铝型材电泳涂装技术及发展

      电泳涂装具有高耐候性、高耐蚀性、高透明度，装饰性好，环保安全的特点，已成为我国铝型材加工的一个重要手段。本文介绍了我国铝型材电泳涂装的现状和发展趋势，讨论了电泳涂料的制备和电泳涂装工艺及管理。

      1、铝型材电泳涂装的现状及发展趋势

      1.1我国铝型材电泳涂装现状

      经过近20年的发展，我国铝产业已形成一个完整的工业体系，成为国民经济的技术产业之一。原铝产量已达到250万吨以上，占世界第三位，拥有铝加工企业1000多家，生产能力已达到350万吨/年。可生产带、型、棒、线、锻、粉等18大类，200余种合金，2400多个品种，特别是铝型材产量已增加100倍、达100万吨/年。

      我国铝型材电泳涂装始于80年代中期，在随后的10年间，只有少数厂家拥有生产线，如西飞铝型材厂、秦皇岛铝业公司。电泳涂装发展缓慢的原因是：①价格太高，当时电泳涂料靠进口，销售价比普通型材高8000～10000元/吨。②工业水平低，铝型材的制造是一门综合技术，其质量与熔铸、挤压、模具及工艺表面处理，环境条件等因素直接相关，工艺过程中的任何疵病均会在电泳涂料的透明特性下暴露无遗。

       目前铝型材业经过技术改造，已走向中高档型材发展时期，生产和管理技术都有长足的进步。随着人民生活水平提高，市场需求多样化，促进了铝型材表面处理技术的发展，由单一的古铜料发展到拥有粉末涂装、氟碳涂装、有机和无机染色、电泳涂装、机械和化学抛光等工艺手段，新一代的木纹化处理技术，三段电解多色着色以及微弧氧化着色技术也在试产中。铝型材的外观有钦金、金黄、香槟、仿不锈钢及各种色彩，还有显示镜面、沙石、亚光、珠光等特殊效果的，是花色品种繁多，色彩纷呈。在众多的表面处理技术中，电泳涂装是最具发展潜力的适用技术。因此近两年来铝型材电泳技术取得突飞猛进的发展。生产线由1997年的30条猛增到100条以上，生产能力由4万多吨发展到30万吨，但实际产量仍在10～15万吨/年之间，仅占我国铝型材总产量的10%～15%。

      1.2电泳涂装铝型材的特点

      其一，在铝型材经阳极化和电解着色后再进行电泳涂装，有双层保护。具有高透明、高金属质感、高耐蚀及高耐候性，比喷漆、粉末喷涂更具装饰性，深受用户喜爱，已广泛进入家庭装修，潜在市场极大。其二，工艺容易实施，只要在的生产线上增加几个槽与铝氧化，着色工艺形成流水线生产。水溶性电泳涂装安全，可以实现闭路循环，有利于环保。

      1.3铝型材行业电泳涂装发展的几个应注意的方面

      ①开发新断面，促进铝型材的新发展。近5年来我国铝型材产量总是在100万吨/年左右，徘徊不前。这是与型材只限于建筑用和少量工业型材，断面少，应用面不广有关。国际上铝制品种类已达70万种以上，我国有多少种没有统计，但铝型材种类远远少于国外现有种类，这是不容忽视的。我国应该努力开发工业用型材，由目前少量的采暖、散热轮毂，向机械、汽车结构件发展。这是一个很有发展前途的领域；开发家用电器、日用铝型材、家电构件、灯具、厨具、浴室用具，日用铝型材，几近空白，有识之士应在此领域大展鸿图；包装容器、航空、交通化工用型材也是拓展空间。

      ②开发铝型材加工技术，提高电泳材合格率，是电泳涂装技术发展的关键。电泳型材成本高源于合格率低，如果合格率低于80%就没有利润甚至会亏本。相反，合格率要达90%以上则有丰厚的利润。故这是制约电泳工艺发展的关键因素。电泳漆的高透明性使熔铸缩孔，灰渣造成的黑色、黑线、粗晶、模具挤压粗纹，磕碰划伤，组合模粗晶线，黑斑白斑；氧化着色工艺造成的碎花、斑纹、水痕，环境条件造成粉尘毛刺、结瘤及电泳工艺造成泳透率低、阴阳面和孔隙率高的疵病都显露无遗，必须系统地提高铝加工的综合技术水平。

      ③提高电泳漆的品质，扩大电泳漆种类。我国型材电泳涂料主要是丙烯酸电泳漆、聚氨酯电泳漆两大类，以透亮型为主，其品质在硬度和透明度方面不及进口品。提高国产化，进一步降低成本，增加花色品种如亚光、消光、砂面、珠光等效果的电泳漆。

      2、铝型材电泳涂料及涂装工艺

      2.1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。

      2.2电泳涂装的原理及特点

      2.2.1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。

      2.2.2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。

      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。

       2.3电泳涂装的工艺及设备

       2.3.1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

       2.3.2电泳的工艺条件

       2.3.3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。

      3、总结

      由于电泳涂料及涂装成本的降低，铝型材的电泳涂装发展迅速，国内有众多大型的铝型材厂都上了电泳线，以满足市场对高品质型材的需求。电泳型材的耐候性、耐蚀性及装饰性都超过了传统的氧化着色封闭型材；和喷粉及涂漆型材相比，它突出了金属的质感，装饰性更佳，目前电泳型材如果能在以下方面得到改进，那么它将会有更大的市场份额。

      铝铸锭加工工艺的改进；电泳管理水平的提高；丙烯酸涂膜具有更高的硬度和透明度，国内涂料厂家正在做这一方面的改进，以期达到国外同类产品水平；铝型材产品的应用范围扩大；更多的制品采用电泳涂膜装饰保护；电泳涂膜烘烤温度的降低。

       综上所述，我国铝型材电泳涂装的发展正进入一个新的时期，随着我国城市建设的发展，居民装修水平的提高及应用领域的扩大，电泳型材以其高品质、高装饰性和耐蚀性，良好的成膜性能，电泳工艺的安全性、环保性，铝型材电泳涂料涂装将在我国有更加迅速的发展。