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我国现阶段铝型材电泳涂料及涂装工艺
来源:嘉格隔断铝材 作者:隔断铝材 发布时间:2012-04-17

一、铝型材阳极电泳涂料

  由于丙烯酸树脂具有优异的耐候性、耐磨性,树脂无色透明,装饰性优异,可通过配方调节涂料性能。丙烯酸树脂主链由碳-碳键组成,抗化学性高,配成含水量大的碱性电泳漆液也不会分解,具有良好的稳定性,因此丙烯酸类型的阳极电泳涂料占据了铝型材电泳涂料的主流。

  目前还有一类不透明的聚氨酯电泳漆,性能优异,而且工艺简单,因为采用有色的不透明聚氨酯电泳漆,可取消阳极氧化、着色、封闭工艺,有利于节约成本。

  随着电泳涂料在铝型材及电镀制品上的广泛应用,为满足各种产品的不同需求,电泳涂料的品种急剧增多,目前除丙烯酸阳极电泳涂料,聚氨酯阴、阳性电泳涂料外,还有功能性的抗菌、绝缘、自润滑电泳涂料等,及装饰性的亚光、消光、珠光电泳涂料。

二、电泳涂装的原理及特点

  1、电泳涂装的特点

  自本世纪30年代电泳涂料及涂装在福特汽车公司一条车轮涂装线上使用,近40年来其应用得到了飞速发展。由于电泳涂装使用水性涂料,具有安全、高效、质优、环保的优点,在汽车工业中得到了广泛的应用。由于电泳涂料的优异性能,透明的丙烯酸类和聚氨酯类电泳涂料自70年代开始已成功用于金属表面的装饰和保护,如铜字招牌保护,不锈钢及电镀制品的装饰和保护,作为最终保护装饰的最具代表性和应用最广泛的就是建筑铝型材的电泳涂装。

  传统的铝材型材表面处理工艺是氧化、着色及封闭处理,这种铝材的转化膜在户外长期使用时,特别是在酸雨或海洋环境中时,容易腐蚀,耐久性差,因此自70年代开始,人们尝试用涂料涂装的方法来提高建筑用铝型材的装饰性能及使用年限,目前,已工业化成功之用的有电泳涂漆、粉末涂装,氟碳漆涂装等。由于电泳涂料是水性涂料,铝材经前处理水洗后可直接电泳,电泳涂层透明度高,既具有高装饰性又可突出铝型材本身的金属光泽,因此建筑铝型材已越来越多地使用电泳涂装。

  电泳涂装以其透明、高度金属质感、高耐候性和耐蚀性,在铝型表面处理工艺中占据了一个重要地位,它较铝型材的其他喷涂工艺(如喷漆,粉末喷涂等)有更高的装饰性,因为它突出了铝材本身的金属质感,水性电泳涂装的安全,环保,易自动化及涂层的高质量,使铝材的电泳涂装工艺有了更广泛的应用,是装饰性型材及电镀件涂装的发展方向。

  电泳涂装法和其它涂装方法相比有以下优点:

  ①易实现自动化生产:由于电泳涂装在水性电泳槽中进行,与阳极氧化、电解着色工艺类似,处理时间短,容易实现整个工艺的流水线作业。

  ②涂膜均匀致密:由于电泳涂料的高泳透力,可使复杂形状的型材亦获得均匀的涂膜,通过调整电量可控制膜厚。

  ③涂料的利用率高:由于粘度低,工件带出较少,而且电泳工件可用水洗,回收装置的利用使电泳涂装的涂料利用率高达95%以上。

  ④安全性和环保性:由于电泳涂料的水稀释,固体份低,溶剂含量少是环保型涂料,且免除了火灾的危险,工人健康也有保障。

  ⑤涂膜质量好:丙烯酸树脂用氨基树脂固化,保证了涂膜的高装饰及高耐腐蚀性,同时由于树脂高度透明,有效地突出了金属质感,根据需要还可得到亚光、沙面、珠光等装饰效果。

  ⑥和通常的电解着色封孔工艺相比,具有省时,节省人力的特点,树脂膜同时无需封孔,避免了由于封孔不好带来的裂纹等毛病。

  ⑦可自由控制涂膜的厚度,国内外通常控制7μm和12μm两档。

  ⑧由于电泳层透明光亮,因此要求铝铸锭质量高,挤压材表面平滑,机械缺陷少,对氧化着色工艺要求管理严格,因为任何微小的缺陷和玷污都会在亮漆下暴露无遗。

  ⑨对电泳工艺管理要求高,以提高成品率。

  2、电泳涂装的原理

  涂料状态(乳化状态):含羧基的丙烯酸树脂,中和剂为氢氧化钾,或有机胺,固化剂为三聚氰胺甲醛树脂。

  pH:7.8~8.5之间

  电沉积:在pH值下降时析出

  电极反应:阳极(铝型材)

  2H2O→4H++4e-+O2↑R-COO-十H+→R-COOH

  水溶性水不溶(涂膜)

  Me→Men++ne-RCOO-+Men+→(R-COO)

  nMe(析出)

  阴极(极板)

  2H2O+2e→2OH-+H2↑

  由以上可知,电泳时在工件表面涂膜沉积,阳极有氧气产生,可以促进成膜,但氧气产生过多会造成涂膜外观光亮度差,因此电泳过程中要对电导率进行控制,另外要控制pH值,它与涂膜的沉积密切相关。阳极电泳时有金属离子溶出,参与成膜,铝型材电泳金属离子溶出和钢铁件不同,对颜色的影响甚微。

  3、电泳涂装的工艺及设备

  1、电泳的工艺过程

  以阳极电泳为例,通常按如下工艺进行脱脂→水洗→水洗→中和→水洗→阳极氧化→水洗→电解着色→热水洗→水洗→电泳→水洗→干燥

  2、电泳的工艺条件

  固体份7%~9%

  温度20~25℃

  pH8.0~8.8

  电阻率(20℃)1500~2500Ωcm

  电压(DC)80~25OV

  电泳时间1~3 min

  电流密度15~50 A/m2

  涂膜厚度7~12μm

  3、铝型材电泳工艺设备

  ①电泳槽:铝型材电泳槽多设计为长方形矩形槽,其内部大小取决于装挂吊的尺寸,槽体用4 mm~6 mm钢板,内衬用聚丙烯或环氧玻璃钢,需设置溢流槽。

  ②电源:直流要求0~250 V可调,电流大小根据50 A/m2计算,约2000 A/槽。电源的波纹因素一定要小于6%,波纹愈大电泳涂膜产生孔隙的几率愈大。

  ③电极:在阳极电泳时,铝型材作为阳极,阴极板采用不锈板或铝板,阴极面积为工件总面积的一倍。板隔膜:采用聚丙烯纤维布。

  ④热交换系统:可保证槽液温度稳定。

  ⑤预配槽及自动添加系统:预配槽可完成电泳槽液的配制,以保证达到正常参数;自动添加系统,可补充每槽铝型材所消耗的电泳漆的量,保证电泳槽液固体份在工艺范围之内,以确保膜厚度的一致。

  ⑥离子交换处理(IR)系统:阳极电泳时,阴极pH值会不断增加,采用离子交换树脂系统可去除槽液中的杂质阴、阳离子,使槽液pH值稳定,若再加上反渗透装置(RO),则可实现R0闭路系统,有利于环境保护和工艺控制。

  ⑦烘烤系统:多采用辐射对流式,阳极电泳漆膜需经过140度高温烘烤。

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