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(diǎn)，已成為我國(guó)鋁型材加工的一個(gè)重要手段。本文介紹了我國(guó)鋁型材電泳涂裝的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，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(shì)

      1.1我國(guó)鋁型材電泳涂裝現(xiàn)狀

      經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，我國(guó)鋁產(chǎn)業(yè)已形成一個(gè)完整的工業(yè)體系，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。原鋁產(chǎn)量已達(dá)到250萬(wàn)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(dá)到350萬(wàn)噸/年。可生產(chǎn)帶、型、棒、線、鍛、粉等18大類，200余種合金，2400多個(gè)品種，特別是鋁型材產(chǎn)量已增加100倍、達(dá)100萬(wàn)噸/年。

      我國(guó)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(jià)格太高，當(dāng)時(shí)電泳涂料靠進(jìn)口，銷售價(jià)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(mén)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(guò)程中的任何疵病均會(huì)在電泳涂料的透明特性下暴露無(wú)遺。

       目前鋁型材業(yè)經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，已走向中高檔型材發(fā)展時(shí)期，生產(chǎn)和管理技術(shù)都有長(zhǎng)足的進(jìn)步。隨著人民生活水平提高，市場(chǎng)需求多樣化，促進(jìn)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(jī)和無(wú)機(jī)染色、電泳涂裝、機(jī)械和化學(xué)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(lái)鋁型材電泳技術(shù)取得突飛猛進(jìn)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(wàn)多噸發(fā)展到30萬(wàn)噸，但實(shí)際產(chǎn)量仍在10～15萬(wàn)噸/年之間，僅占我國(guó)鋁型材總產(chǎn)量的10%～15%。

      1.2電泳涂裝鋁型材的特點(diǎn)

      其一，在鋁型材經(jīng)陽(yáng)極化和電解著色后再進(jìn)行電泳涂裝，有雙層保護(hù)。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(ài)，已廣泛進(jìn)入家庭裝修，潛在市場(chǎng)極大。其二，工藝容易實(shí)施，只要在的生產(chǎn)線上增加幾個(gè)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(shí)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(gè)應(yīng)注意的方面

      ①開(kāi)發(fā)新斷面，促進(jìn)鋁型材的新發(fā)展。近5年來(lái)我國(guó)鋁型材產(chǎn)量總是在100萬(wàn)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(guó)際上鋁制品種類已達(dá)70萬(wàn)種以上，我國(guó)有多少種沒(méi)有統(tǒng)計(jì)，但鋁型材種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于國(guó)外現(xiàn)有種類，這是不容忽視的。我國(guó)應(yīng)該努力開(kāi)發(fā)工業(yè)用型材，由目前少量的采暖、散熱輪轂，向機(jī)械、汽車結(jié)構(gòu)件發(fā)展。這是一個(gè)很有發(fā)展前途的領(lǐng)域；開(kāi)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(shí)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(kāi)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(méi)有利潤(rùn)甚至?xí)澅?。相反，合格率要達(dá)90%以上則有豐厚的利潤(rùn)。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(yáng)面和孔隙率高的疵病都顯露無(wú)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(kuò)大電泳漆種類。我國(guó)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(jìn)口品。提高國(guó)產(chǎn)化，進(jìn)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(yáng)極電泳涂料

      由于丙烯酸樹(shù)脂具有優(yōu)異的耐候性、耐磨性，樹(shù)脂無(wú)色透明，裝飾性優(yōu)異，可通過(guò)配方調(diào)節(jié)涂料性能。丙烯酸樹(shù)脂主鏈由碳－碳鍵組成，抗化學(xué)性高，配成含水量大的堿性電泳漆液也不會(huì)分解，具有良好的穩(wěn)定性，因此丙烯酸類型的陽(yáng)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(jiǎn)單，因?yàn)椴捎糜猩牟煌该骶郯滨ル娪酒?，可取消?yáng)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(yáng)極電泳涂料，聚氨酯陰、陽(yáng)性電泳涂料外，還有功能性的抗菌、絕緣、自潤(rùn)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(diǎn)

      2.2.1電泳涂裝的特點(diǎn)

      自本世紀(jì)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(lái)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(diǎn)，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(kāi)始已成功用于金屬表面的裝飾和保護(hù)，如銅字招牌保護(hù)，不銹鋼及電鍍制品的裝飾和保護(hù)，作為最終保護(hù)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(zhǎng)期使用時(shí)，特別是在酸雨或海洋環(huán)境中時(shí)，容易腐蝕，耐久性差，因此自70年代開(kāi)始，人們嘗試用涂料涂裝的方法來(lái)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(lái)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(gè)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?yàn)樗怀隽虽X材本身的金屬質(zhì)感，水性電泳涂裝的安全，環(huán)保，易自動(dòng)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(diǎn)：

      ①易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)：由于電泳涂裝在水性電泳槽中進(jìn)行，與陽(yáng)極氧化、電解著色工藝類似，處理時(shí)間短，容易實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(fù)雜形狀的型材亦獲得均勻的涂膜，通過(guò)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(dá)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(xiǎn)，工人健康也有保障。

      ⑤涂膜質(zhì)量好：丙烯酸樹(shù)脂用氨基樹(shù)脂固化，保證了涂膜的高裝飾及高耐腐蝕性，同時(shí)由于樹(shù)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(shí)，節(jié)省人力的特點(diǎn)，樹(shù)脂膜同時(shí)無(wú)需封孔，避免了由于封孔不好帶來(lái)的裂紋等毛病。

      ⑦可自由控制涂膜的厚度，國(guó)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(jī)械缺陷少，對(duì)氧化著色工藝要求管理嚴(yán)格，因?yàn)槿魏挝⑿〉娜毕莺顽栉鄱紩?huì)在亮漆下暴露無(wú)遺。

      ⑨對(duì)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(shù)脂，中和劑為氫氧化鉀，或有機(jī)胺，固化劑為三聚氰胺甲醛樹(shù)脂。

      由以上可知，電泳時(shí)在工件表面涂膜沉積，陽(yáng)極有氧氣產(chǎn)生，可以促進(jìn)成膜，但氧氣產(chǎn)生過(guò)多會(huì)造成涂膜外觀光亮度差，因此電泳過(guò)程中要對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行控制，另外要控制pH值，它與涂膜的沉積密切相關(guān)。陽(yáng)極電泳時(shí)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(duì)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(guò)程

       以陽(yáng)極電泳為例，通常按如下工藝進(jìn)行脫脂→水洗→水洗→中和→水洗→陽(yáng)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

       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(jì)為長(zhǎng)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(jì)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(yáng)極電泳時(shí)，鋁型材作為陽(yáng)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(dòng)添加系統(tǒng)：預(yù)配槽可完成電泳槽液的配制，以保證達(dá)到正常參數(shù)；自動(dòng)添加系統(tǒng)，可補(bǔ)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(yáng)極電泳時(shí)，陰極pH值會(huì)不斷增加，采用離子交換樹(shù)脂系統(tǒng)可去除槽液中的雜質(zhì)陰、陽(yáng)離子，使槽液pH值穩(wěn)定，若再加上反滲透裝置(RO)，則可實(shí)現(xiàn)R0閉路系統(tǒng)，有利于環(huán)境保護(hù)和工藝控制。

       ⑦烘烤系統(tǒng)：多采用輻射對(duì)流式，陽(yáng)極電泳漆膜需經(jīng)過(guò)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(guó)內(nèi)有眾多大型的鋁型材廠都上了電泳線，以滿足市場(chǎng)對(duì)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(guò)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(jìn)，那么它將會(huì)有更大的市場(chǎng)份額。

      鋁鑄錠加工工藝的改進(jìn)；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(guó)內(nèi)涂料廠家正在做這一方面的改進(jìn)，以期達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品水平；鋁型材產(chǎn)品的應(yīng)用范圍擴(kuò)大；更多的制品采用電泳涂膜裝飾保護(hù)；電泳涂膜烘烤溫度的降低。

       綜上所述，我國(guó)鋁型材電泳涂裝的發(fā)展正進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期，隨著我國(guó)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(kuò)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(guó)有更加迅速的發(fā)展。