家電構(gòu)件、燈具、廚具、浴室用具,日用鋁型材,幾近空白,有識之士應(yīng)在此領(lǐng)域大展鴻圖;包裝容器、航空、交通化工用型材也是拓展空間.

    ②開發(fā)鋁型材加工技術(shù),提高電泳材合格率,是電泳涂裝技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵.電泳型材成本高源于合格率低,如果合格率低于80%就沒有利潤甚至會虧本.相反,合格率要達90%以上則有豐厚的利潤.故這是制約電泳工藝發(fā)展的關(guān)鍵因素.電泳漆的高透明性使熔鑄縮孔,灰渣造成的黑色、黑線、粗晶、模具擠壓粗紋,磕碰劃傷,組合模粗晶線,黑斑白斑;氧化著色工藝造成的碎花、斑紋、水痕,環(huán)境條件造成粉塵毛刺、結(jié)瘤及電泳工藝造成泳透率低、陰陽面和孔隙率高的疵病都顯露無遺,必須系統(tǒng)地提高鋁加工的綜合技術(shù)水平.

    ③提高電泳漆的品質(zhì),擴大電泳漆種類.我國型材電泳涂料主要是丙烯酸電泳漆、聚氨酯電泳漆兩大類,以透亮型為主,其品質(zhì)在硬度和透明度方面不及進口品.提高國產(chǎn)化,進一步降低成本,增加花色品種如亞光、消光、砂面、珠光等效果的電泳漆.

    2、鋁型材電泳涂料及涂裝工藝

    2.1鋁型材陽極電泳涂料

    由于丙烯酸樹脂具有優(yōu)異的耐候性、耐磨性,樹脂無色透明,裝飾性優(yōu)異,可通過配方調(diào)節(jié)涂料性能.丙烯酸樹脂主鏈由碳——碳鍵組成,抗化學性高,配成含水量大的堿性電泳漆液也不會分解,具有良好的穩(wěn)定性,因此丙烯酸類型的陽極電泳涂料占據(jù)了鋁型材電泳涂料的主流.

    目前還有一類不透明的聚氨酯電泳漆,性能優(yōu)異,而且工藝簡單,因為采用有色的不透明聚氨酯電泳漆,可取消陽極氧化、著色、封閉工藝,有利于節(jié)約成本.

    隨著電泳涂料在鋁型材及電鍍制品上的廣泛應(yīng)用,為滿足各種產(chǎn)品的不同需求,電泳涂料的品種急劇增多,目前除丙烯酸陽極電泳涂料,聚氨酯陰、陽性電泳涂料外,還有功能性的抗菌、絕緣、自潤滑電泳涂料等,及裝飾性的亞光、消光、珠光電泳涂料.

    2.2電泳涂裝的原理及特點

    2.2.1電泳涂裝的特點

    自本世紀30年代電泳涂料及涂裝在福特汽車公司一條車輪涂裝線上使用,近40年來其應(yīng)用得到了飛速發(fā)展.由于電泳涂裝使用水性涂料,具有安全、高效、質(zhì)優(yōu)、環(huán)保的優(yōu)點,在汽車工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用.由于電泳涂料的優(yōu)異性能,透明的丙烯酸類和聚氨酯類電泳涂料自70年代開始已成功用于金屬表面的裝飾和保護,如銅字招牌保護,不銹鋼及電鍍制品的裝飾和保護,作為最終保護裝飾的最具代表性和應(yīng)用最廣泛的就是建筑鋁型材的電泳涂裝.

    傳統(tǒng)的鋁材型材表面處理工藝是氧化、著色及封閉處理,這種鋁材的轉(zhuǎn)化膜在戶外長期使用時,特別是在酸雨或海洋環(huán)境中時,容易腐蝕,耐久性差,因此自70年代開始,人們嘗試用涂料涂裝的方法來提高建筑用鋁型材的裝飾性能及使用年限,目前,已工業(yè)化成功之用的有電泳涂漆、粉末涂裝,氟碳漆涂裝等.由于電泳涂料是水性涂料,鋁材經(jīng)前處理水洗后可直接電泳,電泳涂層透明度高,既具有高裝飾性又可突出鋁型材本身的金屬光澤,因此建筑鋁型材已越來越多地使用電泳涂裝.

    電泳涂裝以其透明、高度金屬質(zhì)感、高耐候性和耐蝕性,在鋁型表面處理工藝中占據(jù)了一個重要地位,它較鋁型材的其他噴涂工藝(如噴漆,粉末噴涂等)有更高的裝飾性,因為它突出了鋁材本身的金屬質(zhì)感,水性電泳涂裝的安全,環(huán)保,易自動化及涂層的高質(zhì)量,使鋁材的電泳涂裝工藝有了更廣泛的應(yīng)用,是裝飾性型材及電鍍件涂裝的發(fā)展方向.

    電泳涂裝法和其它涂裝方法相比有以下優(yōu)點:

    ①易實現(xiàn)自動化生產(chǎn):由于電泳涂裝在水性電泳槽中進行,與陽極氧化、電解著色工藝類似,處理時間短,容易實現(xiàn)整個工藝的流水線作業(yè).

    ②涂膜均勻致密:由于電泳涂料的高泳透力,可使復雜形狀的型材亦獲得均勻的涂膜,通過調(diào)整電量可控制膜厚.

    ③涂料的利用率高:由于粘度低,工件帶出較少,而且電泳工件可用水洗,回收裝置的利用使電泳涂裝的涂料利用率高達95%以上.

    ④安全性和環(huán)保性:由于電泳涂料的水稀釋,固體份低,溶劑含量少是環(huán)保型涂料,且免除了火災(zāi)的危險,工人健康也有保障.

    ⑤涂膜質(zhì)量好:丙烯酸樹脂用氨基樹脂固化,保證了涂膜的高裝飾及高耐腐蝕性,同時由于樹脂高度透明,有效地突出了金屬質(zhì)感,根據(jù)需要還可得到亞光、沙面、珠光等裝飾效果.

    ⑥和通常的電解著色封孔工藝相比,具有省時,節(jié)省人力的特點,樹脂膜同時無需封孔,避免了由于封孔不好帶來的裂紋等毛病.

    ⑦可自由控制涂膜的厚度,國內(nèi)外通?？刂?μm和12μm兩檔.

    ⑧由于電泳層透明光亮,因此要求鋁鑄錠質(zhì)量高,擠壓材表面平滑,機械缺陷少,對氧化著色工藝要求管理嚴格,因為任何微小的缺陷和玷污都會在亮漆下暴露無遺.

    ⑨對電泳工藝管理要求高,以提高成品率.

    2.2.2電泳涂裝的原理

    涂料狀態(tài)(乳化狀態(tài)):含羧基的丙烯酸樹脂,中和劑為氫氧化鉀,或有機胺,固化劑為三聚氰胺甲醛樹脂.

    鋁型材電泳涂裝技術(shù)及發(fā)展

    由以上可知,電泳時在工件表面涂膜沉積,陽極有氧氣產(chǎn)生,可以促進成膜,但氧氣產(chǎn)生過多會造成涂膜外觀光亮度差,因此電泳過程中要對電導率進行控制,另外要控制pH值,它與涂膜的沉積密切相關(guān).陽極電泳時有金屬離子溶出,參與成膜,鋁型材電泳金屬離子溶出和鋼鐵件不同,對顏色的影響甚微.

    2.3電泳涂裝的工藝及設(shè)備

    2.3.1電泳的工藝過程

    以陽極電泳為例,通常按如下工藝進行脫脂→水洗→水洗→中和→水洗→陽極氧化→水洗→電解著色→熱水洗→水洗→電泳→水洗→干燥

    2.3.2電泳的工藝條件

    鋁型材電泳涂裝技術(shù)及發(fā)展

    2.3.3鋁型材電泳工藝設(shè)備

    ①電泳槽:鋁型材電泳槽多設(shè)計為長方形矩形槽,其內(nèi)部大小取決于裝掛吊的尺寸,槽體用4 mm——6 mm鋼板,內(nèi)襯用聚丙烯或環(huán)氧玻璃鋼,需設(shè)置溢流槽.

    ②電源:直流要求0——250 V可調(diào),電流大小根據(jù)50 A/m2計算,約2000 A/槽.電源的波紋因素一定要小于6%,波紋愈大電泳涂膜產(chǎn)生孔隙的幾率愈大.

    ③電極:在陽極電泳時,鋁型材作為陽極,陰極板采用不銹板或鋁板,陰極面積為工件總面積的一倍.板隔膜:采用聚丙烯纖維布.

    ④熱交換系統(tǒng):可保證槽液溫度穩(wěn)定.

    ⑤預(yù)配槽及自動添加系統(tǒng):預(yù)配槽可完成電泳槽液的配制,以保證達到正常參數(shù);自動添加系統(tǒng),可補充每槽鋁型材所消耗的電泳漆的量,保證電泳槽液固體份在工藝范圍之內(nèi),以確保膜厚度的一致.

    ⑥離子交換處理(IR)系統(tǒng):陽極電泳時,陰極pH值會不斷增加,采用離子交換樹脂系統(tǒng)可去除槽液中的雜質(zhì)陰、陽離子,使槽液pH值穩(wěn)定,若再加上反滲透裝置(RO),則可實現(xiàn)R0閉路系統(tǒng),有利于環(huán)境保護和工藝控制.

    ⑦烘烤系統(tǒng):多采用輻射對流式,陽極電泳漆膜需經(jīng)過140度高溫烘烤.

    3、總結(jié)

    由于電泳涂料及涂裝成本的降低,鋁型材的電泳涂裝發(fā)展迅速,國內(nèi)有眾多大型的鋁型材廠都上了電泳線,以滿足市場對高品質(zhì)型材的需求.電泳型材的耐候性、耐蝕性及裝飾性都超過了傳統(tǒng)的氧化著色封閉型材;和噴粉及涂漆型材相比,它突出了金屬的質(zhì)感,裝飾性更佳,目前電泳型材如果能在以下方面得到改進,那么它將會有更大的市場份額.

    鋁鑄錠加工工藝的改進;電泳管理水平的提高;丙烯酸涂膜具有更高的硬度和透明度,國內(nèi)涂料廠家正在做這一方面的改進,以期達到國外同類產(chǎn)品水平;鋁型材產(chǎn)品的應(yīng)用范圍擴大;更多的制品采用電泳涂膜裝飾保護;電泳涂膜烘烤溫度的降低.

    綜上所述,我國鋁型材電泳涂裝的發(fā)展正進入一個新的時期,隨著我國城市建設(shè)的發(fā)展,居民裝修水平的提高及應(yīng)用領(lǐng)域的擴大,電泳型材以其高品質(zhì)、高裝飾性和耐蝕性,良好的成膜性能,電泳工藝的安全性、環(huán)保性,鋁型材電泳涂料涂裝將在我國有更加迅速的發(fā)展.