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鋁型材的電泳塗裝工藝

發布時間:2011/03/02

  我国業經過20年的發展,已形成一個完整的工業體系,成爲國民經濟的支柱産業之一。原鋁産量已達到250萬噸以上,占世界第三位,擁有鋁加工企業1000多家,生産能力已達到350萬噸/年,産量已達100萬噸/年。目前已進入高檔發展時期,的表面處理技術發展迅速,由單一的古銅料發展到擁有粉末塗裝、噴塗氟碳、有機和無機染色、電泳塗裝、機械和化學等工藝手段,新一代的木紋化處理技術,三段電解多色著色以及微弧氧化著色技術也在試産中,的外觀有钛金、金黃、香槟、仿不鏽鋼及各種色彩,還有顯示鏡面、沙石、亞光、珠光等特殊效果的。在衆多的表面處理技術中,電泳塗裝是最具發展方向的適用技術。經陽極化和電解著色後再進行電泳塗裝,有雙層保護。具有高透明,高度金屬質感,高耐蝕及高耐候性,比噴漆、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,只要在原生産線上增加幾個槽與鋁氧化著色形成流水線生産,水溶性電泳塗裝安全,可以實現閉路循環,有利于環保。其三,更重要的是電泳型材更具魅力,是高檔、豪華型材的典範。擁有電泳塗裝線成爲廠綜合技術水平的重要標志。

  2.4.2的電泳塗裝

  2.4.2.1電泳塗裝的特點

  自20世紀30年代電泳在福特汽車公司車輪塗裝線上使用以來,其應用得到了飛速發展。透明的、具耐候性的丙烯酸類和聚氨酯類電泳自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,不鏽鋼及電鍍制品的裝飾和保護,作爲最終保護裝飾層的最具代表性的就是建築的電泳塗裝。

  鋁材型材傳統的表面處理工藝是氧化、著色及封閉處理,這種鋁材的轉化膜在戶外長期使用時,特別是在酸雨或海洋環境中時,容易腐蝕,耐久性差,因此自70年代開始,人們嘗試用塗裝的方法來提高建築用的裝飾性能及使用年限,目前,已工業化成功使用的有、粉末塗裝和。由于電泳是水性,鋁材經前處理水洗後可直接電泳,電泳透明度高,既具有高裝飾性又可突出本身的金屬光澤,因此在建築上已越來越多地使用電泳塗裝。

  電泳塗裝法和其它塗裝方法相比有以下優點:

  ⑴易实现自动化生产。由于電泳涂装在水性電泳槽中进行,与、電解著色工藝類似,處理時間短,容易實現整個工藝的流水線作業。

  ⑵涂膜均匀致密。由于電泳的高泳透力,可使複雜形狀的型材亦獲得均勻的塗膜,同時通過調整電量可控制膜厚。

  ⑶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塗裝的利用率高達95%以上。

  ⑷安全性和环保性。由于電泳的水稀釋,固體份低,溶劑含量少是環保型,且免除了火災的危險,工人健康也有保障。

  ⑸塗膜質量好。丙烯酸樹脂用氨基樹脂固化,保證了塗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感,根據需要還可得到亞光、沙面、珠光等裝飾效果。

  ⑹和通常的電解著色封孔工藝相比,具有省時,節省人力的特點,電泳塗膜無需封孔,避免了由于封孔不好帶來的裂紋等毛病。

  ⑺可自由控制塗膜的厚度,國內外通常控制7μm和12μm兩檔。

  ⑻由于電泳層透明光亮,因此要求質量高,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,因爲任何微小的缺陷和沾汙都會在透明漆下暴露無遺。

  ⑼對電泳工藝管理要求高,以提高成品率。

  2.4.2.2電泳塗裝的原理

  以陽極電泳爲例,圖2-4-1說明了陽極電泳的過程,此時工件爲作陽極。

  狀態(乳化狀態):含羧基的丙烯酸樹脂,中和劑爲氫氧化鉀,或有機胺,固化劑爲三聚氰胺甲醛樹脂。

  pH值:7.8~8.5之間。

  電沈積:在pH值下降時析出

  電極反應:陽極()

  2H2O→4H++4e-+O2↑

  R-COO-+H+→R-COOH

  水溶性水不溶(塗膜)

  Me→Men++ne

  RCOO-+Men+→(R-COO)nMe(析出)

  陰極(極板)

  2H2O+2e→2OH-+H2↑

  電泳時在工件表面塗膜沈積,陽極有氧氣産生,可以促進成膜,但氧氣産生過多會造成塗膜外觀光亮度差,因此電泳過程中要對電導率進行控制,另外要控制液的pH值,它與塗膜的沈積密切相關,陽極電泳時有金屬離子溶出,它參與成膜,電泳時的金屬離子溶出和鋼鐵件不同,對顔色的影響甚微。

  2.4.2.3用陽極電泳的特性

  2.4.2.3.1陽極電泳的品種

  由于丙烯酸樹脂具有優異的耐候性,耐磨性;樹脂無色透明,可通過配方調節性能,具有優異的裝飾性和性能可調性,且這類樹脂主鏈由碳-碳鍵組成,抗化學性高,配成堿性的大量含水的電泳漆也不會分解,具有良好的穩定性,因此丙烯酸類型的陽極電泳占據了電泳的主流。

  目前还有一类为有色的聚氨酯電泳漆,性能较好,工艺简单,因为采用有色聚氨酯電泳漆,则可取消、着色、封闭工艺。有利于节约成本。此外为满足各种产品的不同需求,功能性的抗菌、绝缘、自润滑電泳,及装饰性的亚光、消光、珠光電泳也已經得到應用。

  2.4.2.3.2電泳的制造

  阳极電泳是指將工件作为阳极,故阳极電泳是陰離子型樹脂,最常用的是水可稀釋的帶羧基的丙烯酸樹脂,用三聚氨胺甲醛樹脂作爲交聯劑固化,引入丙烯酸單體越多,則樹脂水溶性越好。

  如配方:

  MMA:BA:HEMA:AA=45:38:10:7

  其中MMA为甲基丙烯酸甲酯是硬单体,聚合物的主体;BA是丙烯酸丁酯,是软单体,用来调节玻璃化温度,提供链的柔性;HEMA是甲基丙烯酸β-羟乙酯,它提供自由的羟基,与氨基树脂起交联反应,同时还增强树脂的亲水性,AA是丙烯酸提供羧基,基含量越高,亲水性愈好,一般電泳中用5%~10%,聚合在共溶劑丙二醇丁醚中進行,濃度爲70%左右,引發劑可用過氧化苯甲酯(BPO),但以偶氧二異丁腈爲好。反應溫度爲100℃左右,聚合完成後,用二甲基乙醇胺中和,然後用水稀釋,固體含量一般爲60%左右,pH值爲7.5~8.5,在水性中要用到溶劑,有時稱共溶劑,多爲親水性醇類,如丙醇、丁醇、乙二醇(或丙二醇)的單醚,主要依據揮發性能、毒性、價格來選擇,中和劑作用在于中和丙烯酸樹脂鏈上的羧基,保護樹脂水溶性,多爲有機胺或氫氧化鈉,用有機胺,如三乙胺,二甲基乙醇胺,特別是三級胺有益于樹脂穩定。

  2.4.3電泳的工艺及设备

  2.4.3.1電泳的工艺流程

  以阳极電泳为例,通常按如下工艺进行

  脫脂→水洗→水洗→中和→水洗→→水洗→电解着色→热水洗→水洗→電泳→水洗→干燥

  2.4.3.2電泳的工艺条件

  ⑴電泳槽液的条件

  固體份:7%~9%

  溫度:20~25℃

  pH:8.0~8.8

  電阻率/Ω·cm(20℃):1500~2500

  ⑵電泳的工艺参数

  電壓:80~250V(DC)

  電泳时间:1~3min

  電流密度:15~50A/㎡

  具體工藝規範依産品的要求進行。

  塗膜厚度:7~12μm

  2.4.3.3電泳工艺所需设备

  ⑴電泳槽。電泳槽多设计为长方形矩形槽,基内部大小取决于装挂吊的尺寸,槽体用4~6mm,钢板内衬用聚丙烯或环氧玻璃钢,需设置溢流槽。

  ⑵电源。直流要求0~250A任意可调,电流大小根据50A/㎡计算,约2000A/槽。电源的波纹因素一定要小于6%,其值愈大,電泳涂膜产生孔隙的几率愈大。

  ⑶电极。在阳极電泳时,作爲陽極,陰極板采用不鏽鋼板或,陰極面積爲工件總面積的1倍。板隔膜采用聚丙烯纖維布。

  ⑷熱交換系統。可保證槽液溫度穩定。

  ⑸预配槽及自动添加系统。预配槽可完成電泳槽液的配制,以保证达到正常参数;自动添加系统,可保证补充每槽所消耗的電泳漆的量,保证電泳槽固体份在工艺范围之内,以确保膜厚的均一。

  ⑹离子交换处理(IR)系统。阳极電泳时,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)则可实现闭路系统。


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